Устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы переменных напряжений Советский патент 1988 года по МПК G01R29/16 

(Л

СО

сд

со

Тг T/g ЪУ W I

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений без нулевого провода при контроле качества электрической энергии систем электропитания, в статических преобразователях при устранении влияния несшФ1етрии питающей сети на форму выходного напряжения, пр построении приборов для измерения асимметрии трехфазных трехпроводных сетей.

Целью изобретения является повы- шение быстродействия и точности измерения путем автоматизации процесса измерений.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - векторные диаграммы, поясняющие работу устройства,

. Устройство содержит трехфазную сеть переменного тока А, В, С, трехфазный генератор 1 модулирующих на- пряжений, три идентичнь1х однофазных модулятора 2, 3 и А, первые входы 5, 6 и 7 которых подсоединены к фазным проводам А, В, С трехфазной системы переменных напряжений. Вторые входы 8, 9 и 10 модуляторов подсоединены к выходам 11, 12 и 13 генератора 1, причем для модуляторов 3 и 4 - через блоки 14, 15 фазового сдвига. Выходы 16, 17 и 18 модуляторов соединены последовательно меж- ду собой и с выходным фильтром 19. Выход фильтра 19 подсоединен к входу датчика 20 знака приращений выходного сигнала фильтра. Выход датчика 20 подключен к одному входу 21 пер- вой логической ячейки 2И 22, выход которой подключен к счетному входу 23 двоичного счетчика 24. Разрядные выходы 25 счетчика подключены к входам дешифратора 26. Выходы 27-30 дешифратора подсоединены к первым входам логических ячеек 2И 31-34, выходы которых подключены к входам 35-38 блоков 14 и 15 фазового сдвига. Вторые входы 39-43 логических ячеек 22, 31-34 подключены к выходу 44 генератора 45 импульсов сдвига.

Точки 46-53 (фиг. 3) показывают последовательное положение векторов при работе схемы (фиг. 1).

Принцип работы схемы рассмотрим на основе метода многофазной модуляции. Здесь в однофазных модуляторах 2-4 линейные напряжения в общем слу

0

0

41

-

532

чае несимметричной трехфазной системы переменных напряжений А, В, С, поступающие на входы 5-7 модуляторов, модулируются трехфазной системой симметричных напряжений, поступающих с выходов 11-13 трехфазного генератора 1 модулирующих напряжений на входы 8-10 модуляторов. Результаты модуляции на выходах 16-18 модуляторов суммируются в общем контуре и подаются на выходной фильтр 19. Анализ показывает, что при модуляции происходит процесс преобразования частоты, в результате которого в напряжении, поступающем на выходной фильтр 19, содержится составляющая второй боковой частоты U2(t), определяемая выражением

и, (t)(to+fl),cost(uJ+a)t+

Am

бгр

+ -+4 g+ Vg +UcД(ш+5г)t+ - +,+ 4 J

(1)

5 5 0 5 0

5

0

где U,Uj,Uj,- амплитуды линейных

напряжений трехфазной системы А, В, С; U),S7 - угловые частоты трехфазной системы переменных напряжений А, В, Си трехфазного генератора 1 модулирующих напряжений соответственно. t - время;

( UI - фазовые углы несимметрии фаз В, С трехфазной системы переменных напряжений А, В, С; 1, ц - углы сдвига модулирующих напряжений, формируемые блоками 14 и 15 фазового сдвига соответственно. Из выражения (1) видно, что U(t)fO, т.е. три слагаемых в правой части уравнения (1) на векторной ди- аграмме образуют разомкнутый треугольник.

