Измеритель симметричных составляющих Советский патент 1983 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения напряжений и токов прямой и обратной последовательностей трехфазной электрической сети.

Известно устройство для выделения симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей трехфазной сети, которое состоит из активно-индуктивных плеч, подклйченньпс непосредственно к фазам сети fl Недостатком указанного устройства является погрешность, обусловленная высшими гармониками сети.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной электрической сети, которое состоит из двух каналов, содержащих последовательно соединенные трансформаторы, фильтг ры симметричных составляющих, селективные преобразователи, включающие избирательный усилитель, выпрямитель и сумматор, а также перйключателя, делителя и преобразователей частоты в напряжение 12.

Недостатком этого устройства является низкая точность преобразоваHffK основной гармоники симметричной составляющей в постоянное напряжение, что определяется температур- ной и временной нестабильностью зпементов избирательных усилителей. Поэтому селективный преобразователь содержит основной преобразовательный тракт, тракт коррекции, прерыватель, масштабный преобразователь

10 и формирователь импульсов. Работа селективного преобразователя основана на синфазности измеряемого и опорного сигналов, что имеет мцсто при отсутствии сдвига фаз в преобра15зователе, который запитан от того же источника сигнала, который питает и формирователь импульоов.

Однако угол сдвига фаз cи weтpичной составляющей напряжения на вы20ходе фильтра симметричных составляющих изменяется в широких пределах (от О до 360, а выходной сигнгш фильтра силметричных составляющих является полигармоничёским,.причем уровни высших гармоник часто превьхиают уровни симметричных составляющих. Все это приводит к тому, что на вход тракта сравнения сигналы первых гармоник симметричных состав30ляющих с выхода фильтра симметрич-. ных составляющих и опорное напряжение с выхода масштабного преобразователя поступают сдвинутые не на-, что необходимо для обеспечения работы селективного преобразователя в нормсшьном режиме, а на любой другой угол(от-1Г до 4ГГ . Компенсация фазового сдвига срав ниваемых в тракте сравнения сигналов отсутствует, что приводит к появлению напряжения, которое усиливается полосовым усилителем тракта. сравнения, выпрямляется синхронным детектором, и через фильтр нижних частот подводится к сумматору, в результате чего нарушается режим стабилизации всего устройства. При этом селективный преобразователь перестает функционировать или работ ет с большой погрешностью. Целью изобретения является повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель симметричных составляющих, содержащий фильтр сим метричных, составляющих и селективный преобразователь, состоящий из измерительного тракта, тракта сравнения прерывателя, масштабного преобразователя и формирователя импульсов, прячем источник трехфазного напряже ния подключен к входам фильтра симметричных составляющих выход котор го по дключен к входам тракта измере ния и тракта сравнения, выход которого подключен к другому входу трак та измерения, выход которого через прерыватель и масштабный преобразователь соединен с другим входом тракта сравнения, а выход«формирова теля импульсов соединен с вторым . входом прерывателя и третьим входом тракта сравнения, последова тельно соединенные круговой фазовра щатель, избирательный усилитель, фа зоповрротный блок на1С/2. перемножи.тель, фильтр, нижних частот, компаратор и исполнительный блок, при чем первый вход кругового фазовращате соединен с одной из фаз сети, второй вход соединен с выходом исполнитель - него блока, выход фильтра сймметрич ных составляющих соединен с вторым входом перемножителя, а выход избир тельного усилителя соединен с-входом формирователя импульсов. На чертеже приведена структурная схема устройства. Измеритель симметричных составля ющих состоит из фильтра 1 симметрич ных составляющих и селективного уст ройства, состоящего из основного из мерительного тракта 2, прерывателя 3, источника 4 трехфазного напряжения, тракта 5 сравнения, масштабно.го преобразователя 6, кругового фазовращателя 7, избирательного усилителя 8, фазоповоротного блока 9 на /2, перамножителя 10, формирователя 11 импульсов, исполнительного блока 12, фильтра 13 нижних частот и компаратора 14. Основной измерительный, тракт 2 состоит из последовательно соединенных избирательного .усилителя 15, амплитудного детектора 16 и сумматора 17, а тракт 5 сравнения содержит последовательно включенные вычитающее устройство 18, полосовой усилитель 19, синхронный детектор 20 и фльтр 21 нижних частот. Измеритель работает следующим образом. Выходной сигнал фильтра 1 усиливается а основном измерительном тракте 2 избирательным усилителем 15, настроенном на основную гармонику трехфазного напряжения, и выпрямляется амплитудным детектором 16, после чего поступает на первый вход сумматора 17, на второй вход сумматора 17, который одновременно является другим входом основного измерительного тракта 2, поступает сигнал с выхода фильтра 21 нижних частот, который также является выходом тракта 5 сравнения. Сумматрный сигнал с выхода сумматора 17 поступает на вход прерывателя 3, который управляется сигналом с выхода фор- мироватвля 11 импульсов. Меандр с выхода прерывателя 3 делится масштабным преобразователем б в К раз, где К - номинальное значение коэффициента усиления основного измерительного тракта 2. Выходной сигнал масштабного преобразователя 6. поступает на первый вход вычит щего устройства 18, являющийся третьим входом тракта 5 сравнения, на второй вход вычитающего устройства (первый вход тракта 5 сравнения поступает преобразуемлй сигнал с выхода фильтра 1 симметричных составляющих. Благодаря наличию в тракте 5 сравнения избирательного усилителя 19 сигналь; сравниваются по первым гармоникам,. Если коэффициент передачи основнЬго тракта равен Номинальному значению К, то разностное напряжение первой гармоники на выходе вычитакхцего устройства 18 отсутствует. При отключении коэффициента передачи основного тракта 2 от номинального знвчения на выходе вычитающего устройства 18 и, следовательно, на выходе тракта5 сравнения появится разностное напряжение, поступающее на второй вход сумматора 17, которое компенсирует приращение напряжения основного тракта 2. Для функционирования схемы селективного преобраэсэвателя необходимо, чтобы частота и фазовый сдвиг выходного напряжения формировтеля 11 совпадали с частотой и фазовым сдвигом первой Гармоники преобразуемого сигнала,, Равенство частот обеспениваатся подачей сигнала на фильтр 1 непосредственно, а на формирователь 11 через фазовраидтель 7 и избирательный усилитель 8 с одного и того же источника 4 трехфаьзного напряжения,

