Способ определения эффективного значения несинусоидального электрического сигнала в ключевых преобразователях

 

Изобретение может быть использовано для измерения действующих значений несинусоидального сигнала в электрических цепях, содержащих ключевые преобразователи. Целью изобретения является повышение точности. Способ реализуется в устройстве, в котором фильтры 3 и 8 выделяют первые гармоники токов I<SB POS="POST">1C</SB> и I<SB POS="POST">1H</SB> сети и нагрузки, снимаемых с трансформаторов 2 и 7 тока. Измерители 4 и 11 фазы определяют фазовые сдвиги φ<SB POS="POST">C</SB>, φ между первыми гармониками токов и напряжений U<SB POS="POST">C</SB> и U<SB POS="POST">1H</SB>, получаемых с трансформаторов 1 и 9 напряжения. Пиковые детекторы 5,6,10 и 12 определяют амплитудные значения первых гармоник токов сети I<SB POS="POST">M1C</SB> и нагрузки I<SB POS="POST">M1H</SB> и напряжений сети U<SB POS="POST">M</SB> и нагрузки U<SB POS="POST">M1H</SB>. Перемножители 13,15,16,20,21,24,28, блоки 14,17,18,26 деления, сумматор 22 и функциональные преобразователи 23,27 осуществляют вычисление действующих значений токов сети I<SB POS="POST">C</SB> и нагрузки I<SB POS="POST">H</SB> по следующим формулам: I<SB POS="POST">C</SB>=(I<SB POS="POST">M1H</SB><SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M</SB>)/(√2<SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M1H</SB>)√B<SB POS="POST">1C</SB>COSφ-A<SB POS="POST">1C</SB>SINφ

I<SB POS="POST">H</SB>=(I<SB POS="POST">M1H</SB><SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M</SB>)/(√2<SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M1H</SB>)<SP POS="POST">.</SP> √B<SB POS="POST">1C</SB>/COSφ , где B<SB POS="POST">1C</SB>=(I<SB POS="POST">M1C</SB><SP POS="POST">.</SP>COSφ<SB POS="POST">1C</SB><SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M1H</SB>)/(U<SB POS="POST">M</SB><SP POS="POST">.</SP>I<SB POS="POST">M1H</SB>)

A<SB POS="POST">1C</SB>=(I<SB POS="POST">M1C</SB><SP POS="POST">.</SP>SINφ<SB POS="POST">1C</SB><SP POS="POST">.</SP>U<SB POS="POST">M1H</SB>)/(U<SB POS="POST">M</SB><SP POS="POST">.</SP>I<SB POS="POST">M1H</SB>). На фиг. 3 также показаны индикаторы 25,29 и входные клеммы 30,31,32 и 33. Введение операций выделения основных гармоник токов сети и нагрузки и измерения угловсдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока в сети и в нагрузке позволяет повысить точность определения действующих значений несинусоидального сигнала при наличии реактивной нагрузки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 г 01 R 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 41 91 774/24-21 (22) 09.02.87 (46) 07.07.89. Бюл. !! 25 (71) Киевский научно-исследовательский институт периферийного оборудования (72) Б.V.Æàðñêèé, H.Ì. Тукало, А.П. Лавриненко и В.А, Кутафин (53) 621 .317.3(088.81 (56) Жарский Б.К., Голубев В.В.

Импульсное регулирование переменного напряжения. — Препринт-96.—

Киев: ИЭД AH УССР, 1975, с. 58.

Авторское свидетельство СССР !! 737846, кл . Г 01 R 1 9/()2, 1 980.

„„SU,„, 1492300 А 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО

ЗНАЧЕНИЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА В КЛЮЧЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ (57) Изобретение может быть исполь— зонано для измерения действующих значений несинусоидальногo сигнала в электрических цепях, содержащих ключевые преобразователи. Целью изобрет-ния является повьппение точности.

Способ реализуется в стройстве, в котор(гм фильтры 3 и 8 выде.".яют первые гармоники токов 1« и д,„ сети и нагрузки, снимаемьгх ". трансформаторов 2 и 7 тока. Измерители 4 и

1, -<2 100 ъ<с sin Ч <с

1- < «<

А<с

U«<1 m «<

1м„,Um В <с — сos g

Ч2 Um«<

1 ««с o o s 4 «. U m «<

В<с

11« 1 м «<

45 !

