Устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети Советский патент 1992 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к области контроля качества электроэнергии трехфазной сети переменного тока.

Известно устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети, содержащее три делителя напряжения, три элемента суммирования, коммутатор, преобразователь напряжение- код, блок вычисления, блок регистрации, источник опорного трехфазного напряжения прямой последовательности, формирователь, умножитель частоты, блок управления, функциональный преобразователь, регистр, три управляемых масштабных преобразователя и три аналоговых блока памяти

1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети, содержащее измерительный трехфазный трехстержневой трансформатор, два сумматора, два фазовращателя на 90°, два фильтра основной гармоники, два конденсатора и логометр 2.

Общий недостаток известных устройств - низкая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет более полного учета при измерениях информативных составляющих трехфазных напряжений, что способствует значительному расширению .функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети, содержащее измерительный трехстержневой трансформатор; первый и второй сумматоры, первый и второй фильтры основной гармоники, первый и второй конденсаторы, логометр, первый вход которого через последовательно соединенные первый конденсатор, первый фильтр основной гармоники, первый сумматор, первый фазовращатель на 90° соединен с первым выводом измерительного трехстержневого трансформатора, который через последовательно соединенные второй фазовращатель на -90°, второй сумматор и второй фильтр основной гармоники соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод измерительного трехстержневого трансформатора соединен с вторым входом первого и второго сумматоров, причем в

измерительном трехстержневом трансформаторе первая группа вторичных обмоток первого, второго и третьего стержней соединены последовательно-согласно, вторая группа вторичных обмоток второго и третьего стержней соединены последовательно- встречно, в него введены третий вывод измерительного трехстержневого трансформатора, третий фильтр основной гармоники, третий и четвертый конденсаторы,

переключатель, усилитель-вычитатель, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом первого фильтра основной гармоники, выход усили- теля-вычитателя соединен через четвертый конденсатор с первым выводом переключателя, второй и третий выводы которого соединены соответственно со вторым выводом второго конденсатора и вторым входом логометра, четвертый вывод переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор и третий фильтр основной гармоники соединен с третьим выводом измерительного трехстержневого трансформатора, в котором первый, второй и третий выводы соединены с второй, третьей и первой группами вторичных обмоток соответственно, третья группа вторичных обмоток содержит обмотки первого, второго и третьего стержней с

числом витков, соответствующим 1/3, 1/6 и 1/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем вторичная обмотка первого стержня соединена последовательно- встречно со вторичными обмотками,

включенными согласно второго и третьего стержней, вторая группа вторичных обмоток второго и третьего стержней содержит число витков, соответствующее /6 напряжения первичных обмоток этих стержней,

первая группа вторичных обмоток первого, второго и третьего стержней содержит число витков, соответствующее 1/3 напряжения их первичных обмоток.

Как видно из изложения сущности,

предлагаемое техническое решение обла- дает признаками, отличающими его от прототипа и, следовательно, соответствует критерию новизна.

По отличительным признакам был проведен поиск известных решений в науке и технике. Известных решений не найдено. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию существенные отличия.

Принципиальное отличие предлагаемого устройства от объекта-прототипа состоит в том, что наличие усилителя-вычитателя, переключателя и дополнительных фильтра основной гармоники, конденсаторов, а также дополнительной группы во вторичных обмотках измерительного трансформатора позволило обеспечить измерение симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей, и тем самым коэффициентов несимметрии и неуравновешенности, а также несинусоидальности трехфазных напряжений, что способствовало повышению точности измерения, а также расширению функциональных возможностей устройства.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети.

Устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфаз- ной сети содержит измерительный трансформатор 1, имеющий первую 2, вторую 3 и третью 4 группы вторичных обмоток. При этом в первой группе 2 вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней со- ответственно снабжены числом витков, соответствующим 1/3 напряжения их первичных обмоток, и соединены последовательно-согласно. Во второй группе 3 вторичные обмотки второго и третьего стер- жней соответственно снабжены числом витков, соответствующим (ЗУб напряжения их первичных обмоток, и соединены последовательно-встречно, В третьей группе 4 вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующим 1/3, 1/6 и 1/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем обмотка первого стержня соединена последовательно-встречно с об- мотками, включенными согласно второго и третьего стержней трехстержневого измерительного трансформатора 1. в котором первый, второй и третий выводы соответственно соединены со второй 3, третьей 4 и первой 2 группами вторичных обмоток. Первый вывод измерительного трансформатора 1 через последовательно соединенные первый фазовращатель 5 на 90°, первый сумматор 6, первый фильтр 7 основной гармоники и первый конденсатор 8 с первым входом логометра 9 и через последовательно соединенные второй фазовращатель 10 на -90°, второй сумматор 11, второй фильтр 12 основной гармоники соединен с входом второго конденсатора 13. Третий вывод измерительного трансформатора 1 через третий фильтр 14 основной гармоники соединен с входом третьего конденсатора 15. Второй вывод измерительного трансформатора 1 соединен со вторыми входами первого 6 и второго 11 сумматоров, причем выход первого сумматора 6 подключен к первому входу усилителя-вычитателя 16, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 7 основной гармоники, а выход - с входом четвертого конденсатора 17. Выходы второго 13, третьего 15 и четвертого 17 конденсаторов через переключатель 18 подключены ко второму входу логометра 9.

