УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ НЕСИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЙ Советский патент 1973 года по МПК G01R29/16 

,1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений без нулевого провода при контроле качества электрической энергии систем электропитания, в статических преобразователях При устранении влияния несимметрии питающей сети на форму выходного напряжения, при посгроении п-риборов для изм ер-ения асимметрии трехфазных трехпроводных сетей.

Известные устройства аналогичного назначения, содержащие генератор модулирующих напряжений, кольцевые модуляторы, входы которых подсоединены к фазным проводам трехфазной системы и к генератору модулирующих напряжений, выходной фильтр с индикатором и фазосмещающие цепи, не обеспечивают высокой точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и, кроме того, не дают возможности одновременно измерять фазовую несимметрию по отдельным фазам системы.

Цель изобретения - повышение точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и обеспечение одновременного измерения фазовой несимметрии по отдельным фазам системы.

Цель достигается тем, что выходы модуляторов соединены последовательно между собой и с выходным, фильтром, настроенным на вторую боковую частоту спектра, а входы двух кольцевых модуляторов соединены с генератором модулирующих напряжений через

фазосдвигающие цепочки.

На фиг. 1 и 2 приведены векторные диаграммы несимметричных систем напряжений; на фиг. 3 - принципиальная блок-схема устройства.

Напряжения трехфазной сети преобразовываются с помощью трех амплитудных модуляторов в однофазное напряжение другой частоты. Цроцесс преобразования удобно рассмотреть на основе принципа многофазной модуляции. Нри этом напряжение каждой фазы питающей сети, имеющей амплитудно-фазовую несимметрию

a (),

f/, A,f/,sin(« + + -p,

(1)

. , 2 .

U, K.