компенсация фазового сдвига между первыми гармониками сигналов с выхода фильтра 1 и с выхода масштабного преобразователя 6 осуществляется путем изменения начального угла сдвига фаз сигнала на выходе фазовращателя 7 и, соответственно, на выходах избирательного усилителя 8 и фазопрврротиого блока 9, а также на входе формирователя 11 импульсов. Это достигается тем, что результат перемножения входного сигна|лаформирователя 11, повернутого Ha tr/2 фазоповоротным блоком 9, и выходирго сигнала фильтра 1 в виде постоянного напряжения через фильтр 13 нижних частот, ко11 мутатор 14 и исполнительный блок 12 поступает на управляющий вход фазовращателя 7.

Если векторы первых гармоник

перемножаелых сигналов сдвинуты на

1C/2, то на выходе перемножителя 10

прстояйная составляющая авна нулю

Ц-K O Oj K UjSWio-tU ei C()

-К ци41ех 5(:в:|а)«-со5(). .СОбХ11«Ч.-1);(1)

о выходное напряжение переггдемножителя/

К - коэффициент преобразования перемножителя;

„ ..

и. tI,,U, и - соответственио мгновенные и действующие значения перемножаемых напряжений. Переменная -составл51ющая выходного сигнала перемнозкителя подавляется фильтром 13 нижних частот. Таким образом, на входе компаратора напряжение отсутствует иисполнительцый блок 12, управлякида1й фазовращателем 7, не включается в работу. В этом случае сигнал на входе формирователя 11 синфазен с выходным сигналом фильтра 1.