Из условия

U5(t)0(2)

получаем

, ф,-2ч . (3)

Отсюда следует, что меняя с помощью блоков 14, 15 фазового сдвига углы сдвига Vj и у трехфазной системы модулирующих напряжений от генератора 1, можно добиться нулевого

,-

и

I

Cm

представляющие собой слагаемые

и

fm

31

сигнала на выходном фильтре 19. При этом углы сдвига if- , it равны удвоенным фазовым углам несимметрии i/, |(. трехфазной системы переменных напряжений А, В, С, взятым с обрат- ным знаком, т.е. по значению углов сдвига в блоках 14, 15 можно определять углы несимметрии и, следовательно, изменять фазовую несимметрию трехфазной системы переменных напря жений А, В, С.

Разложив трехфазную систему переменных напряжений А, В, С на симметричные составляющие и положив i получаем

U5(t)(Lo+fl)t, (4

где и - амплитуда симметричной составляющей обратной последовательности трехфазной сие- темы переменных напряжений А, В, С, определяющая амплитудную несимметрию. Т.е. при выключенных блоках 14, 15 фазового сдвига выходной.фильтр 19 показывает значение напряжения, пропорциональное симметричной составляющей обратной последовательности , таким образом, можно измерять амплитудную несимме трию трехфазной системы А, В, С.

.На векторной диаграмме фиг. 2 представлен произвольный случай несимметрии. Здесь сплошной линией обозначены векторы IJ, U, и - несим- метричной трехфазной сети переменного тока А, В, С по фиг. 1. Замкнутый треугольник ODE, составленный из этих векторов, показывает, что их сумка равна нулю. Пунктирной ли- нией обозначены векторы , UBW

в составляющей второй боковой частоты Ua(t) по выражению (1),вьщеляю- щейся на выходном фильтре 19. Здесь вектор идП1 совпадает с вектором U. Векторы и дт, Uj, Uc, судя по выражению (1), имеют обратный порядок чередования фаз и образуют разомкнутый треугольник ODEK. Их cytma - вектор напряжения второй боковой частоты . При повороте вектора

на угол Ц) -2 ч и вектора U c,,, на

угол по выражению (3) они принимают положения векторов Ul|.,

тт тт т

Rm CiYi Вектор и совпадает с векторами и Векторы ид„, U, Uj. образзтот замкнутый треугольник (на фиг. 2 обозначен точками), т.е.

10

15

3741

5

)

2030

35 40

45спа

534

в этом случае составляющая второй боковой частоты по выражению (1) становится равной нулю.

Алгоритм замыкания треугольника ODE иллюстрируется векторной диаграммой фиг. 3. В исходном состоянии векторы занимают положение U , U, Upn,. Здесь вектор u , перенесен па-г раллельно самому себе в точку О. Вначале сумма векторов U, Ugm, cm определялась расстоянием между точками 46 и Е. Затем, при повороте вектора Ug по часовой стрелке это расстояние уменьшается, пока точка 46 не займет положение точки 47, т.е. пока вектор Ug не совпадет с прямой, соединяющей точки О и Е. Далее начинает поворачиваться вектор U... Расстояние между точками 47 и Е продолжает уменьшаться, пока точка Е не займет положение точки 48, т.е. пока вектор и, не совпадет с прямой, соединяющей точки D и.47. Затем снова начинается поворот вектора Ug по часовой стрелке, пока точка 47 не займет полджение точки 49, т.е. пока, вектор Ugn, не совпадет с прямой, соединяющей точки О и 48. Далее вновь поворачивается вектор U, до совпадения в точке 50 с прямой, соединяющей точки D и 49. Потом до положения конца вектора в точке 51 вновь поворачивается вектор затем до точки 52 - вектор Uj- и т.д. Видно, что сумма векторов , Ug, U уменьшается, стремясь в точке 53 к нулю. В этом положении векторы U и Uj-m оказываются повернутыми на углы Vg -2 (( и ч .-2 if соответственно.

Структурная схема фиг. 1 реализует указанный алгоритм.