-г-

25

фазгде Ua, Ub, и с-мгновенные значения

ных напряжений; Ка, Кь, Кс - коэффициенты амплитудной

несимметрии фаз; Urn-амплитуда напряжения; ,3 фо, фй, Фс-фазовая несимметрия напряжений;м - частота сети, модулируется напряжением другой частоты5 Q, также представляющим собой трехфазную систему, в которую кроме обычных фазовых сдвигов Y Т Д дополнительные фазовые сдвиги ijja, ifb, ific f амод..г«81п(2/ + и /„од.« :6мод.т81п (Q + - + фЛ. V 3 / (2)15 / 2я f/мод.с мод.т sin f Ш-1 - h тс ) где f/мод. а, f/мод. ь, t/мод. с-мгновенные значения фазных модулирующих напряжений;20 .т-амплитуда модулирующего напряжения. При квадратичной характеристике нелинейных элементов, применяемых в модуляторах,25 напряжения на их выходах представляют со-бой произведения модулирующих и модулируемых функций ( и а KJJJLf,.m Sin (Qt + ф J X30 Xsin(u) + J, ,,, tI 1 ч у f/ftZ.r,.mSin + V + X /4. ,0,35 XsinU + + (pJ (3)35 i/; - /С,.. Sin (Qif -f + ..,) X X sin (i)-f--- 4-Ф ),4 I V 3 / Разложив произведения синусов и просуммировав левые и правые части, получаем U. + U. UJJ....X X(,cosf(co-2) + , + /C,COS(u)-Q),-,-f + /C,cosI(u,-Q) + 7,-0,)- .m{ C„COSI(«) + 2) + p„ + У-f + /C,cosr(« + Q)+ + P, + ,+ 355 ;,; +/C,cos(.),}. (4) где частота- (()-частота преобразования; (со+й)-вторая побочная частота, ко-60 торая при симметричной системе напряжения сети (.ъ , ) И симметричной системы модулирующих напряжений (т|,,1))) оказывается равной нулю, при несимметричном питании65 ,4 (К,,.; ) образуется остаток второй боковой частоты, для подавления которого необходимо выполнить условие « ° К + ) + « + Vj + ... Гс j oi / L j i + А cos I (со-f-У) г-f-- h б + д. Г(с« + Q) + + . + tJ О, (5) Графически ЭТО означает, ЧТО три вектора частоты (ш+й), соответствующие слагаемым (5), образуют разомкнутый треугольник. Подбирая значения углов управления ifa, , с, можно свести к нулю сумму этих векторов. Определяем необходимые для этого углы -фа, tb Фс- Подставив в формулу 5 фд-( и записав его в виде системы уравнений , ,, / 2л + 6 cos (-+ 9, + j+ +/С sin ( + , , 3 -с еу f--f р, f- + V 3 / V 3 + с + . j О,(6) получаем рещения в виде 2 /.2 /с.arccos -;;°- ---cp,-|i (7) 3 - °« 7/c 7 - T. - f . (8) Д трехпроводной (без нулевого провода) несимметричной трехфазной системы из ЛЛВС (фиг. 1) можем записать лп - МДЛ 94Д ПД гпч / ДДП - () + ( ) - -f- -cos/AS О, (5r-AO«-f (.05.соз/ЛО5; (05r AO« + (Л5)-2ЛO.Лfi.cosZOЛ5 но ЛВО : -f cp, - ,; Z Л05.-J - ,; Z.OAB + ,. Знак при отсчете углов фь и фс выбирается как обычно: плюс против часовой стрелки, минус - по часовой стрелке. На фиг. 1 оба угла фь и фс отрицательны. Теперь j АГ - Ж Ж, cos ,, - ш, - - V с ос ( то тс у + ,K,os Kl Kl + KI- , COS (T + Подставляя (9) в (7) и (8), получаем - 471 о я- о са-- г Первые решения в (10) непригодны,-так как предполагают однофазную систему модулирующих напряжений, что нарушило бы процесс преобразования частоты. Поэтому для компенсации остатка второй боковой частоты (со+Й) на выходе преобразователя необходимо выполнить соотношения ,; fc -2ТсНа фиг. 2 представлен произвольный случай несимметрии и компенсации остатка по условию формулы 11. Здесь сплощной линией обозначены векторы первичной трехпроводной сети /Со, Къ, Кс, пунктирной линией - векторы боковой частоты, которые имеют обратный порядок чередования фаз Ка, К.ь, Кс, Они не образуют замкнутых треугольников. Штрих-пунктирной линией обозначена их сумма 2. Точками показаны векторы второй боковой частоты /Са, Кбз, /Ссз после поворота их на углы компенсации , 1|). Из уравнений видно, что после поворота сумма векторов второй боковой частоты обращается в нуль. Следовательно, устройство для измерения несимметрии должно содержать три однофазных модулятора, два из которых имеют фазосмещающие цепочки. Устройство содержит генератор модулирующего напряжения /, фазосдвигающие цепи 2 и для углов -фь и 11)0 соответственно, ручки потенциометров изменения фазового сдвига фазосмещающих цепей 4 и 5, входы 6-8 кольцевых модуляторов, подключенные к контролируемой трехфазной сети 9, кольцевые модуляторы 10-12 со входами 13-75 со стороны модулирующих напряжений и выходами 16-18 и фильтр второй боковой частоты с индикатором 19. Работа устройства заключается в следующем. При симметричной измеряемой сети 9 ручки потенциометров 4 к 5 фазосмещающих цепей 2 и 5 установлены на нуль и согласно формуле 5 вторая боковая частота на выходе преобразователя отсутствует, то есть индикатор выходного фильтра J9 не дает показаний. При появлении несимметрии в сети 9 ипдикатор фильтра 19 дает отклонение. Регулируя ручками 4 и 5 фазосмещающих цепей 2 VI 3 фазу модулирующего напряжения, поступающего на кольцевые модуляторы // л 12 от генератора модулирующего напря(9) (10) жения /, добиваются пулевого показания индикатора. Прн этом смеш,ения ручек показывают углы фазовой песимметрии векторов двух линейных напряжений относительно третьего, согласно формуле 11. Так как смещения -фь и ij)c линейно связаны с углами несимметрии фь, фс, то очевидно, шкала прибора линейна. Измерение составляющих обратной последовательности в устройстве производится следующим образом. Систему напряжений формулы 1 можно представить через симметричные составляющие следующим образом и А и А. + и А,; , exp.f / )-f f/,exp.| 2 I М T+)J 7, л,ехр// j+f/,exp. (у + т) где и At,, А,-- симметричные составляющие прямой и обратной последовательности соответственно; у - фазный угол составляющих обратной последовательности. При модуляции формулы 12 системой формулы 2 и отсутствии сдвигов импульсов управления (фа фь 11;с 0), проводя аналогичные преобразования, получаем и, - . т -иAim COS (to - Q) / - . т UAlm COS(co + ) + (13) To есть составляющая второй боковой частоты (cu+fi) имеет амплитуду, пропорциональную амплитуде обратной последовательности Таким образом, при нулевых фазовых сдви гах индикатор второй боковой частоты показывает амплитуду обратной последовательности, причем шкала и в этом случае линейна. Следует заметить, что при использовании для выделения второй боковой частоты полосового фильтра, полоса пропускания которого выбирается с учетом возможных колебаний частоты трехфазной системы напряжений, точность измерений от колебаний частоты не зависит. Кроме того, так как при несинусоидальной сети высшие гармоники не попадают в полосу пропускапия фильтра второй боковой частоты, то от несинусоидальности напряжений показания также не зависят, Таким образом, устройство позволяет измерять амплитудную и фазовую несимметрию трехфазной системы напряжений без нулевого провода при несинусоидальности напряжений, а также колебаниях частоты, причем несимметрия измеряется по каждой фазе в отдельности. Кроме того, шкала прибора линейна, что является важным преимуществом при градуировке приборов и считывании. 7 Предмет изобретения и стройство для измерения амплитудно-фазогой несимметрии трехфазной системы напряжений, содержащее генератор модулирующих напряжений, три одинаковых колькевых модулятора, входы которых подсоеди11с:1Ы к фазным проводам трехфазной систел.ы и к генератору модулирующих напряжений, выходной фильтр с индикатором и фазосмещающие цепи, отличающееся тем, что. с целью повышения точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и обеспечения одновременного измерения -фазовой несимметрии по отдельным фазам системы, выходы модуляторов соединены последовательно между собой и с выходным фильтром, настроенным на вторую боковую частоту спектра, а входы двух кольцевых модуляторов соединены с генератором модулирующих напряжений через фазосдвигающие цепочки.