Измеритель реактивной мощности

Авторы патента:

Степанов Владимир Исакович (RU)

Степанова Анастасия Владимировна (RU)

G01R21/06 - путем измерения тока и напряжения (G01R 21/08- G01R 21/133 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2401432:

Степанов Владимир Исакович (RU)
Степанова Анастасия Владимировна (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности при синусоидальных и несинусоидальных формах напряжения и тока. Заявленное устройство содержит: измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, два перемножающих устройства, блок определения характера реактивной мощности, однополупериодный выпрямитель, фазосдвигающее устройство. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции измерителя реактивной мощности за счет уменьшения количества переключающих ключей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности как при синусоидальных, так и при несинусоидальных формах напряжения и тока, а также в качестве датчика реактивной мощности при учете реактивной энергии. Реактивная мощность (РМ) характеризует энергию, потребляемую от источника, идущую на создание электрического и магнитного полей в нагрузке и возвращаемую в источник в течение каждого полупериода напряжения сети.

Известны различные типы измерителей РМ, предназначенные для измерения реактивной энергии в электрических сетях, к которым относятся приборы электродинамической системы (ваттметры) [Электрические измерения. Учебник для ВУЗов. / Байда Л.И., Добротворский Н.С., Душнин Е.М. и др. - Л.: Энергия. 1980. 118 с.], а также электронные преобразователи (датчики) РМ [Техническое описание и инструкция по эксплуатации счетчика электрического трехфазного активной и реактивной энергии. 441 с.] К недостатком упомянутых измерителей относится то, что они при несинусоидальной форме напряжения или тока имеют погрешность, зависящую от формы напряжения сети. Причем эта погрешность прямо пропорциональна коэффициенту несинусоидальности напряжения и тока.

Известен также измеритель РМ [Патент РФ №2075754 C1, G01B 21/06 от 20.03.1997], который мог бы использоваться для измерения РМ как при синусоидальных, так и при несинусоидальных формах напряжения и тока. Однако указанный измеритель РМ не позволяет определить характер действующей нагрузки, так как не дает информацию о действующей нагрузке индуктивной или емкостной. Отсюда известный измеритель РМ не используется в системах автоматического регулирования для компенсации реактивной энергии, например, в возбудителях синхронных машин.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является измеритель РМ [Патент РФ №2293340 C1, G01R 21/06 от 19.07.2005], который содержит измерительный трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходу последнего подключены входы однополупериодного выпрямителя, блок определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам однополупериодного выпрямителя, а выход блока определения характера РМ является выходом измерителя РМ. Известный измеритель позволяет определить характер РМ.

Однако конструкция известного измерителя РМ сравнительно сложна. Блок определения характера РМ содержит группу переключающих ключей. Наличие группы ключей усложняет в целом процесс в измерителе и, кроме того, затрудняет для специалистов понятие протекающих процессов в измерителе РМ.

Задача данного изобретения заключается в устранении указанного недостатка, т.е. в создании измерителя РМ с определением характера РМ с меньшим количеством переключающих ключей.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе РМ, содержащем измерительный трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходу последнего подключены входы однополупериодного выпрямителя, блок определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам однополупериодного выпрямителя, а сигнальный выход которого является выходом РМ, фазосдвигающее устройство, в него введено дополнительное перемножающее устройство, входы которого подключены одни непосредственно, а другие через фазосдвигающее устройство к трансформатору напряжения, а выходы к управляющему входу блока определения характера РМ.

В варианте исполнения измерителя РМ блок определения характера РМ содержит инвертор сигнала и переключающий ключ, соединяющий вход и выход блока определения характера РМ, а инвертор сигнала и переключающий ключ образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ.

Такое выполнение измерителя РМ приводит к упрощению его конструкции, а также к упрощению понятия процессов, протекающих в измерителе, для специалистов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема предлагаемого измерителя РМ; на фиг.2 - вариант выполнения однополупериодного выпрямителя; на фиг.3 - функциональная схема выполнения блока определения характера РМ; на фиг.4 и на фиг.5 - временные диаграммы измерителя РМ для случая индуктивной и емкостной нагрузки.

Предлагаемый измеритель РМ содержит измерительный трансформатор 1 напряжения и измерительный трансформатор 2 тока, выходы которых соединены с входами перемножающего устройства 3. В качестве перемножающего устройства 3 в предлагаемом измерителе может использоваться импульсное перемножающее устройство. Выходы перемножающего устройства 3 соединены со входами однополупериодного выпрямителя 4. Сигнальные входы блока 5 определения характера РМ подключены к выходам однополупериодного выпрямителя 4, а сигнальные выходы блока 5 определения характера РМ являются выходами РМ. Измеритель РМ содержит также фазосдвигающее устройство 6. В измеритель РМ введено дополнительное перемножающее устройство 7, входы которого подключены одни непосредственно, а другие через фазосдвигающее устройство 6 к трансформатору 1 напряжения, а выходы к управляющему входу блока 5 определения характера РМ.