Пусть при несимметричной системе переменных напряжений А, В, С, определяемой векторами 1,, U, ист(фиг.1 , и 2), поступающими на входы 5-7 модуляторов 2-4, на другие входы 8-10 которых подаются модулирующие напряжения с выходов 11-13 трехфазного генератора 1 модулирующих напряжений, причем для входов 9 и 10 модуля- торов 3, 4 - через блоки 14 и 15 фазового сдвига в результате суммирования в общем контуре продуктов модуляции на выходах 16-18 указанных /модуляторов, на выходном фнльтре 19 выделяется составляющая второй боковой частоты ) по уравнению (1). Пусть в результате предыдущих

сдвигов напряжение на выходе фильтра 19 возросло, т.е. например, в предыдущем цикле вектор на фиг. 3 повернулся против часовой стрелки, что привело к увеличению расстояние между точками 46 и Е. Тогда на выходе датчика знака приращений выход- Hoto сигнала фильтра 20 появляется единичный (например, положительный) потенциал, который поступает на один вход 2 логической ячейки 2И 22, разрещая прохождение через нее по входу 39. импульса сдвига, поступающего с выхода 44 генератора 45 им- пульсов сдвига. Этот импульс, попадая на счетньш вход 23 двоичного- счетчика 24, записывает в нем единицу. Код единицы на разрядных выходах 25 счетчика 24 поступает на дешиф- ратор 26, и на его выходе 27, соответствующем коду единицы, появляется единичный потенциал, который поступает на первый вход логической ячейки 2И 31 и разрешает прохождение через нее импульса сдвига с выхода

44генератора 45 через второй вход 40 этой ячейки. Импульс сдвига с выхода ячейки 44 поступает на вход 35 блока 14 фазового сдвига. Пусть в ре зультате сдвига в блоке 14 по этому импульсу уровень составляющей второй боковой частоты U(t) по уравнению

(1) возрос, т.е. расстояние-между точками 46 и Е увеличилось. Это свидетельствует о том, что произведен сдвиг вектора Ug в противоположную сторону. Датчик 20 по-прежнему выдает единичный потенциал, и второй импульс сдвига с выхода 44 генератора

45через вход 39 логической ячейки 2И 22 проходит на вход 23 счетчика 24. В счетчике записывается код двойки, который по разрядным выходам 25 поступает на дешифратор 26, и на его вькоде 28, соответствующем коду двойки, появляется единичный потенциал, который по первому входу логической ячейки 2И 32 открывает ее, разрешая прохождение по ее второму входу 41 импульса сдвига. Ячейки 31, 33 и 34 при этом заперты. С выхода ячейки 32 импульс сдвига снова поступает на

блок 14 фазового сдвига, но уже по входу 36, вызывая сдвиг вектора Ug в противоположном направлении, т.е. по часовой стрелке. В результате расстояние между точками 46 и Е начинает уменьшаться. Следовательно,

5

о

0

5

0

на выходе датчика приращений появляется противоположный предыдущему, т.е. нулевой, потенциал, который запирает по входу 21 логическую ячейку 22, не. пропуская на счетчик 24 импульсы от генератора 45. В счетчике 24 остается по-прежнему код двойки и по-прежнему остается открытой логическая ячейка 32, через которую импульсы сдвига от генератора 45 продолжают поступать на вход 36 блока 14 фазового сдвига, вызывая поворот вектора U по часовой стрелке. Расстояние между точками 46 и Е продолжает уменьп1аться до тех пор, пока точка 46 не займет положение точки 47. Теперь следующий импульс сдвига смещает вектор U еще дальше по часовой стрелке и расстояние между точками 47 и Е увеличивается. На выходе датчика 20 нулевой потенциал сменяется единичным и логическая ячейка 22 вновь открывается. Следующий импульс от генератора 45 проходит логиче скую ячейку 22 и добавляет единицу в счетчик 24. В счетчике записывается число три и на выходе 29 дешифратора 26, соответствующем коду тройки, появляется единичный потенциал. Поэтому импульс сдвига от генератора 45 через второй вход 42 логической ячейки 33 поступает на вход 37 .блока фазового сдвига 15 для смещения вектора . Пусть в результате указанного сдвига смещение вектора и произошло против часовой стрелки (фиг. 3) и расстояние между точками 47 и Е возросло. В результате на выходе датчика 20 остается единичный потенциал и через открытую ячейку 22 следующий импульс от генератора 45 проходит на вход 23 счетчика 24 и добавляет в нем единицу. В счетчике записывается код четверки, появляется единичный потенциал, который по первому входу открывает логическую ячейку 34. Поэтому по ее второму входу 43 импульс сдвига от генератора 45 поступает на вход 38 блока 15 фазового сдвига. В результате вектор UL сдвигается по часе-

