Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Советский патент 1982 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к контролю качества электроэнергии трехфазных сетей переменного тока. Известен цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной о сети, в состав которого входят коммутатор фаз, преобразователь аналогкод, блок управления, множительные устройства, задатчики кодов, реверсивные счетчики, определитель знака, блок изменения фазы на 120°, ква ратор, регистрирующее устройство, устройство деления, нуль-орган Недостатки этого измерителя заключаются в ограниченном верхнем диапазоне частот, сложной аппаратурной реализации и невысокой точности из-за инструментальных погрешностей фазовращателя и методической погрешности дискретизации. Наиболее близким к изобретению является цифровой, измеритель симметричных составляющих трехфазной сети содержащий блок управления и последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и блок вычисления, при этом между первым входом коммутатора и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя включены последовательно соединенные умножитель частоты, схема И, управляемая триггером, счетчик и дешифратор, причем выход счетчика подключен к единичному входу триггера и одному из входов блока управления, второй вход которого соединен с входом умножителя, пер вый выход - с управляющим входом коммутатора, второй выход - с нулевым входом триггера и управляющим входом дешифратора, а третий выход - с управляющим входом блока памяти 2. Недостатком известного измерителя является.низкая точность при наличии помех в исследуемых сигналах, так как в нем измерение квадратурных соетавляющих напряжении, по которым затем определяются квадратурные составляющие действующих значений симметричных составляющих, осуществляется по мгновенным значениям напряжений, А такой метод, как известно, обладает низкой помехозащищенностью о Для повышения помехозащищенности могут быть введены фильтры, однако это приведет к ограничению частотного ди апазона и, что особенно важно,к появлению дополнительных фазовых погре ностей о Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения влияния помех. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной се ти, содержащий коммутатор, распределитедь импульсов, блок управления, у ножитель частоты, два счетчика, два блока переноса, два электронных ключа и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, причем вход умножителя частоты соединен с зажимом для первой фазы,,входы первого, второго и третьего ключа коммутатора со динены с зажимами первой, второй и третьей фазы, первый выход блока управления соединен с управляющим входом распределителя импульсов, введены три интегратора,сумматор и два преобразователя фаза-код, причем вхо ной зажим первой фазы соединен с пер выми входами первого и второго преобразователей фаза-код, входной зажим второй фазы соединен с вторым входом первогопреобразователя фазакод, входной зажим третьей фазы с вторым входом второго преобразователя фаза-код, три выхода распределителя импульсов соединены с вторыми входами первого, второго и третье го ключей коммутатора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с входом блока управления, выход умножителя частоты соединен с вторым входом распределителя импульсов, выход первого преобразователя фазакод через блок переноса соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с выходом первого электронного ключа, выход второго преобразователя фаза-код через второй блок переноса соединен с первым входом второго счетчика, второй вХод которого соединен с выходом второго электронного ключа, три выхода коммутатора через три интегратора соединены с тремя входами сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразовате ля, второй выход блока управления соединен с вторыми входами блоков переноса и вторыми входами электронных ключей, третий выход блока управления соединен с вторым входом аналогоцифрового преобразователя, выход первого счетчика соединен с третьим входом первого электронного ключа и третьим входом второго ключа коммутатора, выход второго счетчика соединен с третьим входом второго электронного ключа и третьим входом третьего ключа коммутатора, а входной зажим для подключения эталонного генератора соединен с первыми входами обоих электронных ключей На чертеже приведена структурная, схема предлагаемого измерителя. Измеритель содержит ключи 1-3, интеграторы -6, сумматор 7, аналогоцифровой преобразователь 8, блок 9 вычисления, умножитель 1Q частоты, распределитель 11 импульсов, блок 12 управления, преобразователи 13 и 1 фаза-код, блоки 15 и 16 переноса, счетчики 17 и 18, электронные ключи 19 и 20 и коммутатор 21, Поясним принцип измерения симметричных составляющих в предлагаемом измерителе. Запишем известные выражения для комплексов действующих значений симметричных, составляющих (/д+av +a ;) (v +а V +av ) 3 Д с (v +V +V 1 fc П f где ,, Vf, (0) комплексы действующих значений прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно; - оператор поворота, А 6 с комплексы действующих значений фазных напряжений. Если начальную фазу напряжения Уд принять равной нулю (), то V. /. ; f. v е; й f .А А -„.в в .-«, с с где , - начальные фазы напряжений Dj, и УС соответственно; в I Фззовые сдвиги напряж ний U, Up соответственно по отнош нию к напряжению Ид, Выражения 1 напишем с учетом равенств (2) и (З) V -.Ifv v е 340%Чс)- W LW c J a) .or-iLvvAv l Воспользовавшись выражениями С перейдем к квадратурным составляющим напряжений U) V))K) V - i-fV j-V l-D-J i V(-OV тк--4г1 А: fcWix ctcO au 3 Nfo s-T-C ftfovM--N tiW , fttaw ct-i.) )cco)x 0b(.0)(0)V где v, и v,,; у,,,и v,; v, И 4) квадратурные составлящие действующих значений напряжений прямой, об ратной и нулевой последовательносте соответственно ду v (при принятии условия П имеем ), , и бУ квадрату ные составляющие действующего значе ния напряжения IJj, { аналогично v.. и С- л Vcv); . ,C( + 2( B{l),,&5j(fB + ) - квадратурные составлящие действующего значения сдвинутого по фазе на напряжения 1); vai)x с (); Vc),,Vj, s i п (Нс ) - квадратурные составляющие действующего значения сдвинутого по фазе на (или ) напряжения Uq; VBf2)() ; в(2}Гб (Pe 240) - квадратурные составляющие действующего значения сдвинутого по фазе на (или -120) напряжения cos (YC 1-1 )°); s i n(fc 120) - квадратурные составлякхцие действующего,значения сдвинутого по фазе на 120 напряжения УС. Перечисленные квадратурные составляющие определяются по И1 теграль оз НЫМ (усредненным) значениям кусочногармонических напряжений, полученных из исходных напряжений. Например, для определения осуществляется усреднение кусочно-гармонимеской Лункциии C-t) )при -lloiUjt 5 J ) 10ПРИ остальных значепри остальных значениях out. IC/i-MB .TCll-if Ш)--- Ubtt)au}t-- r (JUt + no° -100° 9ib)d(U)t)Vg,co5(tfe,tiioj Нормирование кусочно-гармонической функции U(t) легко реализуется с помощью электрического ключа, на информационный вход которого подается гармоническое напряжение (tiJt+ +%) , а ключ каждый период открывается приц) и закрывается при . Аналогично формируются .кусочногармонические напряжения для определения остальных квадратурных составляющих о Интервалы сохранения гармонического закона изменения фазных напряжений, соответствующие каждой из квадратурных составляющих, приведены.в таблице, По квадратурным составляющим находят действующие значения симметричных составляющих V--VM VV (6) . Измеритель работает следующим образом. В исходном состоянии ключи 1-3 коммутатора 21 закрыты, открываются они на фазные интервалы в соответствии с таблицей Эти фазные интервалы формируются следующим образом. Фазы О, 90, 12П, 210, и ЗЗП задайтся умножителем ТО частоты и распределителем 11 импульсов, Умножитель 10 частоты служит для формирования калиброванных по фазе импульсов, цена деления которых не зависит от частоты фазного напряжения« Коэффициент умножения умножителя 10 частоTN целесообразно выбрать равным 12. Тогда выходной импульс умножителя in частоты будет соответствовать входного напряжения на любой частоте. Импульсы с выхода умно жителя in частоты поступают на распределитель 11 импульсов, который формирует управляющие сигналы , поступающие на ключи коммутатора 21, Так, управляющий сигнал, соотве ствующий фазеио1 0, формируется в м ,мент поступления на распределитель первого импульса с умножителя 10, в качестве которого принимается импульс перехода напряжения Ид через нуль. Фазе u) соответствует момент поступления четвертого импульса с умножителя 1П, фазеа) пятый импульс и так далее, и,наконец , фазе tjit 330 - двенадцатый импульс Управление распределителя 11 импульсов, т,е„ настройка его на фо мирование управляющих сигналов с тр буемым фазовым сдвигом относительно начала отсчета u), осуществляется блоком 12.управления в зависимости от измеряемой величины, согласно таблице (-Чс) формирупт Фазы (i -fa) и Преобразователями 13 и 1i осуществляется преобразование фа.