Способ определения эффективного значения несинусоидального электрического сигнала в ключевых преобразователях Советский патент 1989 года по МПК G01R19/02 

4

СО

to

оо

I 1 (ji.i-o.i . ii|(. ;i,(MiMKrr флчмвые сдтиич Чс , Ч luM BbitiH г.-1рмо11И1;ами iiiKcH и M.in ЯЖ1 ИИ1( I c ч U|n,noJiy4;)eMhix с гр;пи-())прм;1торс1П I И 9 илприжения. HnKiirtbie детек юры 5,Ь,10 и 12 оп- рсаеляют лмп.питудные зилчсния первых гармоник токои сети ,„ с i грузки 1кгци и напряжений сети и„л и нагрузки Urr,H Перемножители 13,15,16,20,21,24,28, блоки 1А, 17, 18,26 деления, сумматор 22 и функциональные преобразователи 23, 27 осуществляют вычисление действующих значений токов сети Т и нагрузки 1« по следующим формулам:

.h

В

1C

C.OS ц

,РГ,, 1в,с cos - A,,sin ,

В

, - lfnKfos4 4. ,,н

МС

и m I КГ14И 1т 1C sin I m ,н

Unn I in (К

Имеются индикаторы 25, 29 и входные клеммы 30, 31, 32 и 33. Введение операций выделения основных гармоник токов сети и нагрузки и измерения углов сдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока в сети и в нагрузке позволяет повысить точность определения действующих значений несинусоидального сигнала при наличии реактивной нагрузки. Зил

Изобретение может быть использовано для измерения действующих значений несинусоидального сигнала в электрических цепях, содержащих ключевые преобразователи. Целью изобретения является повышение точности. Способ реализуется в устройстве, в котором фильтры 3 и 8 выделяют первые гармоники токов I_1C и I_1H сети и нагрузки, снимаемых с трансформаторов 2 и 7 тока. Измерители 4 и 11 фазы определяют фазовые сдвиги φ_C, φ между первыми гармониками токов и напряжений U_C и U_1H, получаемых с трансформаторов 1 и 9 напряжения. Пиковые детекторы 5,6,10 и 12 определяют амплитудные значения первых гармоник токов сети I_M1C и нагрузки I_M1H и напряжений сети U_M и нагрузки U_M1H. Перемножители 13,15,16,20,21,24,28, блоки 14,17,18,26 деления, сумматор 22 и функциональные преобразователи 23,27 осуществляют вычисление действующих значений токов сети I_C и нагрузки I_H по следующим формулам: I_C=(I_M1H^.U_M)/(√2^.U_M1H)√B_1CCOSφ-A_1CSINφ

I_H=(I_M1H^.U_M)/(√2^.U_M1H)^. √B_1C/COSφ , где B_1C=(I_M1C^.COSφ_1C^.U_M1H)/(U_M^.I_M1H)

A_1C=(I_M1C^.SINφ_1C^.U_M1H)/(U_M^.I_M1H). На фиг. 3 также показаны индикаторы 25,29 и входные клеммы 30,31,32 и 33. Введение операций выделения основных гармоник токов сети и нагрузки и измерения угловсдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока в сети и в нагрузке позволяет повысить точность определения действующих значений несинусоидального сигнала при наличии реактивной нагрузки. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении или измерении действующего значения им- пульсно-модулированных напряжений и токов в ключевых преобразовательных устройствах.

Цель изобретения - повьщ1ение точности измерений иесинусоидального тока и напряжения в цепях ключевого преобразователя, содержащих реактивные сопротивления.

Существо способа заключается в том, что выделяют основные гармоники Напряжения на нагрузке тока нагрузки и тока сети, измеряют их амплитудные значения и„,,, 1,,„ и IMIC и амплитудное значение напряжения сети . Измеряют также углы сдвига фаз между напряжением сети и основной гармоникой сетиМ с и между основными гармониками напряжения и тока и наг рузке , а эффективное значение несинусоидального тока нагрузки и тока сети определяют по формулам

1т

1И Т

JT Um.ii

JF.

1C

совЧ А U siп ,

где А

Т Im4cSin4 (c mtu

IT т

- т m 14

В,с

1пчс COSM ) Uml ГЦ tH

0

нормированные коэффициенты. На фиг. 1 показана упрощенная электрическая схема ключевого преобразователя { на фиг. 2 - эпюры напряжений в цепях схемы преобразователя и коммутационных функций ключей преобразователя} на фиг. 3 - блок- схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

45 I

0

5

На чертежах приняты следующие обозначения: Uc - напряжение на входе ключевого преобразователя , ic - входной ток преобразователя , К 4, ключи преобразователя; 1и - выходной ток преобразователя UH - выходное напряжение (или напряжение нагрузки) преобразователя ,Ьн сот противление нагрузки преобразователя; cot - текущая координата; «s - угол включенного состояния ключа К1.

Коммутационные функции и Ф, ключей К) и К2 описываются следующими выражениями:

У . - 1М-1)г..

