Способ определения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора с коаксиальными цилиндрическими обмотками, расположенными симметрично на стержнях сердечника и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора.

Известен способ измерения потребляемой электроэнергии, заключающийся в том, что с помощью специального сигнала производится кратковременное отключение электроэнергии, подводимой к потребителю, и переключение измерительных устройств для измерения величины мощности нагрузки 1.

Указанный способ не обеспечивает гальванической развязки между злектрическими цепями, в которых производятся измерения, и измерительными устройствами, что ограничивает возможности указанного способа, особенно при измерениях мощности нагрузки в электрических цепях высоких напряжений.

Устройство 1 для реализации указанного способа содержит дифференциальное реле с двумя обмотками, воздействующими на одно и другое плечи якоря реле, и обмотку, устанавливающую реле на самоблокировку, в одну из обмоток управления якорем реле введено устройство задержки. Обмотки управления переключают реле с помощью напряжения, подводимого к потребителю электроэнергии. Реле управляется сигналом, предусматривающим отключение подводимого напряжения питания, в результате происходит переключение счетчиков злектрознергии, подводимой потребителю. Указанное устройство не обеспечивает гальванической развязки между электрическими цепями, в которых производятся измерения, и измерительными устройствами, что ограничивает возможности измерений, а при измерениях в.цепях высоких напряжений требуют дополнительной высоковольтной изоляции, что приводит к значительному увеличению массо-габаритных показателей.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому способу и устройству являются способ и устройство измерения мощности переменного тока 2. где

предложен способ измерения мощности переменного тока, протекающего в течение малого промежутка времени, отличающийся тем, что величины тока и напряжения измеряются непрерывно, измеренные величины перемножаются, результаты интегрируются на отрезке времени, равном длительности одной или нескольких полуволн, По результатам интегрирования определяется мощность нагрузки электрической цепи.

Способ, принятый в качестве прототипа, не обеспечивает гальванической развязки между электрическими цепями, в которых производятся измерения,и измери-/ тельными устройствами, что ограничивает возможности указанного способа, особенно при измерении мощности в цепях высоких напряжений.

Устройство для реализации способа измерения мощности переменного тока содержит умножитель, выход которого обеспечивает величину, пропорциональную мощности нагрузки измеряемой цепи, на один из входов которого подается величина, пропорциональная напряжению измеряемой цепи, на агорой - величина, пропорциональная току измеряемой цепи, выход которого подключен к устройству, интегрирующему значения,: пропорциональные мощности нагрузки по времени, подключенному к устройству индикации, по показаниям которого оценивают мощность нагрузки электрической цепи, в которой производят измерения, ,

Таким образом, устройство для реализации способа измерения мощности перементого тока не обеспечивает гальванической развязки между электрическими цепями, а которых производятся измерения,и измерительными устройствами, что ограничивает возможности измерений, а при измерениях в электрических цепях высоких напряжений требует дополнительной высоковольтной изоляции, что приводит к значительному увеличению массо-габаритнь Х показателей.

Целью заявляемого способа является расширение области применения за счет бесконтактного измерения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что измеряют величину основного магнитного потока, дифференцируют, по результатам дифференциривания оценивают величину, пропорциональную напряжению на нагрузках вторичных обмоток, измеряют сумму и разность магнитных потоков: основного и рассеяния, из первого результата вычитают второй, полученную разносгь интегрируют.

по результатам интегрирования оценивают величину, пропорциональную току нагрузки трансформатора.

Совокупность признаков, введенных в

ограничительную и отличительную части формулы, позволяют достичь поставленную цель. Среди известных решений не встречается указанная совокупность признаков, на основании чего можно сделать вывод, что

0 предлагаемый способ обладает существенными отличиями.

Целью изобретения устройства является расширение области применения за счет бесконтактного измерения мощности, под5 водимой к нагрузкам трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что в трансформатор введены подключенные к интегратору две измерительные обмотки, соединенные последовательно-встре чно.

0 намотанные первым, ближайшим к сердечнику слоем, первая из которых расположена на одном ярме сердечника, вторая -; на стержне сердечника, измерительная обмотка для измерения напряжения на нагрузках5 располагается На втором, свободном, ярме сердечника.

Совокупность признаков, введенных в ограничительную и отличительную части формулы, позволяют достичь поставленную

0 цель. Среди известных решений не встреча. ется указанная совокупность признаков, на основании чего можно сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает существенными отличиями,

5На фиг,1 показана схема электрическая

для реализации способа измерения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора; на фиг,2 показана конструкция трансформатора для реализации указанно0 то способа.

Устройство для реализации способа измерения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора, содержит первую измерительную обмотку 1, расположенную

5 на одном ярме сердечника 2, свободном от первичных 3,4 и вторичных 5.6 обмоток трансформатора, вторую измерительную обмотку 7, намотанную первым, ближайшим к сердечнику слоем, расположенную

0 под первичной 3 и вторичной 5 обмотками трансформатора, соединенную с первой измерительной обмоткой 1 последовательновстречно, подключенный к свободным концам измерительных обмоток 1,7 интегратор 8, подключенный к умножителю 9. подключенную к тому же умножителю 9 измерительную обмотку 10 для измерения напряжения, расположенную на втором. свободном ярме сердечника, подключенный к умножителю 9 измерительный блок

11, нагрузочные резисторы 12 вторичных обмоток трансформатора 5,6.

