Устройство для измерения активной /реактивной/ составляющей многофазного тока Советский патент 1982 года по МПК G01R19/06 

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике И может быть использовано для измерения и регистрации активной и реактивной составляющих тока, фазового угла и. коэффициента мощности многофазной системы переменного тока, а также для формирования сигналов обратной связи в системах управления, например, электроприводов переменного тока.

Известно устройство для измерения активной и реактивной составляющих тока в многофазной системе переменного тока, содержащее измерительный преобразователь тока и измерительный преобразователь напряжения в цепи фазы контролируемой многофазной системы переменного тока, демодулятор, выполненный в виде однополупериодного фазочувствительного выпрямителя на транзисторе, один вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя напряжения, , другой через промежуточный трансформатор связан с выходом измерительного преобразователя тока, а выход подключен к выходу устройства П.

Недостатками известного устройства являются снижение точности измерений составляющих тока при несимметрии фаз и искажении формы токов и напряжений многофазной системы переменного тока, а также низкое быстродействие, обусловленное необходимос10тью усреднения выходного сигнала на интервале, равном периоду частоты контролируемой системы переменного тока.

Наиболее близйим по технической

15 сущности к изобретению является устройство, содержащее измерительный преобразователь тока и измерительный преобразователь напряжения в цепи фазы контролируемой многофазной сис20темы переменного тока, демодулятор, выполненный в виде двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя на транзисторах, один вход кото3 9 рого соединен с выходом измерительного преобразователя напряжения, другой связан с выходом измерительного преобразователя тока, а выход подключен, к выходу устройства 2j. Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерений при наличии несимметрии фаз и искажений формы токов.и напряжений многофазной системы переменного тока, и недостаточное быстродействие, связанное с ,необходимостью усреднений выходного сигнала на интервале, равном полупериоду частоты контролируемой системы переменного тока, что ограничивает . возможность использование устройства в системах управления, например, вен тильного электропривода переменного тока. Цель изобретения - повышейие точности измерений и быстродействия. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения актив ной (реактивной) составляющей многофазного тока,, содержащем установленные в фазах контролируемой многофазной системы переменного тока измерительные преобразователи тока и измерительные преобразователи напряжения и. связанный с ними входамидемодулятор, выход которого соединен с выходом устройства, дополнительно введены многофазный генератор опорных сигналов, формирователь, первый и второй преобразователи, имеющие каждый последовательно соединенные многофазный блок модуляторов, одни входы которых.пофазно соединены с выходами генератора опорных сигналов, другие в первом преобразователе пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей тока, а во втором преобразователе пофазно соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения,сумматор и фильтр,выход которого присоединен к вы ходу преобразователя, причем выход первого преобразователя подключен к одному входу демодулятора, а выход второго преобразователя через первый формирователь соединен с другим входом демодулятора. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения активной (реактивной) составляющей тока в контролируемой трехфазной системе переменного тока; на фиг.2 - линейные диаграммы электрических величин. 24 ил1пос.трирующие работу устройства при измерении активной составляющей тока. Устройство содержит измерительные преобразователи 1-3 тока и измерительные преобразователи. 4-6 напряжения, включенные соответственно на фазные токи и фазные напряжения контролируемой многофазной (трехфазной) системы переменного тоКа, трехфазный генератор 7 опорных сигналов , первый преобразов атель 8, второй преобразователь 9, первый формирователь 10 и демодулятор 1.1. Первый преобразователь 8 содержит последовательно соединенные трехфазньй блок 12 модуляторов, одни входы которых пофазно соединены с выходами генератора 7 опорных сигналов, а другие пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей 1-3 тока, сумматор 13 и фильтр 14, выход которого соединен с выходом преобразователя 8. Второй преобразователь 9 содержит последовательно соединенные трехфазный блок 15 модуляторов, одни входы которых пофазно соединены с выходами генератора 7 опорных сигналов, а другие пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей 4-6 напряжения, сумматор 16 и Лмльтр 17, выход которого соединен с выходом преобразователя 9. Выход первого преобразователя 8 соединен с одним из входов демодулятора 1I, а .