зовых сдвигов ifg и f. соответственно в код и коды по с налу блока 12 управления, поступающему на блоки 15 и Тб переноса, в каждом цикле измерения вводятся соответственно в счетчики 17 и 18 на вычитание В исходном состоянии в этих счетчиках записывается код Ев результате в них образуются коды ( -vfg) и (f) Тем же сигналом блока 12 управления, которым производится перенос, открываются электр ные ключи 19 и 20 и импульсы частоты -EQ поступают на описывание пока заний счетчиков 17 и 18„ В моменты обнуления счетчиков 17 и 18 на их выходах формируются сигналы, фазы появления которых равны (Ж и (). Выходные сигналы счетчиков 17 и 18 подаются на управляЮ1чие входы соответственно ключей 2 и 3 и на вторые управляющие входы электронных ключей 19 и 20, закрывая их. Ключи 1-3 управляющими сигналами распределителя 11 импульсов и счетчиков 17 и 18 открываются на соответствующие фазные (или временные) интервалЫо В течение этих интервалов на входы интеграторов +-6 поступают фазные напряжения, а на остальном интервале периода ключи 1-3 закрыты и входные напряжения интеграторов -6 равны нулю о Выходные напряжения интеграторов k-6, пропорциональные соответствующим квадратурным составляющим, поступают на сумматор 7, где они суммируются в соответствии с одним из выражений системы (5). Выходное напряжение сумматора 7 подается на аналого-цифровой преобразователь 8, в котором по сигналу блока 12 управления производится преобразование напряжения в кодо Этот код вводится ;в блок 9 вычисления, которым осуществляется определение действуюицих значений симметричных составляющих трехфазной системы напряжений по формуле f 1), а в случае необходимости и коэффи циента несимметрии„ Таким образом, в измерителе определение симметричных составляюи1их производится по интегральным (усредненным) значениям фазных напряжений, что обеспечивает повышение помехозащищенности, а тем самым и повышение точности измерений при наличии помех.

Симметричные соетавляющиеИнтервалы сохранения гармонического закона изменения фазных напряжений

Формула изобретения

Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети содержащий коммутатор, распределитель импуль сов, блок управления, умножитель частоты, два счетчика, два блока переноса, два электронных ключа и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, причем вход умножителя частоты соединен с зажимом для первой фазы, входы первого, второго и третьего ключа коммутатора соединены с зажимами первой, второй и третьей фазы, пер вый выход блока управления соединен с управляющим входом распределителя . импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три интегратора, сумматор и два преобразователя фаза-код, причем входной зажим первой фазы соединен с первыми входами первого и второго преобразователя фаза-код, входной зажим второй фазы соединен с вторым входом первого преобразователя фаза-код, второй зажим третьей фазы - с вторым входом второго преобразователя фаза-код, три выхода распределителя импульсов соеди нены с вторыми входами первого, второго и третьего ключа коммутатора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с входом блока управления, выход умножителя частоты соединен с вторым входом распределителя импульсов, выход первого преобразователя фаза-код через блок переноса соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с выходом первого электронного ключд, выход второго преобразователя фаза-код через второй блок переноса соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, три выхода коммутатора через три интегратора соединены с тремя входами сумматора, выход которого соединен с еходом аналого-цифрового преобразователя, второй выход блока управления соединен с вторыми входами блоков переноса и вторыми входами электронных ключей, третий выход блока управления соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход первого счетчика соединен с третьим первого электронного ключа и третьим входом второго ключа коммутатора, выход второго счетчика соединен с третьим входом второго электронного ключа и третьим входом третьего ключа коммутатора, а входной зажим для подключения эталонного генератора соединен с первыми входами обоих электронных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 737882, кл, G 01 R 29/16, 21.02.77.

2.Авторское свидетельство СССР № 868640, кл. G 01 R 29/16, 15.01.fiO (прототип).