1, - - / sin ivVcds +Г1 - cos П У ) sin na: tl (I)

TTTi П . I

M V ) -- sin пенсов nan -t-d - cos пЫ ) sinncotl. (2)

h« (

I

Входное нлпряжение препбразовате- где Dm - амплитуда входного напря- ля (фиг. 1 и 2) опредолется ныряже- южеиня преобразователя,

кием

Выходное напряжение преобразова- и. UfT, , (3) теля опр деляется формулой

СУ

UH /(a cosna: t - brvsinnuit)(4)

где

- . с„.,„-,ь, ,, ь.

Мгновенное значение тока сети на-г 1

ходят из выражения30 с Л| В, cosM - ) СО

ic 1н-Фк.. (7) jjlZ, (,2)

где 1ц - мгновенное значение тока

в активно-индуктивной на- U

где 1 -- действующее значение

грузке преобразователя, рав- 35 L/Т.

тока нагрузки при « ;

ное- -ii

В 1C - нормированные коэффици«г ,U ченты ряда Фурье для пер1ц / (a-..cosncot + bnHSinnoJt) .л л- «-

-JPY . вой гармоники входного

Q тока преобразователя.

a cCgyf - пЬ .. Алгоритм реализации способа следу- и L; sinM (n -t-ctg tf) ющий. Вьделяют первую (основную)

гармонику входного тока

h - па + bnctg4 (10) J б ..ч

пи - , 7 „ .-ТТЗГ Im.c - A...I- В4СUJ;

/с

L,sinif () 45 .

Определяют синус и косинус угла

l.j- модуль сопротивления нагруз-.. ..

сдвига между основной гармоникой

ки по первой гармонике... ..

,«„ входного напряжения и выделенной

Ч - угол нагрузки, определяемый

гармоникой входного тока: сдвигом фаз первой гармони- gg

ки тока в нагрузке и напря- . А ic

sinl... ;

жения на нагрузке. -Лд j. 0-2

Преобразовав полученные выражения С /lA i

и синтезировав ряды, можно записать

выражения для действующих значений gc cos M jc ji zzrrzi rmir токов сети If и нагрузки 1ц, опре-N А, + В,.

деляемых параметрами первых гармоник,

входного тока и тока нагрузки преоб- Умножают амплитуду входного тока

разователя.преобразователя на sin «с и

J

m.c - A... /с

А ir mic «i lM .c ; (.,5)

В,с Iw «г ic

Bi-mt-jHiKiT основяую гармонику выходного напряжения и тока преобразователя и и-эмеряют их амплитуды и

1ц1 И

Измеряют сдвиг фаз v.f между выделенными гармоникам выходного напряжения и Т(жа .

Определяют 1„, и Т при X S по (хпедующему алгоритму

I

2

(16)

А,,

I

(17)

1 - у и -.- f /- 1m IT

- m in

где „,,„

1/Ь(н - сопротивление нагруз-

ки основной гармоники Находят нормированные коэффициенты дискретного преобразования Фурье .

А,с , i; В,г ..-.

Далее по формулам (П) и (12) определяют действующие значения то- ков сети и нагрузки ключевого преобразователя .

Способ может быть реализован в устройстве, структурная схема которого показана на фиг. 3.

Устройство содержит трансформатор 1 напряжения, трансформатор 2 тока, выход которого соединен с входом фильтра 3, первый выход которого соединен с первым входом измерителя 4 фазы, второй вход которого подключен к первому выходу трансформатора 1 напряжения. Выход фильтра 3 и второй выход трансформатора 1 напряжения соединены соответственного с входами пиковых детекторов 5 и 6. Выход трансформатора 7 тока соединен с входом фильтра 8, а выходы трансформатора 9 напряжения - с входом пикового детектора 10 и первым входом измерителя 11 фазы, второй вход которого подключен к первому выходу фильтра 8, второй выход к торого через пиковый детектор 12 со динен с первым входом перемножителя 13, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом пикового ,4, М ектора 6 и первым входом блока 14 деления, второй вход

0

5

0

5

0

5

0

5

КОТОрОГ(1 С()РДИПР11 С выходом 11ИКО-пого детектора 10, н|.1ход пико| го детектора 5 соединен с: первьр-и чхо- дами перемножителей 1 j и 16, п. I hie входы которых соединены с соотпе. ствующими выходами измерителя 4 фазы, а выходы - с первыми входами блоков 17 и 18 деления соответственно, вторые входы Которых подключены к первому выходу блока 14 деления, второй ныход которого соединен с входом масптабного блока 1 9. Выходы блоков 17 и 18 деления соединены соответственно с первыми входами перемножителей 20 и 21, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 22, выход которого через функн 1ональный преобразователь 23 соединен с первым входом перемножителя 24, выход которого подключен к индикатору 25. Второй выход блока 18 деления соединен с первым входом блока 26 деления, выход которого через функциональный преобразователь 27 соединен с первым входом перемножителя 28, выход которого подключен к индикатору 29. Выход масштабного блока 19 соединен с вторыми входами перемножителей 24 и 28, первый выход измерителя 11 фазы соединен с вторым входом перемножителя 21 , и второй выход - с вторым входом перемножителя 20 и блока 26 деления. Входы трансформаторов 1, 2, 7 и 9 подключены соответственно к входным клеммам 30-33.

