Способ измерения активной мощности в трехфазной симметричной сети

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для определения активной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Способ измерения активной мощности в трехфазной симметричной сети заключается в том, что измеряют датчиками тока и напряжения, работающими на эффекте Холла, мгновенные величины тока и напряжения на каждой фазе, согласуют их и приводят к стандартному виду, а затем полученные значения токов и напряжений одновременно преобразуют из трехфазной системы координат в двухфазную ортогональную α-β систему координат:

где Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

IА, IВ, IС - мгновенные фазные токи;

UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;

полученные проекции токов и напряжений в системе координат α-β перемножают Iα⋅Uα и Iβ⋅Uβ, затем складывают и умножают на число фаз:

получая значение активной мощности. Технический результат: увеличение точности измерений и быстродействия. 2 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для определения активной мощности в трехфазных сетях переменного тока.

Известен способ измерения активной мощности на основе мгновенных величин тока и напряжений [SU 1250973 А1, МПК G01R 21/06, опубл. 1986.07.07], выбранный в качестве прототипа, включающий измерение линейного напряжения между первой и второй фазами, линейное напряжение между третьей и второй фазами, фазное напряжение второй фазы, токи первой и третьей фазы и суммарный ток трех фаз и вычисление активной мощности по формуле, приведенной в описании изобретения.

Основной сложностью в применении данного способа является использование интегрального вычисления для определения активной мощности в трехфазной цепи.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить точность измерений и быстродействие.

Способ измерения активной мощности в трехфазной симметричной сети, так же как в прототипе, включает измерение фазного напряжения второй фазы, фазных токов первой и второй фаз.

Согласно изобретению измеряют датчиками тока и напряжения, работающими на эффекте Холла, мгновенные величины тока и напряжения на каждой фазе, согласуют их и приводят к стандартному виду, а затем полученные значения токов и напряжений одновременно преобразуют из трехфазной системы координат в двухфазную ортогональную α-β систему координат:

где Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;

UA, UB,UC - мгновенные фазные напряжения;

полученные проекции токов и напряжений в системе координат α-β перемножают Iα⋅Uα и Iβ⋅Uβ, затем складывают и умножают на число фаз:

получая значение активной мощности.

Таким образом, предложенный способ, по сравнению с прототипом, позволяет измерить активную мощность с точностью по напряжению ±0,8%, по току ±0,5%, а быстродействие способа достигается меньшим числом преобразований сигналов и действий.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ измерения активной мощности в трехфазной симметричной сети.

На фиг. 2 представлены осциллограммы фазных напряжений в трехфазной цепи

На фиг. 3 показаны осциллограммы фазных токов в трехфазной цепи.

На фиг. 4 представлена ошибка определения активной мощности в трехфазной цепи.

В таблице 1 представлены данные фазных токов и напряжений.

В таблице 2 представлены параметры трехфазной цепи.

Предлагаемый способ осуществлен с помощью устройства (фиг. 1) для определения активной мощности трехфазной симметричной сети. Входы первого, второго и третьего усилителей-нормализаторов 1 (УН1), 2 (УН2) 3 (УН3) связаны с выходами датчиков фазных токов. Входы четвертого, пятого и шестого усилителей-нормализаторов 4 (УН4), 5 (УН5) и 6 (УН6) подключены к выходам датчиков фазных напряжений. Входы первого сумматора 7 (С1) соединены с выходами второго 2 (УН2) и третьего 3 (УН3) усилителей-нормализаторов, а входы второго сумматора 8 (С2) - с выходами пятого и шестого усилителей-нормализаторов 5 (УН5) и 6 (УН6). Выход первого усилителя-нормализатора 1 (УН1) связан с входом первого масштабирующего усилителя 9 (МУ1). Выход первого сумматора 7 (С1) соединен с входом второго масштабирующего усилителя 10 (МУ2). Выход четвертого усилителя-нормализатора 4 (УН4) связан с входом третьего масштабирующего усилителя 11 (МУ3). Выход второго сумматора 8 (С2) соединен с входом четвертого масштабирующего усилителя 12 (МУ4). Выходы первого масштабирующего усилителя 9 (МУ1) и третьего масштабирующего усилителя 11 (МУ3) связаны с входами первого умножителя 13 (У1). Выходы второго масштабирующего усилителя 10 (МУ2) и четвертого масштабирующего усилителя 12 (МУ4) соединены с входами второго умножителя 14 (У2). Выходы первого умножителя 13 (У1) и второго умножителя 14 (У2) соединены с входами третьего сумматора 15 (С3), выход которого соединен с входом пятого масштабирующего усилителя 16 (МУ5). Выход пятого масштабирующего усилителя 16 (МУ5) присоединен к цифровому индикатору.

Для измерения токов и напряжений в трехфазной сети использовали датчики, основанные на эффекте Холла, из серии LEM. В качестве усилителей-нормализаторов 1 (УН1), 2 (УН2), 3 (УН3), 4 (УН4), 5 (УН5) и 6 (УН6) могут быть использованы усилители-нормализаторы типа ЛА-УНИ4. Сумматоры 7 (С1), 8 (С2), 15 (С3) могут быть реализованы на основе преобразователей аналоговых сигналов D1052S / D1052D / D1052X / D1052Y, масштабирующие усилители 9 (МУ1), 10 (МУ2), 11 (МУ3), 12 (МУ4), 16 (МУ5) - на базе аналоговых модулей ввода/вывода ADVANTECH ADAM-3014-АЕ, умножители 13 (У1), 14 (У2) - на основе интегральной микросхемы 4214 ВР.

