Способ определения динамической индуктивности реактора и устройство для его осуществления

 

Использование: электроизмерения мощных реакторов с магнитопроводом, а именно: сглаживающих и индуктивных накопителей энергии. Сущность изобретения: динамическая индуктивность реактора рассчитывается как отношение действующего напряжения основной гармоники, измеряемого на выводах реактора, к действующему значению производной мгновенного тока основной гармоники по времени, измеряемому двухканальным анализатором гармоник. Один вход анализатора гармоник соединен с выходом токоизмерительного пояса, охватывающего вывод реактора. Второй вход анализатора соединен с выводами реактора. К реактору подключены источник переменного тока и источник постоянного тока, причем первый - через конденсатор, второй - через вспомогательный реактор. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроизмерениям, и предназначено для мощных реакторов с магнитопроводом (сглаживающих, индуктивных накопителей энергии).

В рабочем режиме ток реактора содержит постоянную и переменную составляющие. Поэтому определение динамической индуктивности проводят при постоянном токе с наложенным на него сравнительно небольшим заданным током основной гармоники. Так номинальная динамическая индуктивность определяется при номинальном постоянном токе и нормированном токе гармоники.

Известен способ определения динамической индуктивности, согласно которому измеряют действующие значения напряжения и тока основной гармоники при одновременном протекании по реактору постоянного и переменного токов. Динамическая индуктивность определяется как отношение напряжения к произведению тока и угловой частоты гармоники.

Устройство для реализации указанного способа содержит два источника, один из которых постоянного тока, другой переменного тока частоты гармоники, реактор, индуктивность которого определяется, фильтр, блокирующий протекание переменного тока через источник постоянного тока, и конденсатор, блокирующий протекание постоянного тока через источник переменного тока.

Источник постоянного тока подсоединен к реактору через фильтр.

Источник переменного тока подключен к реактору через конденсатор. Устройство содержит приборы: амперметр, включенный последовательно с источником переменного тока, который измеряет действующий ток гармоники; вольтметр, включенный параллельно источнику переменного тока, который измеряет действующее напряжение гармоники; частотомер, подключенный параллельно источнику переменного тока для измерения частоты гармоники.

Действующий ток гармоники, измеряемый амперметром, равен току реактора лишь при условии, что фильтр имеет весьма большое сопротивление для гармоники (теоретически бесконечно большое). На практике в качестве фильтра используется вспомогательный реактор, и выполнить его с индуктивным сопротивлением, значительно превосходящим сопротивление испытуемого реактора, как правило, не представляется возможным. Поэтому амперметр измеряет сумму токов реакторов основного (индуктивность которого определяется) и вспомогательного.

Вольтметр измеряет действующее напряжение гармоники на реакторе лишь при условии, что емкостное сопротивление конденсатора весьма мало по сравнению с индуктивным сопротивлением основного реактора, что практически трудно осуществимо.

Таким образом, величины, измеряемые амперметром и вольтметром, предопределяют погрешность при определении динамической индуктивности за счет недостоверности измеряемых величин тока и напряжения.

Кроме того, частота переменного тока, который генерируется автономным источником, характеризуется нестабильностью. Одна из причин нестабильности - автоколебания в системе источника.

Это обстоятельство определяет еще одну причину погрешности способа определения динамической индуктивности.

Цель изобретения повышение точности и достоверности определяемой динамической индуктивности реактора путем исключения указанных погрешностей.

Цель достигается тем, что в способе определения динамической индуктивности, при котором индуктивность рассчитывают по измеряемым величинам, одна из которых действующее напряжение основной гармоники, предложено измерять указанную величину на выводах реактора, в качестве второй измеряемой величины принять производную мгновенного тока основной гармоники по времени, и рассчитывать индуктивность как отношение первой измеряемой величины ко второй.

Поскольку устройство для реализации заявленного способа неизвестно, предлагается в устройство для измерения динамической индуктивности, содержащее основной и вспомогательный реакторы, источник переменного тока, подключенный к основному реактору через конденсатор, источник постоянного тока, подключенный к основному реактору через вспомогательный реактор и, измерительные приборы, в частности частотомер, подключенный параллельно источнику переменного тока, ввести двухканальный анализатор гармоник, один вход которого соединен с выходом введенного токоизмерительного пояса, охватывающего вывод основного реактора, а второй вход с выводами основного реактора.

