Устройство для измерения электрической мощности переменного тока

 

Сущность изобретения: измерение мощности отдельных гармоник осуществляется датчиком Холла, во входную цепь которого включен полосовой фильтр. 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения активной мощности отдельных гармоник в цепях с несинусоидальными током и напряжением.

Существующие устройства для измерения электрической мощности переменного тока измеряют суммарную мощность всех гармоник, содержащихся в исследуемой цепи, и не позволяют установить значение мощности отдельных гармоник.

Этот недостаток присущ как устройствам прямого перемножения двух величин, какими являются ваттметры электродинамической и электростатической систем, так и устройствам косвенного перемножения, таким как диодный ваттметр.

Возможности же косвенного определения мощности путем установления значений тока, напряжения и фазового сдвига соответствующей гармоники для последующего вычисления значения мощности ограничены трудоемкостью метода и его существенной неточностью.

Известно также устройство для измерения мощности переменного тока, содержащее датчик Холла, помещенный в воздушном зазоре магнитопровода, намагничиваемого обмоткой, включенной параллельно источнику питания. Входные цепи датчика подсоединены к шунту в цепи нагрузки, а прибор постоянного тока размещен в выходной цепи датчика Холла.

Как и у других устройств прямого перемножения выходной сигнал ваттметра на датчике Холла пропорционален сумме мощностей гармоник, содержащихся в измерительной цепи, и не позволяет измерить мощность какой-либо одной гармоники.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному объекту является "Измерительное устройство переменного тока на эффекте Холла".

Это устройство содержит датчик Холла, размещенный в воздушном зазоре магнитопровода с намагничивающей обмоткой, прибор постоянного тока для измерения постоянной составляющей выходного сигнала датчика Холла, включенный в выходную цепь датчика, а также трансформатор, логометр, усилитель и прибор постоянного тока, включенные в выходную цепь датчика Холла.

Входная цепь датчика Холла предназначена для включения на напряжение нагрузки. Функциональные возможности этого устройства расширены, онo позволяет измерять полную мощность, активную мощность и коэффициент мощности. Однако указанное устройство измеряет только суммарную мощность всех имеющихся гармоник и не позволяет измерить мощность какой-либо одной, отдельно взятой гармоники.

Цель изобретения - повышение точности и производительности измерений мощности отдельных гармоник в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик Холла с входной цепью для подключения к напряжению нагрузки и выходной цепью, подключенной к прибору постоянного тока, магнитопровод, в зазоре которого размещен датчик Холла, введен полосовой фильтр, включенный во входную цепь датчика Холла.

Известных решений, позволяющих добиться повышения точности и производительности измерений мощности гармоник, содержащих признаки, сходные с отличительными от прототипа признаками предлагаемого решения, не обнаружено. Поэтому предложенное предложение соответствует критерию "существенные отличия".

Использование в предлагаемом устройстве полосового фильтра во входной цепи датчика Холла дает возможность повысить точность и производительность измерений мощности гармоник в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями.

На чертеже приведена принципиальная блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик Холла 1, помещенный в воздушный зазор магнитопровода 2. Во входную цепь датчика Холла 1, предназначенную для подключения к напряжению нагрузки, включен полосовой фильтр 3. Выходная цепь датчика Холла 1 подключена к прибору постоянного тока 4.

При проведении измерений в окно магнитопровода 2 вводится шина 5 с нагрузочным током I_н. Датчик 1 пронизывается при этом магнитным потоком, индукция которого пропорциональна и повторяет форму нагрузочного тока. Вход полосового фильтра 3 подключают к напряжению нагрузки U_н, на выходе фильтра выделяется синусоидальное по форме напряжение, частота которого определяется настройкой фильтра и зависит от номера выбранной для исследования гармоники, а амплитуда пропорциональна величине гармоники в напряжении нагрузки. Выделенное фильтром 3 напряжение питает токовую цепь датчика. При одновременном наличии в токе и напряжении нагрузки гармоники, на которую настроен фильтр 3, на выходе датчика Холла 1 появляется постоянное напряжение, которое измеряется прибором постоянного тока 4. Величина возникающего на выходе датчика напряжения пропорциональна произведению амплитуд тока и напряжения только данной гармоники и косинуса угла сдвига между ними, т.е. активной мощности измеряемой гармоники.

Наличие других гармоник в токе нагрузки не сказывается на результате измерений указанным устройством. Так как произведение двух периодических функций разных частот за период равно нулю.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении точности и производительности измерений активной мощности отдельных гармоник и таким образом позволяет устанавливать эффективность всевозможных технических устройств, разрабатываемых для подавления высших гармоник. Например, при работе мощных тиристорных выпрямительно-инверторных преобразователей современных электровозов переменного тока содержание высших гармонических составляющих в тяговом токе достигает 25-30%, мощность высших гармоник при этом достигает несколько процентов мощности электровоза. Мощность высших гармоник бесполезно теряется в тяговой сети и оказывает вредное электромагнитное влияние на цепи связи и сигнализации, проходящие вблизи железных дорог.

Достижимое снижение потерь электроэнергии в тяговой сети, на подстанциях и в линиях электропередач для расчетного полигона в 500 км составляет 20-30 млн.кВт.ч в год, при условии максимального подавления высших гармонических составляющих тока и напряжения контактной сети.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее магнитопровод с зазором, в котором размещен датчик Холла и измерительный прибор постоянного тока, отличающееся тем, что оно снабжено полосовым фильтром, при этом измерительный прибор постоянного тока и полосовой фильтр включены в выходную и входную цепи датчика Холла соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1