При возникновении фазового сдвига между первыми гармониками преобразуемого сигнала и сигнала с выхода формирователя 11 на выходе фильтра 13, соединенного с перемно- жителем 10, появляется постоянное нпряжение .

Ugj,,x i« ( - &Ч)51и (цЛ 4 1) dt °fV. ( t uf )co5i (2uЛ-.-)Зa -ЦU1U,, (1)

где и

выходное напряжение

1 фильтра 13,

ЛУ- угол сдвига фаз между векторами первых гармоник преобразуемого напряжения и напряжения Hai выходе формирователя 11.

Постоянное напряжение с фильтра 13 поступает на компаратор 14, который срабатывает в соответствии с уровнем и знаком этого напряжения, и запускает исполнительный блок 12, сигнал которого воздействует на фазовращатель 7 таким образом, чтобы скомпенсировать угол сдвига фаз .

Таким образом, дополнительнре .введение в измеритель симмедаричнык составляищих фазовращателя 7, избирательного усилителя 8, фазоповоротного блока 9 на 2, фильтра 13 нижних частот, компаратора 14 и исполнительного блока 12 позволяет на порядок пЪвыоить точность излеЬения симметричных составляющих. : : Кроме того, это дает возможность «измерить угол сдвига фаз меидау измеряемым сигналом с выхода фильтра 1 и любым из напряжений источника 4 трехфазного напряжения, для чего с выхода фазовращателя инфбрма цшо в виде сигнала, пропорционального углу сдвига фаз между исследуекым и опорным напряжениями, достаточвр подвести к измерительному прибору, про-, градуированному в градусах. Это позволяет отказаться от изготовления дополнительных фазометрических приборов, делает прибор на основе предлагаемого устройства более универсаль- галм и повышает эффективность его использования.

Повышение точности измерения симгметричных составляющих и срздание приборов с расширенными функциональными возможностями на основе предлагаемого технического решения способствует повышение качества электроэнергии и, как следствие, уменьшению экономического ущерба, наносимого приемником электрической энерЬяи из-за неудовлетворительного качества последней..

Экономический эффект от внедрения приборов на основе предлагаемого техническргр решения при полнрм удрвлетвррении нужд народного хозяйства составит около 10 млн.руб. За счет.использования предлагаемого технического решения в приборе 43204 последний обладает по сравнению с известным прибором Ф 433С, выпускаемым для измерения показателей качества электроэнергии, следующими преимуществами: высшим в 10

5 раз классом точности, меньшими в 3

рааа габаритами и весом, более высокой технологичностью, а также оснащен цифровой индикацией.

Формула изобретения

Измеритель симметричных составляющих, содержащий фильтр симметричных составляющих и селективный преобразователь, состоящий из измерительного тракта, тракта сравнения, прерывателя, масштабного преобразователя и формирователя импульсов, причем источник тре:бфазного напряжения подключен к входам фильтра скммечрия 1ых составляющих, выход которого подключен к входам тракта измерения и тракта сравнения, выход которого подключен к другому входу тракта измерения, выход которого через прерыватель и масштабный преобразователь соединен с другим входом трак,та сравнения, а выход формирователя ,импульсов соединен с вторым входом

прерывателя и третьим входом тракта сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные круговой фазоврап тель,

избирательный усилитель, фазоповорот 1НЫЙ блок на ТЕ/З, перемножитель, |фильтр нижних частот, компаратор и /исполнительный блок, приче м первый вход кругового фазовращателя соедйнен с одной из- фаз сети, второй вход Соединен с выходом исполнительного блока, выход фильтра /симметричных сое|тавляющих соединен с вторым входом перамножителя, а выход избирательного усили(теля соединен с входом формирователя :импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фабрикант В.Л. Фильтры-симметричных составляющих, ГЭИ, 1962, с. 100-106,

2. Авторское свидетельство СССР №517860, кл, G 01 R 29/16, 1976,