1 <1!;! <

Пик<>ные лете кторы 5,6,10 и 12 опрс."<ел !<ю амплитуднь<е зн ач ения первы х армоник токов сети I„... и на— грузки I и напряжений сети U< и нагрузки !1м<„. Перемножители

13,15,16,20,21,24,28, блоки 14, 17, 18,26 деления, сумматор 22 и функциональные преобразователи 23, 27 осуществляют вычисление действующих значений токов сети 1с и нагрузки

1< по следующим формулам:

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении или измерении действующего значения импульсно-модулированных напряжений и токов в ключевых преобразовательных устройствах.

Дель изобретения — повышение точности измерений несинусоидального тока и напряжения в цепях ключевого преобразователя, содержащих реактив— ные сопротивления.

Существо способа заключается в том, что выделяют основные гармоники напряжения на нагрузке тока нагрузки и тока сети, измеряют их амплитудные значения Um,„, I „,,„и

1 «и амплитудное значение напряжения сети Um . Измеряют также углы сдвига фаз между напряжением сети и основной гармоникой сети М „, и между основными гармониками напряжения и тока в нагрузке <, а эффективное значение несинусоидального тока нагрузки и тока сети определяют по формулам

Iс = — -- <В<с сosÌ ° А <с в1п

Im «< 1 <т

W2U n< «ii

1«нн 1 <и ( — иВ<с сosg — Л „s !<<<< у — Im«c osM

Где В

Vm I m«<

Имеются индикаторы 25, 29 и входные клеммы 30, 31, 32 и 33. Введение операций выделения основных гармоник

15 токов сети и нагрузки и измерения углов сдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока в сети и в нагрузке позволяет повысить точность определения действующих

20 значений несинусоидального сигнала при наличии реактивной нагрузки. 3 ил — 1 „<свiпiР<с U м,„ где А,с «<1 м «< нормированные коэффициенты.

На фиг. 1 показана упрощенная электрическая схема ключевого преобразователя, на фиг. 2 — эпюры напря40 жений в цепях схемы преобразователя и коммутационных функций ключей преобразователя, на фиг. 3 — блок— схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На чертежах приняты следующие обозначения: U< — напряжение на входе ключевого преобразователя; входной ток преобразователя, К <, К вЂ” ключи преобразователя, i« — выходной ток преобразователя, У« — выходное напряжение (или напряжение нагрузки) преобразователя,Ь« — со-. противление нагрузки преобразователя; текущая координата, о(— угол включенного состояния клк<ча Kl.

Коммутационные функции Ф«< и Ф« клк<чей Kl и К2 описываются следующими выражениями:

I i 9 1 Ii!U

+ (1 — ens n 4 ) s i n n< g t) (1) .!

7-а -- I+(- )

" » (sin ос(соя с3С +(I cos пМ ) sin nest) (2) и

U = U „s i и 4 t, C

Би = (a„cos и<" t — b„sin n

1-(-1) 1-cos(n-1)Я 1-cos(n-1)z( и — ) I — (-I ) sin(n-l )4 sin(n+l )4

Ь„= U

2Т и-1 и+1 (6) ° (I I ) 30 ходят из выражения

В<с н

cos4 с н Ф» (7) (12) 40 ° а вдп (п 2 +c tg y) (9) na + b ct ч (10) ян 1

1.,sing (n +c tg cp) А с

sin

4AI<+ В< (l 4) В«

А + В ,/ с — — I+(— I)

Ф», = -.— + 1 — —: (sin п»г(1s иааф п<

Входное ил пр яжеи ие и ре обр лзовлте— ля (фиг. 1 и 2) nnpeytc пется нырлже— иием

Мгновенное значение тока сети нагде i — мгновенное значение тока в активно-индуктивной нагрузке преобразователя, равное

i„= / (a«cosnut + b» sin n 43t)j

h<( (8) I. — модуль сопротивления нагрузки по первой гармонике, Ч вЂ” у гол наг рузк и, on ределяемый сдвигом фаз первой гармоники тока в нагрузке и напряжения на нагрузке.

Преобразовав полученные выражения и синтезировав ряды, можно записать выражения для действующих значений токов сети Ic и нагрузки I„, определяемых параметрами первых гармоник входного тока и тока нагрузки преобразователя.

I где U — амплитуда входного нлпря—

10 жения преобразователя.

Выходное напряжение преобразователя определяется формулой

35 где I = — — действующее значение

L тока нагрузки при о(= <

А„„ В,с — нормированные коэффициенты ряда Фурье для первой гармоники входного тока преобразователя.

Алгоритм реализации способа следующий. Выделяют первую (основную) гармонику входного тока

Определяют синус и косинус угла сдвига между основной гармоникой входного напряжения и выделейной гармоникой входного тока:

1

Умножают амплитуду входного тока преобразователя íà sin 4« и cos 4 с.