Предлагаемый способ и работа устройства для его реализации осуществляются следующим образом.

Теория Роговского предполагает обязательную одинаковость магнитных потоков на всех участках магнитопровода (сердечника 2) трансформатора, поскольку в нем сосредоточена подавляющая часть основного потока, а потоки рассеяния в магнитопровод не должны заходить. В действительности потоки рассеяния заходят в магнитопровод. Учитывая вышесказанное, взаимное расположение первичных 3,4, вторичных 5,6, измерительных 1,7 обмоток и обозначая Фо - основной поток; Фв. - поток рассеяния; Фс - поток стержня сердечника; Фя - поток ярма сердечника, получим

Фс - Фя (Фо + 1) - (Фо - Фз) 2 Ф

(Зихерман М.Н. Об электромагнитном рассеянии обмоток трансформаторов. Электричество, №9. 1983),

Вычитание результирующих величин осуществляется путем последовательновстречного включения первой 1 и второй 7 .измерительных обмоток. Если f/s величина проводимости путей потока рассеяния вторичных обмоток 5,6; WHSM - число витков измерительных обмоток 1.7 то.

2Ф5 05 12 WHSM.

Переходя от магнитных величин к электрическим, при синусоидальном токе получим.,

WHSM Cl Os l2WM3M иизм/j W

где a - угловая частота;

2 скорость изменения величины тока вторичных обмоток 5,6.

Оизм напряжение, наведенное на обмотке.

Откуда

иизм jOJCTs l2WH3M.

Таким образом, скорость изменения напряжения на измерительных обмотках 1.7 пропорциональна скорости изменения величины тока 12 вторичных обмоток 5,6.

После интегрирования интегратором 8 на входе умножителя 9 получаем величину, пропорциональную току вторичных обмоток 5,6

1

77 / иизм rit ,

Г2 -

f n

где ju - взаимная индуктивность между измерительными обмотками 1.7 и вторичными обмотками 5,6.

На измерительной обмотке 10. подключенной к второму входу умножителя, учитывая число ее витков, получим

U2(t) W dt

величину, пропорциональную напряжению вторичных обмоток трансформатора, тогда

на выходе умножителя 9, подключенного к измерительному блоку 11 Р 12U2,

и по показаниям измерительного блока 11 оцениваем величину мощности, подводимой к нагрузкам 12 трансформатора.

При практическом использовании описанного способа измерения мощности и устройства для его реализации производится предварительная градуировка измерительного блока 11 путем сравнения его показаний с заведомо известной величиной мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора. По сравнению с прототипом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают возможность бесконтактного измерения мощности, подводимой-к нагрузкам трансформатора.

Формула изобретения

1. Способ определения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора с коаксиальными цилиндрическими обмотками, расположенными симметрично на стержнях сердечника, заключающийся в том, что величины тока и напряжения в нагрузке измеряют непрерывно, перемножают, по результату перемножения определяют мощность, подврдимую к нагрузкам трансформатора, отличающийся тем, что, с

целью расширения области применения за счет бесконтактного измерения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора, измеряют величину основного магнитного потока трансформатора, измеряют сумму и

разность магнитных потоков основного и рассеяния, а напряжение и ток в нагрузках вторичных обмоток определяют из соотношений

1

4 ( Чо + Фз } - ( Фо - Чз ) d t.

Wf7s

где W - число витков измерительной обмотки,

f7s - проводимость путой потока рассеяния вторичных обмоток трансформатора

Фо основной магнитный поток трансформатора

- магнитный поток рассеяния транс-. форматора.

2. Устройство для определения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора с коаксиальными цилиндрическими

обмотками, расположенными симметрично на стержнях сердечника, содержащее интегратор, умножитель и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет бесконтактною измерения мощности, подводимой к нагрузкам трансформатора, в трансформатор введены три измерительные обмотки, соединенные первыми выводамипоследовательно-встречно, намотанные первым, ближёйшим к сердечнику. слоем, причем первая из них расположена на одном ярме сердечника, а вторая на стержне сердечника, третья измерительная обмотка напряжения расположена на втором ярме сердечника, вторые выводы первой и второй измерительных обмоток через интегратор соединены с первым входом умножителя, подключенного вторым входом к выводам третьей И31мерительной обмотки напряжения, выход умножителя соединен с измерительным блоком.

rCZb

Использование: преимущественно в высоковольтных цепях без разрыва питающей сети. Сущность изобретения: измеряют величину основного магнитного потока, сумму и разность магнитных потоков основного и рассеяния, рассчитывают ток и напряжение во вторичных обмотках по приведенным в формуле изобретения соотношениям и перемножением этих величин получают величину мощности. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Зч

УШ/Ш

Ш

/7

Шиг

л