выход второго преобразователя 9 через первый формирователь 10 связан с другим входом демодулятора I1, выход которого соединен с выходом устройства. Кроме того, устройство имеет дополнительно второй формирователь (на фиг.1 не показан), который включают между выходом первого преобразойателя 8 и связанным с ним входом демодулятора 11. Устройство также дополнительно снабжено двумя фильтрами (не показаны) , один из которых включают между выходом вторЪго формирователя и связанш.гм с ним входом демодулято-. ра П, а другой - между выходом второго преобразователя 9 и входом первого формирователя 10. Включение на выходе первого преобразователя 8 второго формирователя позволяет дополнительно осуществлять змерение фазового угла контролируемой многофазной системы переменного тока, а одновременное включение вто рого формирователя и двух указанных фильтров - измерение коэффициента мощности системы. Устройство работает следующим об разом. На одни входы модуляторов блоков 12 и 15 модуляторов, преобразователей 8 и 9 с выходов измерительных преобразователей 1-3 тока и выходов измерительных преобразователей 4-6 напряжения поступают напряжения, пропорциональные соответственно фаз ным токам и фазным напряжениям конт ролируемой многофазной (трехфазной) системы переменного тока. Выходные напряжения измерительных преобразователей 1-3 тока и 4-6 напряжения являются векторными сигналами и несут информацию о фазе и величине каждого из фазных токов и напряжени контролируемой системы переменного тока. Одновременно на другие входы модуляторов блоков 12 и 15 модуляторов преобразователей 8 и 9 с выходо многофазного (трехфазного) генерато ра 7 опорных сигналов поступают векторные опорные сигналы в виде переменных напряжений, например, пр моугольной формы. Для повышения быстродействия и точности измерений устройства часто ту Ct) выходных опорных сигналов гене ратрра 7 опорных сигналов выбирают много большей частоты SL контролируемой системы переменного тока. С помощью модуляторов, в блоках 12 и 15 модуляторов осуществляется амплитудная модуляция высокочастотных векторных выходных сигналов генератора 7 опорных сигналов векторными низкочастотными сигналами измерительных преобразователей НЗ тока и 4-6 напряжения соответственно. Промодулированные высокочастотные выходные сигналы отдельных моду ляторов в первом и втором преобразователях 8 и 9 суммируются соответственно сумматорами 13 и 16. С помощью фильтров 14 и 17 нижних часто Промодулированные высокочастотные выходные сигналы сумматоров 13 и 16 освобождаются от высших гармоник и поступают соответственно на выходы первого и второго преобразователей 1 и 2. При этом Промодулированные вы сокочастотные выходные сигналы первого и второго преобразователей 1 и 2 характеризуют соответственно обобщенные векторы тока 1 и напряжения Уд контролируемой многофазной (трехфазной) системы переменного тока во вращающейся системе координат, образованной векторными высокочастотными выходными сигналами генератора 7 опорньпс сигналов. При использовании дпя формирования опорных сигналов общего для обоих Преобразователей 8 и 9 генератора 7 опорных сигналов система координат, образованная егр векторными высокочастотными выходными сигналами, является единой для выходных векторных сигналов преобразователей 8 и 9. Таким образом, выходные векторные сигналы преобразователей 8 и 9 несут информацию не только о величине обобщенных векторов тока 1 и напряжения l контролируемой системы переменного тока, но и их взаимный фазовый сдвиг точно соответствует реальному фг1зовому сдвигу в неподвижном системе координат.. В общем случае целесообразно иметь возможность сдвигать по фазе выходные векторные сигн;шы генератора 7 опорных сигналов. Например, при включении измерительных преобразователей 1-3 тока на фазные токи, а измерительных преобразователей 4-6 напряжения на линейные напряжения контролируемой системы переменного тока для сохранения реального фазового сдвига |.р между обобщенными векторами тока 1/1 и напряжений -F/i необходимо систему векторных опорных сигналов , подаваемых на входы модуляторов блока 15 модуляторов второго преобразователя 9, с выходом генератора 7 опорных сигналов сдвинуть по фазе на 30 эл.град, в сторону отставания относительно системы векторных опорных сигналов, подаваегО.гх на входы блока 12 модуляторов первого преобразователя 8. Формирование выходных сигналов устройства, пропорциональных измеряемым электрическим величинам в контролируемой системе переменного тока, осуществляется с помощью демодулятора 11. Для формирования выходного сигнала, пропорционального активной составляющей тока, на одии вход демодулятора 11 непосредственно подают выходной сигшл первого преобразователя В, характеризующий обобщенный вектор тока I/, (фиг.2), а на другой его вход - выходной сигнал Uj первого формирователя 10,представляющий собой ограниченный по амплитуде (нормированный) формирователем 10 выходной сигнал второго преобразователя 9, характеризующий обобщенный нектор напряжения и/1 (фиг. 2) . Выходной сигнал U первого форми- О рователя 10 является одномерным и несет информацию лишь о фазе обобщенного вектора напряжения 0/(. При постоянстве амплитуды выходного сигнала UQ первого формирователя 10 в ре зультате осуществляемой демодуляции I1 демодуляция входных сигналов на выходе демодулятора .11 выделяется сигнал Цдм , среднее значение которого пропорционально активной составляющей тока контролируемой си темы переменного тока илмср-1 - Im-cos Дпя формирования выходного сигнала устройства, пропорционального реактивной составляющей тока, осуществляют дополнительный сдвиг системы опорных сигналов, подаваемых на входы модуляторов блока 15 модуляторов второго преобразователя 9 на 90 зл.