1492 100

< " " " (15)

В<с <«< (< + <с

Выдел ян<т ог HoH H y K< гармонику выходного напряжения и тока преобразователя и измеряют их 1(мипитуды U «< è с««<

Измеряют сдвиг <1(аз ip между вьде10

ЛЕHHh(MH ГаРМОНИКаМИ ВЫХоДНОГO НаПРЯжения и тока .

Определяют I„< и ири M =1< по

<ледующему алгоритму

П 1

<««< з(2 (16) 1«н (Пм< <

1/I. « сопротивление нагруэ- 20 ки основной гармоники.

Находят нормированные коэффициенты дискретного преобразования

Фурье.

8„= " (17)

<с — A

Устройство содержит трансформатор

1 напряжения, трансформатор 2 тока, выход которого соединен с входом фильтра 3, первый выход которого соединен г первым входом измерителя 4 фазы, второй вход которого подключен к первому выходу трансформатора

1 напряжения. Выход фильтра 3 и второй выход трансформатора I напряжения соединены соответственного с входами пиковых детекторов 5 и 6.

Выход трансформатора 7 тока соединен с входом фильтра 8, а выходы трансформатора 9 напряжения — с

< входом пикового детектора 10 и первым входом измерителя 11 фазы, второй вход которого подключен к первому выходу фильтра 8, второй выход которого через пиковый детектор 12 соединен с первым входом перемножитепя

13, второй вход и выход которого сосдинень((.оответственно с выходом пикового ц тектора 6 и первым входом блс>ка 14 деления, второй вход

45

55

Далее ио формулам (11) и (12) oH—

p(деляют действующие значения токов сети и нагрузки ключевого пре- 30 обраэоватепя, Способ может быть реализован в устройстве, структурная схема которого показана на фиг. 3. к От ор(<Г (с o(д(и(ли (1<в(х(1д(зм и их (<.ногo детеKTopn О, н(,(код иик. летсктора 5 соединен с первым< ходами иеремножителей 15 и 16, в. (ьн вхс ды к(торых соединены с (1 ooa (<(. ствующими выходами измерителя 4 фазы, а выходы — с первыми входами блоков 17 и 18 деления соотнетствеиио, вторые входы Которых иодклн<— чены к первому выходу блока 14 деления, второй выход которого соединен с входом мзсг(табного блока 19. Выходы блоков 17 и 18 деления соединены соответственно с первыми входами иеремножителей 20 и 21, выходы которых соединены с соответствующими вход;(ми сумматора 22, выход которого черс э функциональный преобразователь

23 соединен с первым входом иеремножителя 24, выход которого подключен к индикатору 25. Второй выход блока 18 деления соединен с первым входом блока 26 деления, выход которого через функциональный преобразователь 27 соединен с первым входом перемножителя 28, выход которого подключен к индикатору 29. Выход масштабного блока 1 9 соединен с вторыми входами перемножителей 24 и 28, первый выход измерителя 11 фазы соединен с вторым входом перемножитепя 21, и второй выход — с вторым входом иеремножителя 20 и блока 26 деления. Входы трансформаторов I, 7 и 9 подключены соответственно к входным клеммам 30-33.

Устройство работает следующим образом.

При включении питающей сети че— реэ клн(чевой преобразователь запитывается нагрузка. Протекающие токи на входе и на выходе преобразователя наводят на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 7 сигналы, пропорциональные мгновенному значению входного и выходного тока преобразователя. Полученные сигналы подаются на входы фильтров 3 и 8, которые выделяют основные гармоники входного и выходного токов. Напряжение нагрузки преобразователя по;тупает на фильтр 8, который выделяет основнун1 гармонику напряжения. нагрузки. Рсновная гармоника напряжения сети и основная гармоника входного тока преобразователя, поступают на входы измерителя 4 фазы, который выдает сигналы, пропорциональные

1 (() >, (It>

$in (), > . (<. $ (< . ()< ; »;ц > i >,(пм

К Л ff ittl P!(+(J(т и и ir, >I PV (К (! II P(> О()7 (r»> I теля и Осиовцл я I лрм< иин 1 f(f 1 .;(((< (<> тока IIP(()nP(I1(>f(<(1 > лЯ >т<>< т vfl;IH н ft1

ВхОд измерит(.тя 1, > т(, н < < (>т(!, Вт,;л 1(г

CHÃftSËÜf,ÏР<)П(>Рl!И<»I1:П.lffrl(. $ т tl (И СC)$ Ю.