Необходимость и достаточность указанного подтверждается следующим.

Основная гармоника переменной составляющей тока изменяется по синусоидальному закону. Электродвижущая сила (ЭДС) на выходе токоизмерительного устройства пропорциональна производной тока по времени и также изменяется по синусоидальному закону со сдвигом во времени. Следовательно, действующее значение основной гармоники ЭДС пропорционально действующему значению производной тока , где k коэффициент пропорциональности, зависящий от характеристик токоизмерительного устройства; ω угловая частота переменной составляющей тока; I_m, I амплитуда и действующее значение соответственно переменной составляющей тока.

С другой стороны, действующее значение напряжения на реакторе равно произведению динамической индуктивности реактора, действующего значения переменной составляющей тока и ее угловой частоты U_р=L_д·I·ω В прототипе измеряются три величины, по которым рассчитывается индуктивность реактора По изобретению измеряются две величины U_p, I', и индуктивность рассчитывается по отношению этих величин
Как видно из последнего уравнения, расчет динамической индуктивности реактора L_д не включает угловую частоту.

Измерение действующего напряжения на выводах реактора дает более достоверную величину чем в прототипе, где выполнить измерение таким образом невозможно.

Использование двухканального анализатора гармоник позволяет обе измеряемые величины считывать одновременно, что повышает точность определяемой индуктивности.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего заявляемый способ определения динамической индуктивности реактора.

Устройство содержит два источника: 1 постоянного тока, 2 переменного тока, реактор 3, индуктивность которого определяется, вспомогательный реактор 4, конденсатор 5, токоизмерительный пояс 6, двухканальный анализатор гармоник 7, амперметр 8 магнитоэлектрической системы с шунтом 9, частотомер 10.

Токоизмерительный пояс 6 представляет собой жесткую конструкцию, состоящую из обмотки с большим числом витков, плотно и равномерно намотанных на изоляционную основу. Пояс охватывает вывод реактора 3, по которому течет ток реактора.

Источник 1 постоянного тока состоит, например, из синхронного генератора, трансформатора и диодного выпрямителя.

Источник 2 переменного тока состоит, например, из синхронного генератора, спаренного с двигателем постоянного тока.

Питание двигателя может осуществляться либо от вентильного, либо от электромашинного преобразователя переменного тока питающей сети в постоянный ток.

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства, которое работает следующим образом.

Сначала путем изменения тока возбуждения синхронного генератора источника 1 устанавливается в реакторе 3 постоянная составляющая тока заданного значения, измеряемая амперметром 8.

Затем изменением тока возбуждения синхронного генератора источника 2 устанавливается амплитуда переменной составляющей тока, а изменением напряжения на якоре двигателя устанавливается заданная частота.

С выхода токоизмерительного пояса 6 сигнал подается на один канал анализатора 7, с которого считывается действующее значение производной мгновенного тока гармоники по времени. На второй канал анализатора 7 подается напряжение с выводов реактора 3. Обе измеряемые величины считываются с анализатора одновременно. Динамическая индуктивность реактора рассчитывается как частное от деления напряжения на производную тока, которые определены по анализатору гармоник.

Описанный способ и устройство для его осуществления были использованы при определении динамической индуктивности индукционного накопителя энергии для системы электроснабжения физической установки ускорителя элементарных частиц и показали хорошее совпадение с расчетными величинами.

Формула изобретения

1. Способ определения динамической индуктивности реактора, заключающийся в том, что индуктивность рассчитывают по измеряемым величинам, одна из которых действующее напряжение основной гармоники, отличающийся тем, что указанную величину измеряют на выводах реактора, второй измеряемой величиной является действующее значение производной мгновенного тока основной гармоники по времени, динамическую индуктивность реактора рассчитывают как отношение первой величины ко второй.

2. Устройство для измерения динамической индуктивности реактора, содержащее источники постоянного тока и переменного тока, основной и вспомогательный реакторы, конденсатор и измерительные приборы, причем источник постоянного тока подсоединен к основному реактору через вспомогательный реактор, а источник переменного тока подсоединен к основному реактору через конденсатор, отличающееся тем, что один из приборов представляет собой двухканальный анализатор гармоник, один вход которого соединен с выходом введенного токоизмерительного пояса, охватывающего вывод основного реактора, а второй вход с выводами основного реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1