град . в сторону опережения, ли бо такой же по величине сдвиг системы опорных сигналов, подаваемых на входы модуляторов блока 12 модуляторов первого преобразователя 8, в сторону отставания. При измерении фазового угла системы между выходом первого преобразователя 8 и входом демодулятора 1 дополкительно включают.второй формирователь, который ограничивает по ам плитуде (нормирует) выходной сигнал первого преобразователя 8. При включении второго формирователя на оба входа демодулятора 11 поступают одномерные сигналы, несупше информацию лииь о фазе oбoбщeнJныx векторов тока 1 и напряжения IJ . При этом на выходе демодулятора 11 формируется сигнал, среднее знач.ение которого линейно связано со значением фазового угла контролируемой системы переменного тока. -j;«co 2(Г-5) Для получения на выходе устройства сигнала, характеризующего значение коэффициента мощности контролируемой системы переменного тока, необходигичный фильтр одновременно включают между выходом второго преобразовате52МО, чтобы сигнал, поступающий с выхода второго формирователя на вход демодулятора I 1 , был синусоидальным. Для получения синусоидальной формы указанного входного сигнала демодулятора 1 1 между выходом вт орого формирователя и входом демодулятора II дополнительно включают фильтр. выполненный, например, в виде RC , цепи. Для компенсации фазового сдвига, вносимого этим фильтром, аналоля 9 и входом первого формирователя 10. Яри одновременном включении второго формирователя и двух указанных фильтров среднее значение выходного сигнала демодулятора I1 оказывается однозначно связанным со значением коэффициента мощности контролируемой системы переменного тока. Использование в предлагаемом устройстве генератора высокочастотнь;х опорных сигналов и преобразователей выходных сигналов измерительных преобразователей тока и напряжения поз-; воляет получить сигналы, характеризующие обобщенные векторы тока и напряжения контролируемой многофазной системы переменного тока. При этом использование информации о мгновенных значениях токов и напряжений всех фаз контролируемой системы переменного тока позволяет производить измерения активной (реактивной) составляющей тока, фазового угла системы и коэффициента мощности в несимметричш.1х системах переменного тока и значительно снижает погреганость измерения при несинусоидальности тока, что обеспечивается за счет исключения ряда гармоник из выходных сигналов преобразователей и их фильтрации на высокой несущей частоте, задаваемой генератором опорных сигналов. Использование амплитудной модуляции высокочастотных опорных сигналов выходными сигналами измерительных преобразователей тока и напряжения позволяет существенно повысить быстродействие устройства, так как частота опорных сигналов может быть выбрана на несколько порядков вьпче частоты в контролируемой многофазной системе переменного тока, и постоянные времени фильтров, необходимых для получения непрерывного выходного сигнала устройства будут, соответственно на столько же порядков меньше. Повьппение точности, быстродействи и расширение функциональных возможностей устройства расширяет область применения устройства, распространяя ее в частности, на систеьа 1 управлени электроприводами переменного тока. Формула изобретения Устройство для измерения активной (реактивной) составляющей многофазного тока, содержащее установленные в фазах контролируемой многофазной системы переменного тока измерительные, преобразователи тока и измерител ные преобразователи напряжения и свя занный с ними входами демодулятор,выход которого соединен с выходом ус тройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений и быстродействия устройства дополнительно введены многофазный генератор опорных сигналов, формирователь, первый и второй преобразоват ли, имеющие каждый последовательно соединенные многофазный блок модуляторов , одни входы которых пофазно соединены с выходами генератора опорных сигналов, другие в первом преобразователе пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей тока, а во втором преобразователе пофазно соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения, сумматор и фильтр, выход которого присоединен к выходу преобразователя, причем выход первого преобразователя подключен к одному входу демодулятора, а выход второго преобразователя через первьй формирователь соединен с другим входом демодулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Марюта А.Н., Воронов В.А. Датчики активного тока и коэффициента мощности, - Приборы и системы управления, 1973, № 1, с. 17-18. 2. Авторское свидетельство СССР № 298988, кл, Н 02 Л 3/46, 11.09.67.