Гигиллы I «(1wt»lvTy)ttt осttni)ttn(l;Ip— моиики Входиогn токл ттреобрлз<>вл г(. — ля), и sin((«rir>(l Tv(I;If<)T ил Вх:)ï пере — 10 множителя 1 5, к От Орьтт! Выдает с игв нал A Ic . !!а входы переми<)жителя 1h пос туплн)т сигналы 1,») (, и со$ Р (с а и.1 его выходе формируется et!i (IS JI «

Блоки 17 и 18 деления выдают сигилл(> 15

A I (. и BI<. (приведенные коэффициенты ряда Фурье для первой гармоники входного тока преобрл lnf(,1T(fi!I) . Сигнал произведения U и 1„,<„с выходл перемножителя 13 постунл< т ттл вход 20 блока 14 деления, ил В inp< и ьход которого поступает с игл лл !!,,с с выход;! пикового детекторл 10 ..

Блок 14 деления Выдает сигнал I„, 25 пропорциональный амплитуде тока на— грузки при <)<:» Г(, л сигпллы, пропорциональные В(с и соs, поступают нл входы блока 26 деления перемножите.тя

20, выходной сигнал которого пропор- 30 циои ален произведеттин> входных величин. Таким же образом и ил выходе перемиожителя 21 вьшеляется сит нлл, пропорциональный произпедецин А „ и

81п(. Сигналы с вых(>дОВ т(еремножите лей 20 и 21 суммируются < уммлтором

22. Функциональный про<>брлзовлтель

23 выдает сигнал, пропорциональный корню квадратному из < уммы выходных сигналов перемножител(й 20 и ?1 . По в 40 лученный результат поступает иа один из входов переыножит(ля 24, на втэРОй ВХОД КОТОРОГО т(ОгтУ((ЛЕт СИГНаЛ

I с выхода масштабного блока 19, пропорциональный дейтстнун)((тему значе- 45 иию выходного тока Ii()II <)< !

>ra выходе перемттожитеття 24 функциональный преобра )ователь 27 извлекает корень квадратцый и1 произведения (с соя Ч>, который перемножа50 ется с выходным си! пллом масштабного блока 19 в перемиожиг(»ле 28.

>!.I)<(>((((и(г(>1 If;I ff I ti(()< »fflо»!! т С II(.

) / >о

2-> И <> Пр()(т, pft«r Il,) II IIÈ il((1(-THVt<>If!If>1 (плче иям Вх<,! ((т < и Выход!(< т < т< кОВ

v,ftf(t(- Вот < i(p(< бр;! (ОВ: (< ля. ?ти (.ит — пл:Ihl по(туплн т ll>1 Illlfllfsr1т< ры 2 ) и ? ? (О() ТРЕ ТС 1 B (If ftn,;! .I,I! » (: МОГVT flhll Ь

IIn»()JIh1vtInttIf В к;тчес нт(< ytt1)nf(JI!I(<)((t»x (- и I I:1(т О В В f< n f I T x p ñ (I Р т () и; ! ! ч (c к О О

P< I rrJIIIP()t> rIllII!l

Ф О р м у л л и 1 о б р е т е и и я

casg — А (sin4 — (>< в пас

»С ») )(>н где нормированные коэффициенты, 1<)((с со$Ч7(с U>»((<(В»С!

1 Im IH нормировл((иые коэффициенты.

Гпособ опр(;! ления эффективного нлчеиия несииусоидлльиогo электрического сигиллл В ключевых преобрлзОВлтелях, 1лключлющийтся в том, что Выделяют nc tt()II)tyt() гармонику па-!!ряжения па илгрузке, измеряют лмплитудные значения основной гармоники напряжения Вл нагрузке UI) <((и напряжения сети UI)) и фазовый сдвиг между сигналами, ффективиое зиаче— иие несииусоидлльпого электрическо(-п сигнала рассчитыван)т по формуле, О т л и ч а ю и! и и с я тем, что, с целью noahmteft(t>t точности, при реактивной нагрузке ключевых преобразователей выделян т основные гармоники токов сети и илгрузки, измеря к>т их амплитудпые значеттия I»>),с и и углы сдви! л флз между плпряжеиием сети и осиовиой глрмоникой

ToKs сети ((и: между основными гармониками напряжения и тока в иагрузке ((), л эффективные значения песин:соидального тскл и1грузки и тока сети определяют по формулам /с

Составитель Г. Козуля

Тех ред А. Кр ав чу к Корректор И. Горная

Редактор И. Горная

Заказ 3873/48 Тирам 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У кгород, ул. Гагарина, 101