Способ определения коэффициента мощности в трехфазной трехпроводной цепи переменного тока

Изобретение относится к измерительной технике приборостроения, а именно к технике измерения реактивной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата измеряют мгновенные значения токов двух фаз и мгновенные значения напряжений между этими фазами и третьей фазой. Перемножают эти значения и получают мгновенные мощности. Затем выделяют переменные составляющие этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение заданного интервала времени. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике и энергетике, например для реализации измерителей коэффициента мощности, применительно к задачам контроля показателей качества электроэнергии (ПКЭ).

Известен [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986.] способ определения коэффициента мощности для трехпроводных цепей, в синусоидальных режимах с помощью трехфазного фазометра.

Известен [АС СССР 2038603, Способ определения коэффициента мощности] способ определения коэффициента мощности для однофазных цепей, при котором в произвольный момент измеряют мгновенные значения напряжения и тока и дополнительно их значения со сдвигом фазы относительно первых углов на угол , в сторону опережения, а коэффициент мощности определяют по формуле

Задача изобретения - определение коэффициента мощности трехфазной трехпроводной цепи в несинусоидальных режимах.

Поставленная задача достигается тем, что для определения коэффициента мощности трехфазной трехпроводной цепи переменного тока согласно изобретению, измеряют мгновенные значения токов двух фаз и значения напряжений между этими фазами и третьей фазы, взаимно перемножают эти значения и получают мгновенные мощности, затем выделяют переменные составляющие, этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, и с момента, времени через полпериода после перехода через ноль и в течении интервала времени равного 1/4 периода входных сигналов, суммируют полученные значения и определяют суммарную реактивную мощность трехфазной трехпроводной системы, одновременно определяют суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы, и определяют коэффициент мощности как отношение суммарной реактивной мощности к суммарной активной мощности трехфазной трехпроводной системы.

Известно, что коэффициент мощности является одним из основных энергетических параметров, характеризующих работу электротехнических устройств.

Известно [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986.], что коэффициент мощности трехфазной системы можно определить по формуле

где Q_Σ и Р_Σ - суммарные реактивная и активная мощности трехфазной системы.

В трехфазных трехпроводных цепях нулевая точка обычно недоступна. Этим и обусловлена сложность определения коэффициента мощности в таких цепях по известным формулам. Поэтому при определении коэффициента мощности по формуле (2) предлагается рассчитывать суммарные значения активной и реактивной мощностей, рассматривая трехфазную трехпроводную систему как двухфазную с нулевым проводом, роль которой играет третья фаза.

Суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы определяют известной схемой двух ваттметров [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986].

Для определения суммарной реактивной мощности, можно использовать подобной включение измерителей, но при этом можно использовать только такие способы определения реактивной мощности, при которых используется интегрирование. Например - использовать работы Бакова [Баков Ю.В. Мощность переменного тока. - Иваново: Изд. Ивановского государственного энергетического университета, 1999 г.]. При этом если интегрирование переменной составляющей производить за интервалы времени, равные четверти периода и с момента перехода через ноль напряжения, то

где - результаты интегрирования на первом, втором, третьем и четвертом интервалах времени по 1/4 периода питающего напряжения каждый.

Способ измерения коэффициента мощности в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока может быть реализован с помощью устройства (фиг.1), которое включает в себя первый перемножитель 1, первый фильтр низких частот 2 (ФНЧ 1), первый сумматор 3, первый ключ 4, первый интегратор 5, второй сумматор 6, второй перемножитель 7, второй фильтр низких частот 8 (ФНЧ 2), третий сумматор 9, второй ключ 10, второй интегратор 11, блок управления 12 (БУ), четвертый сумматор 13, делитель 14.

Входные шины устройства подключены ко входам первого 1 и второго 7 перемножителей, выходы которых соединены со входами первого 2 и второго 8 фильтров низких частот и с вторыми входами первого 3 и третьего 9 сумматоров. Выходы фильтров низких частот 2 и 8 подключены к первым входам первого 3 и третьего 9 сумматоров, а также ко входам четвертого сумматора 13. Выходы первого 3 и второго сумматоров подключены к входам первого 4 и второго 10 ключей, выходы которых присоединены к входам первого 5 и второго 11 интеграторов, выходы которых связаны с входами второго сумматора 6. Выход второго сумматора 6 подключен к первому входу делителя 14, к второму входу которого подключен выход четвертого сумматора 13. Входы блока управления 12 подключен к двум входным шинам, а его выходы соединены с управляющими входами первого 4 и второго 10 ключей.

В качестве первого 1 и второго 7 перемножителей, а также делителя 14 могут быть выбраны микросхемы 525ПС3. Первый 3, второй 6, третий 9 и четвертый 14 сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Ключи 4 и 10 могут быть реализован на микросхеме 590КН5. Первый 5 и второй 11 интеграторы могут быть реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Блок управления 12 может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Устройство работает следующим образом. При подачи на входные шины измеренных сигналов i_A(t), u_AC(t) и i_B(t), u_BC(t) на выходе первого 1 и второго 7 перемножителей появляются сигналы, пропорциональные мгновенным мощностям p_AC(t), p_BC(t), а на выходе фильтров низких частот 2 и 8 сигналы, пропорциональные активным мощностям Р_AC и Р_BC. В сумматорах 3 и 9 происходит выделение переменных составляющих мгновенной мощности путем вычитания из сигналов мгновенной мощности значения активной мощности. В первом 5 и втором 11 интеграторах происходит интегрирование переменных составляющих мгновенной мощности на интервале времени замыкания ключей 4 и 10. Ключи 4 и 10 управляются блоком управления 12 и замыкаются на время, равное четверти периода основной частоты, два раза за период, причем первое замыкание начинается с момента перехода соответствующего напряжения через ноль, второе замыкание через четверть периода после завершения первого замыкания. На выходе интеграторов формируется сигналы, пропорциональные полным реактивным мощностям Q_AC и Q_BC, которые подаются на сумматор 6, на выходе которого получается суммарная полная реактивная мощность трехфазной системы Q_Σ. На сумматор 13 подаются сигналы активных мощностей Р_AC и Р_BC, с фильтров низких частот 2 и 8. На выходе сумматора 13 получается сигнал, пропорциональный суммарной активной мощности трехфазной системы P_Σ. На вход делителя 14 подаются сигналы Q_Σ, с сумматора 6 и Р_Σ с сумматора 13. На выходе делителя 14 получается сигнал, равный коэффициенту мощности трехфазной системы

Например для случая (табл. 1), коэффициент мощности равен

Таблица 1.
Напряжения, В	Нагрузка, Ом	Нагрузка, Гн	Примечание
Uam	Ubm	Ucm	R1	R2	R3	L1	L2	L3	В фазе А третья гармоника Ua3=30sin(wt-60)
250	311	311	20	20	20	0,15	0,1	0,1

Изобретение дает возможность измерять коэффициент мощность в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока, при синусоидальных и несинусоидальных режимах, в широком диапазоне токов и напряжений, не имея доступа к нулевой точке трехфазной системы.

Способ определение реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи переменного тока, отличающийся тем, что измеряют мгновенные значения токов двух фаз и мгновенные значения напряжений между этими фазами и третьей фазы, взаимно перемножают эти значения и получают мгновенные мощности, затем выделяют переменные составляющие этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, и с момента времени через полпериода после перехода через ноль и в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, суммируют полученные значения и определяют суммарную реактивную мощность трехфазной трехпроводной системы, одновременно определяют суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы и определяют коэффициент мощности как отношения суммарной реактивной мощности к суммарной активной мощности трехфазной трехпроводной системы.