Активный фильтр симметричных составляющих Советский патент 1988 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к автоматизации электрических систем и может быть использовано в устройствах измерения несимметрии, релейной за- щиты и автоматики.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот фильтра симметричных составляющих

На фиг,1 приведена схема фильтра. при использовании его в качестве фильтра напряжения обратной последовательности; на фиг„2 - векторные диаграм1Ф1 напряжений при подаче на вход фильтра составляющих обратной последовательности на фиг 3 - векторные диаграммы напряжений при подаче на вход фильтра составляющих прямой последовательностис

Фильтр симметричных составляющих содержит первый 1 и второй 2 активные фазовые фильтры (АФФ), .Top 3 и преобразователь 4 частоты сети в напряжение. Первьй АФФ 1 содержит операционньй усилитель 5, резистор 6 обратной связи, входной резистор 7, конденсатор 8, заземляющий резистор 9 и аналоговый перемножи- |тель 10 сигналов (АПС),, который вклю чен между операционным усилителем 5 и управляемым резистором 9. Управляющий вход АЛС 10 присоединен к преобразователю 4 частоты в напряжение , На Бходь АФФ 1 и 2, являюпшес одновременно входами активного фа- зового фильтра симметричных составляющих (ФСС)J подается напряжение с входных промежуточных преобразователей ток - напряжение или напряжение напряжение,

Линейное напряжение первой и второй фаз поступает на АФФ 1. Элементы АФФ 1 выбраны таким образом чтобы его вькодное напряжение отставало от входного на угол

1, -2arctguT, ,, где (jJ - частота сети;

Т, -- постоянная времени 1, При номинальной частоте сети угол Ч, -2arctp. VS.

Напряжение с выхода АФФ 1 поступает на вход операционного усилителя 1 через резистор 12. Линейное напряжение первой и третьей фаз поступает н вход АФФ 2, который сдвигает входко.е напряжение по фазе в сторону отставания на угол

1/. -2arctgwT2,

где Т - постоянная времени АФФ 2, При номинальной частоте угол

-2arctg - .

Напряжение с выхода АФФ 2 поступает через резистор 13 на вход операционного усшштеля 11, который суммирует данный сигнал с сигналом, поступающим с выхода А И: 1 выход которого соединен с входом через резистор 14 обратной связи.

Пусть на вход активного ФСС поступает лишь напряжение обратной последовательности (фиг..). При номинальной частоте выходные напряжения АФФ 1 и 2, изображенные на фиг. соответственно векторами Хт и Хп, оказываются сдвинутьми относительно друг друга на угол (f . Модуль выходного напряжения ф тльтра получается суммированием этих напряжений:

и

выхХт Хп.

При отклонении частоты сети от номинальной АФФ фильтры с передаточной функцией

W(pi

Т - Тр

ргмеют амплитудную характеристику .Eliwl A(wi

1 +

т.е. амплитудная погрешность при отклонении частоты от номинальной

М о dcu

Для того, чтобы фазовый сдвиг выходных напряжений по отношению к входным оставался неизменным и равным для первого АФФ

Ц -2arctg {3,

а для второго

г -2arctg ,

необходимо, например;, при уменьшении частоты сети в два раза увеличить постоянную времени также в два раза в соответствии со следующим выражением;

4 -2arctg wT. (1) Постоянная времени АФФ Т RC,

где R - сопротивление резистора 9, С - емкость конденсатора 8.

Изменение постоянной времени Т наиболее эффективно производится путем изменения сопротивления резистора 9. Одним из способов управления сопротивлением резистора является применение АПС 10, включенного последовательно с резистором 9.

Эквивалентное сопротивле ние схем АПС + R для первого и второго АФФ определяется из соотношения:

R

3 KB

R KU

(2)

-- управляющее напряжение, подаваемое с преобразователя частоты в напряжение на управляющий вход АПС, К - масштабный коэффициент перемножения перемножителя.

25 сети,соответствующий номинальной час тоте, и выходное напряжение преобразователя частоты в напряжение управляет сопротивлением АПС и резистора 9, так, что выходные напряжения АФФ

Таким образом, сопротивление эле- ЗО и 2 оказываются сдвинутыми друг отментов АПС и присоединенного к нему резистора управляется напряжением U Подставляя выражение (2) в выражение (1) получают

. -2а„., fe

Значит, для сохранения неизменным значения фазового угла сдвига межд.у входным и выходным напряжениями АФФ при уменьшении частоты сети в два раза необходимо во столько же раз уменьшить Uv|. Амплитуда напряже П5Я при этом останется неизменной, т.е. A(w) 1. Поэтому углы с/, и е/ при изменении частоты сети остаются неизменными, что необходимо для исключения фазовой погрешности ФСС.