Блок определения характера РМ содержит инвертор 10 сигнала и переключающий ключ 11. Ключ 11 соединяет вход и выход блока 5 определения характера РМ, а инвестор 10 сигнала и этот же переключающий ключ 11 образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока 5 определения характера РМ. Блок 5 определения характера РМ представляет собой фазовый детектор.

В качестве фазосдвигающего устройства может использоваться интегратор напряжения.

Однополупериодный выпрямитель 4 (см. фиг.2) может быть выполнен в виде компаратора 8 и управляющего ключа 9.

Работает измеритель РМ следующим образом.

Напряжение на нагрузке одновременно поступает на первичную обмотку измерительного трансформатора 1 напряжения. На выходной обмотке измерительного трансформатора 1 напряжения получается мгновенное напряжение

где к_и - коэффициент трансформации измерительного трансформатора 1 напряжения;

u_н - мгновенное напряжение на нагрузке.

Ток нагрузки проходит через первичную обмотку измерительного трансформатора 2 тока и на его выходной обмотке получается мгновенное напряжение

где к_i - коэффициент трансформации измерительного трансформатора 2 тока;

i_н - мгновенный ток нагрузки;

R₂ - сопротивление нагрузки на выходе измерительного трансформатора 2 тока.

Сигналы с измерительного трансформатора 1 напряжения и измерительного трансформатора 2 тока подаются на входы перемножающего устройства 3. Выходное напряжение u₃ (см. фиг.1) перемножающего устройства поступает на вход однопериодного выпрямителя 4, который представляет собой управляемый ключ, пропускающий одну из полярностей выходного напряжения u₃ (фиг.4 и фиг.5 - отрицательную полярность), т.е. пропускающий на время возврата запасенной энергии из нагрузки в сеть. Это происходит дважды за период.

Напряжение u₃ усиливают и ограничивают компаратором 8 однополупериодного выпрямителя 4 (см. фиг.2). Тем самым на выходе компаратора 8 получаются импульсы напряжения прямоугольной формы, моменты изменения полярности которых совпадают с моментами изменения полярности напряжения u₃. Компаратором 8 управляется ключ 9. В промежутках времени t₁-t₂ и t₃-t₄ (см. фиг.4 и фиг.5) ключ замкнут. В течение этих промежутков времени запасенная в нагрузке энергия возвращается в сеть. Мгновенное выходное напряжение u₄ однополупериодного выпрямителя 4 будет пропорционально мгновенной мощности, отдаваемой в нагрузку. Среднее значение выходного напряжения u₄ однополупериодного выпрямителя 4 дает информацию о текущем значении (величине) мощности, отдаваемой в нагрузку. Однако в выходном напряжении u₄ еще нет информации о характере РМ. Как при индуктивной, так и при емкостной нагрузке полярность напряжения u₄ остается неизменной.

Напряжение u₁ с выходной обмотки измерительного трансформатора 1 поступает на фазосдвигающее устройство 6 и одновременно на один из входов дополнительного перемножающего устройства 7. С выхода фазосдвигающего устройства 6 напряжение u₆ поступает на другой вход перемножающего устройства 7. Перемножением напряжений u₁ и напряжения u₆ получается напряжение u₇, частота которого в два раза выше частоты сети. Напряжение u₇ с выхода перемножающего устройства 7 управляет ключом 11. Напряжение u₅ с выхода блока определения характера РМ и, следовательно, на выходе измерителя РМ при индуктивной нагрузке будет иметь положительную полярность (см. фиг.4), так как напряжение u₄ отрицательной полярности с выхода выпрямителя 4 проходит через инвертор 10, когда ключ 11 находится в низшем положении. При емкостной нагрузке (см. фиг.5) напряжение u₅ на выходе блока определения характера РМ будет иметь отрицательную полярность, так как напряжение u₄ с выхода выпрямителя 4 проходит на выход измерителя РМ, минуя инвертор 10, в интервале времени, когда ключ 11 находится в верхнем положении. Отсюда на выходе блока 5 определения характера РМ получают напряжение u₅ различной полярности, u₄ или (-u₄) в зависимости от характера нагрузки. После сглаживания импульса напряжения u₅ можно получить постоянное напряжение, значение которого пропорционально величине реактивной мощности, а по знаку соответствует характеру РМ.

Таким образом, предлагаемый измеритель РМ может быть использован в системах автоматического регулирования, в частности в возбудителе синхронных машин для компенсации РМ.