V ГП

вой стрелке и расстояние между точками Е и 47 уменьшается. На выходе датчика 20 появляется отрицательный потенциал, логическая ячейка 22 закрывается, в счетчике 24 сохраняется код четверки, логическая ячейка,34 . остается открытой и каждым импульсом

генератора 45 вектор Up поворачивается по часовой стрелке до тех пор, пока точка Е не займет положение точки 48, когда расстояние меж- ду точками 47 и 48 минимально. Следующий после этого импульс сдвига -увеличивает это расстояние, потенциал на выходе датчика 20 меняется на единичный и импульс от генератора сдвига 45 сбрасывает счетчик 26 вновь в положение единицы. Разрешающий потенциал появляется на выходе 27 дешифратора 26, логическая ячейка 31 открывается и импульс сдвига nocrynaет на вход 35 блока 14 фазового сдвига. Процессы в схеме повторяются. После второго цикла точка 47 перехо- дит в положение точки 49, а точка .

48 - в положение 50.

После третьего цикла они занимают соответственно положения 51, 52 и т.д. до тех пор, пока уровень второй боковой частоты не снизится до поро- га чувствительности системы. При этом индикаторы фазовых сдвигов, которыми снабжены блоки 14, 15 фазового сдвига (не показаны), показывают фазовую несимметрию i/ , д. трехфаз- ной системы переменных напряжений А, В, С.

При выключении блоков 14, 15 фазового сдвига, что соответствует углам , в соответствии с урав- нением (4) индикатор уровня второй боковой частоты фильтра 19 (не показан) показывает уровень составляющих обратной последовательности, т.е измеряется амплитудная несиммет- рия.

0

5

5 0

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы перемерных напряжений, содержащее трехфазный генератор модулирующих напряжений, три идентичных однофазных модулятора, первые входы которых соединены с фазными проводами трехфазной системы переменных напряжений, вторые входы - с выходными зажимами трехфазного генератора модулирующих напряжений, причем для двух из модуляторов - через блоки фазового сдвига, выходы соединены последовательно между собой и с выходным фильтром, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности путем автоматизации процесса измерений, в него введены датчик знака приращения выходного сигнала фильтра, генератор импульсов сдвига, двоичный счетчик, дешифратор и пять логических ячеек 2И, один из входов первой из которых подключен к выходу датчика знака приращения выходного сигнала фильтра, а выход - к счетному входу двоичного счетчика, разрядные вьпсоды счетчика подключены к входам дешифратора, выходы которого подсоединены к первым входам остальных логических ячеек 2И, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков фазового сдвига, а вторые входы, а также второй вход первой логической ячейки 2И подключены к выходу генератора импульсов сдвига, а вход датчика знака приращения выходного сигнала фильтра соединен с выходом фильтра.

Uem

ЛО

t-2fc

V.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность и быстродействие измерения. Устройство содержит трехфазный генератор 1 модулирующих напряжений, модуляторы 2-4, блоки 14 и 15 фазового сдвига и выходной фильтр 19. Введение датчика 20 знака приращений выходного сигнала фильтра, логических ячеек 2И 22, 31-34, дешифратора 26, двоичного счетчика 24, генератора 45 импульсов сдвига и образование новых функциональных связей делает возмож- , ным автоматизировать процесс измерений. 3 ил.