При подаче на вход активного ФСС составляющих прямой последовательности (фиг.З) выходные напряжения АФФ 1 и 2 оказываются в противо- фазе. При отклонении частоты от номинальной, поскольку углы с/ и (А, остаттись неизменными, напрпгеьгття остаются в противофазе. Так как модули этих напряжений при изменении частоты не изменяются, то при

35

носительно друга на угол (f . Модуль выходного напряжения ФСС получа ется суммированием выходных напря- АФФ 1 и 2. При любом отклонении частоты сети от номинальной при подаче на вход ФСС напряжения прямой последовательности управляюш.ее напряжение пропорционально частоте сети и подаваемое с выхода преобразовате40 ля частоты в напряжение на управляющий вход АПС регулирует эквивалентное сопротивление АПС и резистора 9 (фиг.1) таким образом, что выходные напряжения АФФ 1 и.2 остаются в про45 тивофазе и при суммировании пх на выходе ФСС имеет место нулевой сигнал. Аналогично ведет себя схема и при подаче на вход ФСС напряжения об ратной последовательности при любом

50 отклонении частоты сети от нош-1наль- ного. Только выходные напряжения АФФ 1 и 2 сдвинуты друг относительно дру га на угол {f(iir.2), а на выходе ФСС имеется модуль напряжения, полу55 ченньш суммированием выходньк напряжений АФФ 1 и 2.

Таким образом, предлагаемая схема ФСС позволяет получать на выходе нап

суммировании они взаимно уничтожаются и на вьпсоде ФСС имеется нулевой сигнал.

Фильтр работает следующим обра

зом.

в симметричном режиме работы сети на входы активного ФСС подается напряжение прямой последовательности

(фиг.З). На преобразователь частоты в напряжение подается сигнал с фаз сети, соответствующий номинальной частоте и выходное напряжение преобразователя частоты в напряжение

управляет сопротивлением АПС и резистора 9 так, что выходные напряжения АФФ 1 и 2 остаются в противо- фазе, что дает на выходе ФСС нулевой сигнал.

При возникновении несимметрии в сети на входы ФСС подается напряжение обратной последовательности (фиг.2). На преобразователь частоты в напряжение подается сигнал с фаз

сети,соответствующий номинальной частоте, и выходное напряжение преобразователя частоты в напряжение управляет сопротивлением АПС и резистора 9, так, что выходные напряжения АФФ 1

и 2 оказываются сдвинутыми друг от

носительно друга на угол (f . Модуль выходного напряжения ФСС получается суммированием выходных напря- АФФ 1 и 2. При любом отклонении частоты сети от номинальной при подаче на вход ФСС напряжения прямой последовательности управляюш.ее напряжение пропорционально частоте сети и подаваемое с выхода преобразователя частоты в напряжение на управляющий вход АПС регулирует эквивалентное сопротивление АПС и резистора 9 (фиг.1) таким образом, что выходные напряжения АФФ 1 и.2 остаются в противофазе и при суммировании пх на выходе ФСС имеет место нулевой сигнал. Аналогично ведет себя схема и при подаче на вход ФСС напряжения обратной последовательности при любом

отклонении частоты сети от нош-1наль- ного. Только выходные напряжения АФФ 1 и 2 сдвинуты друг относительно друга на угол {f(iir.2), а на выходе СС имеется модуль напряжения, полученньш суммированием выходньк напряений АФФ 1 и 2.

Таким образом, предлагаемая схема СС позволяет получать на выходе нап514

ряжения прямой и обратной последсва- тельпости, величина которых не зависит от частоты сети. Погрешность устройства при отклонении частоты принципиально отсутствует и определяется только качеством выполнения отдельных элементов, что составляет менее 1%. Формула изобретения

Активный фильтр симметричных сое- тавлягощих по авт.св. № 1327012, о т

л и ч а ю DI и и с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введен преобразователь частоты в напряжение, а активные фазовые фильтры выполнены управляемыми, причем вход преобразователя частоты в напряжение соединен с фазами сети, а выход подключен к управляюпсим входам первого и второго активных фазовых фильтров„

Изобретение относится к области автоматизации электрических систем и может быть использовано в устройствах измерения несикметрии, релейной защиты и автоматики. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот фильтра симметричньтс составляющих - достигается тем, что в известньй фильтр симметричных составляющих дополнительно введен преобразователь частоты сети в напряжение 4, а активные фазовые фильтры 1 и 2 выполнены управляемы И. Введение указанных элементов позволяет получать на выходе устройства напряжения прямой и обратной последовательности, величина которых не зависит от частоты сети. Погрешность при отклонении частоты принципиально отсутствует и определяется только качеством выполнения отдельных элементов. 3 ил. Q S (Л / гч

В(

(ptt.3