В основу работы устройства для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети при измерении напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей положен следующий принцип. По методу симметричных составляющих, комплексы напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей записываются

|(UA+aUB+a2Oc); Ј (UA+a2UB+aUc); -(UA+UB+UC),

(1) (2) (3)

где Ui, U2, Uo - комплексы действующих значений напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно;

UA, UB, Uc - комплексы действующих значений фазных напряжений;

a2 e&i p 120° - оператор поворота угла.

Преобразовав выражения (1) и (2), получают соответственно

1 -.

Qi ;r(UA+UBCOS y +jUesin +Uccos -jUcsin) - UA+COS(UB+UC)+

+ jsin pOJB-Uc):(4)

1s (UA+UBCOS p-}UBsin p +

3

+ Cccosp+jUsin 1М+созуз(Ов+

,.о

+ Uc)-jsin (UB-UC);

(5)

Обозначают

V I UAcos(UB+Uc) I UA- (UB+

+ Uc) UA--1 (UB+Uc);

(6)

W j sin(UB-Uc) (UB-Uc)} (UB-UC).(7)

Подставив выражения (6) и (7) в уравнения (4) и (5), получают соответственно

Ui V+JW; ,

где V, А/ - комплексы действующих значений действительной и мнимой составляющих комплексов действующих значений прямой и обратной последовательностей.

Мгновенные значения напряжений прямой и обратной последовательностей соответственно имеют вид:

Ui(t)U(t)+ w(t+N/4); U2(t)U(t)+ W&.-N/4),

rAeU(t) UA (t)(thUc(t)-мгновенное значение действительной части напряжений прямой и обратной последовательностей;

(о (t+T/4) (t)+Uc(t) - мгновенное значение мнимой части прямой последовательности;

u(t-T/4) UB(t)+Uc(t) - мгновенное значение мнимой части обратной последовательности;

Т - период изменения напряжения.

Мгновенное значение напряжения нулевой последовательности записывается

Uo(t) UA(t)+UB(t)+Uc(t)J.

Таким образом, напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей могут быть получены путем суммирования исходной трехфазной системы напряжений с определенным весовым коэффициентом.

Принцип действия устройства следующий.

Исследуемая трехфазная система напряжений DA, UB, Uc подается на первичные обмотки измерительного трансформатора 1, на втором выводе которого, т.е. на зажи

мах последовательного встречного и согласного соединений трех вторичных обмоток образуется суммарно-разностное напряжее ние U(t) - UB-- (UB+Uc). На первом выво- зоб

де трансформатора 1, т.е. на зажимах последовательного встречного соединения двух вторичных обмоток трансформатора 1 формируется разностное напря10 жениеа (t) -(Us-Uc).

Напряжение U(t) поступает на одни входы сумматоров б и 11, а напряжение со (t) - на оба фазовращателя 5 и 10, осуществля15 ющих соответственно фазовые сдвиги напряжения ft) (t) на +90° и -90°. Напряжение со (t+T/4) с выхода фазовращателя на +90° поступает на другой вход сумматора 6. На . выходе этого сумматора образуется напря20 жение Ui(t)U(t)+ ш (t+T/4), которое одновременно поступает на суммирующий вход усилителя-вычитателя 16 и на фильтр 7, выделяющий из напряжения U1(t) его основную гармонику Ui (t). Напряжение с выхода

25 фильтра 7 первой гармоники поступает одновременно на вычитающий вход усилителя-вычитателя 16 и на конденсатор 8, включенный к первому входу логометра 9. На выходе усилителя-вычитателя 16 фор30 мируется разностное напряжение U/k (t) HJifrJ-Ui1 (t), представляющее собой сумму напряжений всех высших гармоник прямой последовательности, которое подается на конденсатор 17, включенный через пере35 ключатель 18 к второму входу логометра 9. При этом показания логометра пропорциональны отношению действующего значения суммы напряжений всех высших гармоник к действующему значению напря40 жения основной гармоники прямой последовательности, т.е. коэффициенту несинусоидальности трехфазной системы напряжений.