В связи с тем, что в предлагаемом измерителе сохраняется непосредственное перемножение мгновенных значений напряжения u_н(t) и тока i_н(t) в процессе возврата энергии в сеть, т.е. мгновенные значения сигналов u₁ и u₂ не подвергаются каким-либо дополнительным преобразованиям (например, прохождение через фазосдвигающее устройство), то, следовательно, сохраняется точность измерения РМ как при синусоидальных, так и при несинусоидальных режимах потребления энергии. Погрешности сдвигающего устройства 6 и перемножающего устройства 7 не влияют на точность измерения РМ, так как напряжение u₇ задает всего лишь вышеупомянутые определенные интервалы времени относительно момента изменения полярности напряжения u₁.

По сравнению с уже известным измерителем РМ предлагаемый измеритель РМ содержит меньшее количество переключающих ключей. В результате чего упрощается его конструкция, повышается надежность его работы. Уменьшение количества ключей приводит также к упрощению процессов, протекающих в измерителе РМ, и к упрощению понятий этих протекающих процессов в измерителе РМ для специалистов.

1. Измеритель реактивной мощности (РМ), содержащий измерительный трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходам последнего подключены входы однополупериодного выпрямителя, блок определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам однополупериодного выпрямителя, сигнальный выход которого является выходом измерителя РМ, фазосдвигающее устройство, отличающийся тем, что в него введено дополнительное перемножающее устройство, входы которого подключены одни непосредственно, а другие через фазосдвигающее устройство к трансформатору напряжения, а выходы к управляющему входу блока определения характера РМ.

2. Измеритель РМ по п.1, отличающийся тем, что блок определения характера РМ содержит инвертор сигнала и переключающий ключ, соединяющий вход и выход блока определения характера РМ, а инвертор сигнала и переключающий ключ образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ.

Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения активной мощности, выделяемой на нагрузке электрической сети переменного тока, и может быть использован, например, для контроля потребляемой электрической энергии.

Измеритель реактивной мощности // 2293340

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах компенсации реактивной мощности (РМ). .

Метод контроля щита учета поставляемой электроэнергии // 2274872

Изобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано в электрических сетях для проверки работоспособности и точности измерения щита учета электроэнергии.

Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока // 2267410

Изобретение относится к области электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта. .

Способ учета электроэнергии в установках с регулируемым асинхронным электродвигателем и система для его реализации // 2256927

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на предприятиях для контроля потребления электроэнергии с целью оценки эффективности внедрения нового оборудования.

Счетчик электрической энергии // 2254582

Изобретение относится к электроизмерительной технике и используется для измерения электрической энергии в цепях переменного тока. .

Счетчик ватт-часов // 2252424

Изобретение относится к области электроприборостроения. .

Способ автоматизированного активного контроля показателей качества электрической энергии // 2248038

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе эксплуатации современных электроэнергетических систем. .

Система учета электрической энергии // 2247994

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано для организации регистрации, учета и оплаты потребляемой электрической энергии абонентами различного типа.

Система учета коммунальных услуг и счетчик энергоресурсов, используемый в ней // 2247396

Изобретение относится к области измерительной техники и применяется для учета различного вида коммунальных услуг. .

Устройство и способ измерения электрической мощности // 2407022

Способ учета электрической энергии // 2424532

Изобретение относится к измерительной технике

Способ определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием // 2482943

Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к определению энергетической эффективности обработки на установке электроискрового легирования

Цифровой измеритель мощности // 2533746

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах электропитания систем электроснабжения. Технический результат изобретения выражается в уменьшении погрешности измерения в цепях с реактивной мощностью. Цифровой измеритель мощности включает электроприемник и двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу конъюнктора, соединенного первым входом с выходом генератора, управляемого напряжением, а вход сброса - к выходу формирователя синхроимпульсов, соединенного своими входами с входными зажимами сети. Для достижения технического результата введены преобразователь тока в напряжение, включенный входными зажимами между вторым зажимом сети и второй клеммой электроприемника, первый компаратор, соединенный вычитающим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, суммирующим входом - с выходом преобразователя тока в напряжение, а выходом - со вторым входом конъюнктора, а также второй и третий компараторы, подключенные своими суммирующими входами соответственно к выходу преобразователя тока в напряжение и первому зажиму сети, вычитающими входами - ко второму зажиму сети, а выходами - к входам логической схемы равнозначности, выход которой соединен с третьим входом конъюнктора, а также - дополнительные двоичный счетчик, логическую схему неравнозначности и дополнительный конъюнктор, выход которого подсоединен к счетному входу дополнительного двоичного счетчика, первый вход - к выходу первого компаратора, второй вход - к выходу генератора, управляемого напряжением, а третий вход - к логической схеме неравнозначности, причем вход сброса дополнительного двоичного счетчика соединен с выходом формирователя синхроимпульсов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ учета электрической энергии // 2537095