Устройство работает следующим образом.

При включении питающей сети через ключевой преобразователь запи- тывается нагрузка. Протекающие токи на входе и на выходе преобразователя наводят на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 7 сигналы, пропорциональные мгновенному значению входного и выходного тока преобразователя. Полученные сигналы подаются на входы фильтров 3 и 8, которые выделяют основные гармоники входного и выходного токов. Напряжение Нагрузки преобразователя поступает на фильтр 8, который выде-- ляет основную гармонику напряжения, нагрузки. Основная гармоника напряжения сети и осиовная гармоника входного тока преобразователя, поступают Fia входы измерителя 4 фазы, который выдает сигналы, пропорциональные

SJIl I/,с и СОК -f If . ПсГмЩМЧ ,|рМ.)11Ика n,4n))H/(ieHnsj 11.1гручки цп-сПрл )ч- теля и основняч 1 ярмоникл иых у- Ипчо токя преопр п 1Н, 1ТР,г1я ппс rvrian г нл

яход измерителя 1 (Ji.T bi. к птсрмГ: гинллст сигналы ,Г1р()пприи(Ч1лл1 Н|,1е s i пЧ н ens J - Сигналы Ifnic (амплитуда пснсчвнпй гмр- моники вход1К)1 о Т(жа преобра яова геля) , и sinifjf поступают па вх.од пере- множителя 15, который пьи1ает сиг - нал А 1C fa входы псремножителя 16 поступают сигналы Irrnc cosM c , а нл его выходе формируется сиг нал I l Блоки Г7 и 18 деления выдают сигналЕ-i и БК (приведенные коэффициенты ряда Фурье для первой гармоники входного тока преобрячпвлтеля). Сигнал произведения Urv, и Тщскс выхода перемножителя 13 поступает на вход блока 1Д деления, на второй вход которого поступает сиг}1ал Umic с выхода пикового.детектора 10.

Блок 14 деления вьщает сигнал 1 пропорционал15ный амплитуде тока нагрузки при ( :tT, я гигрщлы, пропорональные В : и cosW , поступают н входы блока 26 деления перемно ител 20, выходной сигнал которого пропор ционален произведению входных величин. Таким же образом и на выходе перемножителя 21 вьшеляется сигнал, пропорциональный произведению А ,t sini. Сигналы с выходов перемножителей 20 и 21 суммируются сумматором 22. Функциональный преобразователь 23 выдает сигнал, пропорциональный корню квадратному из с-уммы выходных сигналов перемножителей 20 и 21 . По

лученный результат поступает на оди из входов перемножителя 24, на второй вход которого поступает сигнал I с выхода масштабного блока 19, пропорциональный действунхцему значе нию выходного тока гп и о/ .

На выходе перемпожителя 24 функциональный преобразс)ватель 27 извлекает корень квадратный из произведения R к сорЧ, котор(.1й перемножается с выходным спг)алом масштабног блока 19 в перемножителе 28.

с

0 5 0

5

5 0 0

I l.iXfwuibir (ММ ня лм II срс .тио: и е,пеГ 2i i и . Я прсми рии ль1. М|М1.| neficTnyKiMuiM чиачеииям FiX(i, и гп-тпднстп токои киюченоггч прес брачс нл г гля . Эти гит - нллн поступлю.т ил ипгшкятсры 25 и 29 соотнетстиешт, ; могут быть иг1и1льзован|.1 и клчес гие управляющих сигналов в К(П1гу|1е apTohia ч ического рггулирсзраппя . I Формула изобретения

Способ опрел.оления зффект твного значения несинус оидального электрического сигнала в ключевых преоб- рлзопателях,заключающийся в том, что выделяют основную гармонику напряжения на нагрузке, измеряют амплитудные значения основной гармоники напряжения на нагрузке Uf, и напряжения сети U и фазовый сдвиг между сигналами, эффективное значение несинусо1 щального электрического сиг нала рассчитывают по формуле, о т л и ч а ю ГЦ и и с я тем, что, с целью повьш1ения точности, при реактивной нагрузке ключевых преобразователей выделяк Т основные гармоники токов сети и нагрузки, измеря - ют их амплитудные значения Irn.c и и углы СДВИ1 л фаз между напряжением сети и основной гармоникой тока , и между основными гармониками напряжения и тока в нагрузке Ч , а эффективные значения несинусоидального тока нагрузки и тока сети определяют по формулам

и,

В,

и,

COSlf

l 5 где

ImlH rr

iFu лГ.с

mm -L m 1C

i В,с - A c sin r.inU ic UM«H

L rtit miH нормированные коэффициенты;

UmiM

0

R- tC

D 4c f fviнормированные коэффициенты.

К1

КлючебоО прео6розобо/ле/

К1

чебоО озобо/ле/

I

IH

гт

U/ I

л UH

сригЛ

Фиг. 2