Для измерения коэффициента несим45 метрии напряжение со (t-T/4) с выхода фазовращателя 10 на -90° поступает на другой вход сумматора 11. На выходе этого сумматора образуется напряжение Ua(t)U(t)+ + О) (t-t/4), которое поступает на фильтр

50 12, выделяющий из него составляющую основной гармоники. Напряжение с выхода этого фильтра поступает на конденсатор 13, включенный через переключатель 18 ко второму входу логометра 9. При этом пока55 зания логометра пропорциональны отношению действующих значений напряжений обратной и прямой последовательностей основной частоты, т.е. коэффициенту несимметрии трехфазной системы напряжений.

Для измерения коэффициента неуравновешенности на третьем выводе трансформатора 1, т.е. на зажимах последовательного согласного соединения трех вторичных обмоток, формируется суммарное

напряжение Uo(t) - (UA+UB+UC), которое

О

поступает на фильтр 14, выделяющий из него составляющую основной гармоники. Напряжение с выхода этого фильтра подается на конденсатор 15, включенный также через переключатель 18 ко второму входу лого- метра 9. При этом показания логометра пропорциональны отношению действующих значений напряжений нулевой и прямой последовательностей основной частоты, т.е. коэффициенту неуравновешенности трехфазной системы напряжений.

Напряжения на выходах фильтров, очевидно, являются напряжениями прямой, обратной и нулевой последовательностей основной частоты, а напряжение на выходе усилителя-вычитателя - суммой напряжений всех высших гармоник прямой последовательности. Их действующие значения могут быть измерены любым вольтметром переменного тока.

Таким образом, предлагаемое устройство, в отличие от известного, позволяет обеспечить измерение напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей, и тем самым коэффициентов несимметрии и неуравновешенности, а также несинусоидальности трехфазной системы напряжений, что способствует повышению точности измерения, а также расширению функциональных возможностей устройства.

Формула изобретения Устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети, содержащее измерительный трех- стержневой трансформатор, первый и второй фазовращатели на 90°, первый и второй сумматоры, первый и второй фильтры основной гармоники, первый и второй конденсаторы, логометр, первый вход которого через последовательно соединенные первый конденсатор, первый фильтр основной гармоники, первый сумматор, первый фазовращатель на 90° соединен с первым выводом измерительного трехстержневого трансформатора, который через последовательно соединенные второй фазовращатель на 90°, второй сумматор и второй фильтр основной гармоники соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод

измерительного трехстержневого трансформатора соединен с вторым входом первого и второго сумматоров, причем в измерительном трехстержневом трансформаторе первая группа вторичных обмоток

первого, второго и третьего стержней соединены последовательно согласно, вторая группа вторичных обмоток второго и третьего стержней соединены последовательно- встречно, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности измерения, в устройство введены третий вывод измерительного трехстержневого трансформатора, третий фильтр основной гармоники, третий и четвертый конденсаторы, переключатель.

усилитель-вычитатель, первый и второй вход которого соединены соответственно с входом и выходом первого фильтра основной гармоники, выход усилителя-вычитателя соединен через четвертый конденсатор с

первым выводом переключателя, второй и третий выводы которого соединены соответственно с вторым выводом второго конденсатора и вторым входом лагометра, четвертый вывод переключателя через последовательно соединенные третий конденсатор и третий фильтр основной гармоники соединен с третьим выводом измерительного трехстержневого трансформатора, в котором первый, второй и третий

выводы соединены с второй, третьей и первой группами вторичных обмоток соответственно, третья группа вторичных обмоток содержит обмотки первого, второго и третьего стержней с числом витков соответствующим 1 /3,1 /6 и 1 /6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем вторичная обмотка первого стержня соединена последовательно-встречно с вторичными обмотками, включенными согласно второго и

третьего стержней, вторая группа вторичных обмоток второго и третьего стержней содержит число витков, соответствующее 1$Уб напряжения первичных обмоток этих стержней, первая группа вторичных обмоток первого, второго и третьего стержней содержит число витков, соответствующее 1/3 напряжения их первичных обмоток

Использование: изобретение относится к контролю качества электрической энергии трехфазной сети переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный трехфазный трехстержне- вой трансформатор 1, имеющий первую 2 и вторую 3 группы вторичных обмоток, а также две цепочки, первая из которых состоит из последовательно соединенных фазовращателя 5 на 90°, сумматора 6, фильтра 7 основной гармоники и конденсатора 8, подключенных к логометру 9, а другая - из последовательно соединенных фазовращателя 10 на -90°, сумматора 11, фильтра 12 основной гармоники и конденсатора 13. Для достижения цели устройство дополнительно содержит усилитель-вычитатель 16, фильтр 14 основной гармоники, конденсаторы 15 и 17 и переключатель 18, а измерительный трансформатор 1 содержит третью группу 4 вторичных обмоток, в которой обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующим 1/3. 1/6 и 1/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем обмотка первого стержня соединена последовательно-встречно с обмотками, включенными согласно второго и третьего стержней. В первой группе 2 вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков. СО