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам учета энергии. Устройство, реализующее способ измерения энергии, содержит аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов, аналого-цифровые преобразователи цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, цифровые полосовые фильтры «пробка» и 50 Гц напряжений и токов, цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно, блоки расчета мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям, блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности, блоки расчета энергии нулевой, прямой и обратной последовательностей, блок расчета мощности высших гармоник, блок расчета энергии высших гармоник, формирователи модулирующих кодов, линии задержки, сумматор, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Пункт контроля содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, обнаружитель (селектор), анализаторы спектра, удвоитель фазы, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, узкополосные фильтры, делитель фазы на два, фазовый детектор, блок регистрации и анализа. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дистанционного контроля энергии по шести параметрам качества. 3 ил.

Способ определения энергопотребления в электрической установке и электрическая установка переменного тока // 2607674

Изобретение относится области электрических измерений. В соответствии с изобретением, группа, содержащая множество отдельных ветвей распределения, соединенных параллельно, подключена к источнику питания переменного тока. Способ содержит следующие этапы, на которых: а) обнаруживают изменение электрического потребления в одной конкретной ветви среди ветвей, и b) определяют индивидуальное энергопотребление конкретной ветви на основе измерения полного напряжения (U), которое по существу постоянно в течение изменения, измерений значений (IA, IB, ψA, ψB) силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения, и измерений интенсивностей (I3А, I3В) индивидуального тока в конкретной ветви до и после изменения. Технический результат заключается в упрощении осуществления измерений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения потребления мощности, система контроля и содержащая ее электрическая установка // 2607828

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения потребления электроэнергии электрической установкой. В группе из нескольких индивидуальных ветвей (4) распределения электроэнергии между нагрузками (5а, 5b, 5с, 5d) и входящей линии (3) обнаруживают изменение в электрическом потреблении в установке (1). После чего считывают информацию, относящуюся к электрическому току (I2, I3, I4) в конкретной ветви среди упомянутых ветвей (4), с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви. Затем с использованием информации, считанной с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви (4), устанавливают указание, согласно которому упомянутое изменение произошло в этой конкретной ветви (4). С использованием как данных из измерений (U, IA, ψA), выполненных на основной входной питающей линии до изменения, так и данных из измерений (U, IB, ψB), выполненных на основной входной питающей линии после изменения, и упомянутого указания определяют конкретное индивидуальное потребление энергии в упомянутой конкретной ветви (4). Технический результат заключается в упрощении доступа к информации об индивидуальном потреблении электроэнергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства // 2616759

Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве. Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства содержит счетчик электроэнергии, подключаемый к электрической сети транспортного средства, и блоки энергонезависимой памяти. Информационный вход одного из блоков подключен к выходу счетчика электроэнергии для регистрации значений потребленной электроэнергии. Устройство содержит также блок мобильной связи, содержащий процессор, связанный с приемопередатчиком, снабжено блоком индикации и приемником сигналов информационной сети вагона, выход которого подключен к процессору блока мобильной связи, связанному с информационным входом другого блока энергонезависимой памяти, а также с выходами и управляющими входами обоих блоков энергонезависимой памяти и блоком индикации. Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является возможность автоматически в режиме реального времени собирать, хранить, обрабатывать и передавать информацию о показателях бортовых устройств железнодорожного транспортного средства, учитывая сбои и проследование поездом зон с отсутствием покрытия мобильной связью.

Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи // 2629907

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой. Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи включает измерение мгновенных величин токов и напряжений на каждой фазе. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат. На основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us: далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:Qγ=IS×US.Полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1=Iα⋅Uβ и Q2=-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз: где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.Преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям: где IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.Технический результат: повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.

Беспроводная индуктивная передача мощности // 2639726

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности обнаружения потерь мощности при более высоких уровнях мощности. Передатчик (101) мощности передает мощность в приемник (105) мощности с использованием беспроводного сигнала мощности. Передатчик (101) мощности содержит катушку (103) индуктивности, возбуждаемую генератором (201) сигнала мощности для предоставления сигнала мощности. Калибровочный контроллер (211) определяет, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика (101) мощности и приемника (105) мощности. Калибровка адаптирует ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником (105) мощности, и указанием переданной мощности для передатчика (101) мощности. Ограничитель (205) мощности ограничивает мощность, предоставляемую в катушку индуктивности, с целью непревышения пороговой величины, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары. Ожидаемое соотношение может использоваться для обнаружения неучтенных потерь мощности, например, вследствие присутствия посторонних предметов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.