Для проверки работоспособности предложенного способа определения активной мощности подключили шесть усилителей-нормализаторов 1 (УН1), 2 (УН2), 3 (УН3), 4 (УН4), 5 (УН5) и 6 (УН6) к датчикам в трехфазной цепи и получили мгновенные величины токов IA_H, IB_H, IC_H и напряжений UA_H, UB_H, UC_H с (таблица 1, фиг.2, 3). Одновременно выходные сигналы тока и напряжения с фазы А IA_H, UA_H с усилителей-нормализаторов 1 (УН1), 4 (УН4) преобразовали масштабирующими усилителями 9 (МУ1), 11 (МУ3), выходные сигналы токов с фаз В и С IB_H, IC_H с усилителей-нормализаторов 2 (УН2), 3 (УН3) сложили в сумматоре 7 (С1), выходной сигнал которого преобразовали в масштабирующем усилителе 10 (МУ2), а выходные сигналы напряжений с фаз В и С UB_H, UC_H усилителей-нормализаторов 5 (УН5), 6 (УН6) сложили в сумматоре 8 (С2) и преобразовали в масштабирующем усилителе 12 (МУ4):

Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

IA_H, IB_H, IC_H - нормализованные мгновенные фазные токи;

UA_H, UB_H, UC_H - нормализованные мгновенные фазные напряжения.

Полученные значения преобразованных токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ с выходов блоков 9 (МУ1) и 11 (МУ3) подали на вход умножителя 13 (У1), а выходные значения с блоков 10 (МУ2), 12 (МУ4) на вход умножителя 14 (У2), выходной сигнал которого сложили с выходным сигналом 13 (У1) в сумматоре 15 (С3) и перемножили в масштабирующем усилителе 16 (МУ5):

P=3⋅(Iα⋅Uα+Iβ⋅Uβ)=3⋅(-10,79⋅0+(-13,47)⋅(-220))=8,89⋅103 Вт.

Полученное значение активной мощности в трехфазной сети с выхода масштабирующего усилителя 16 (МУ5) подали на цифровой индикатор.

Адекватность определения оценки активной мощности была установлена аналитически на основе определения относительной погрешности Δ:

где PT - расчетная величина активной мощности аналитическим способом;

- оценка активной мощности в трехфазной цепи.

На основании данных из таблицы 2 произвели аналитический расчет активной мощности PT. Вначале определили емкостные сопротивления ХА, XB, ХС фаз А, В, С:

где СА, CB, CC емкости соответствующих фаз;

ω=2⋅π⋅ƒ=2⋅3,14⋅50=314,59 рад/с циклическая частота;

ƒ=50 Гц - частота питающей цепи.

Далее рассчитали токи IФА, IФВ, IФС для каждой фазы:

где UФ - фазное напряжение трехфазной цепи;

RA, RB, RC - активные сопротивления соответствующих фаз.

Затем определили угол сдвига фаз напряжения и тока ϕА, ϕB, ϕC:

На основе расчетных данных определили активную мощность в трехфазной цепи:

PT=UФ⋅IФА⋅cos(ϕA)+UФ⋅IФВ⋅cos(ϕB)+UФ⋅IФС⋅cos(ϕC)=3⋅220⋅17,22⋅cos(0,67)=8,89⋅103 Вт.

Затем рассчитали относительную погрешность определения оценки реактивной мощности для трехфазной симметричной цепи:

Таким образом, точность измерения активной мощности для цепи с симметричной нагрузкой определяется точностью датчиков тока и напряжения (фиг. 4).

Способ измерения активной мощности трехфазной симметричной электрической сети, включающий измерение фазного напряжения второй фазы, фазных токов первой и второй фаз, отличающийся тем, что измеряют датчиками тока и напряжения, работающими на эффекте Холла, мгновенные величины тока и напряжения на каждой фазе, согласуют их и приводят к стандартному виду, а затем полученные значения токов и напряжений одновременно преобразуют из трехфазной системы координат в двухфазную ортогональную α-β систему координат:

где Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;

UA, UB,UC - мгновенные фазные напряжения;

а активную мощность трехфазной симметричной электрической сети определяют из выражения:



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к высокочастотной сварке труб и может быть использовано для контроля активной мощности, выделяющейся в кромках трубной заготовки. .

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей активной мощности и энергии непрерывных и радиоимпульсных периодических колебаний, а также постоянных сигналов.

Изобретение относится к области электроизмерений. .

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности и достоверности определения времени наступления неустойчивой работы электроэнергетической системы для своевременного принятия мер по повышению устойчивости работы или прекращению эксплуатации космического аппарата.

Устройство аналогового датчика реактивной составляющей переменного тока относится к измерительной техники и может быть применено в качестве датчика реактивной составляющей переменного тока при автоматическом или ручном управлении реактивной мощностью узла нагрузки системы электроснабжения.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использована при модернизации действующих систем учета электрической энергии и при проектировании новых в системе тягового электроснабжения с коррекцией погрешности.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для измерения активной, реактивной и полной мощностей в электрических цепях синусоидального тока, и может быть использовано для контроля и расчета потребляемой электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в системах централизованного контроля и мониторинга электроэнергетических систем, в системах компенсации реактивной мощности, в силовых активных фильтрах.

Предлагаемый способ относится к области электротехники и электроэнергетики и, в частности, может быть использован в системах централизованного контроля и мониторинга электроэнергетических систем, в системах компенсации реактивной мощности, в силовых активных фильтрах.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности обнаружения потерь мощности при более высоких уровнях мощности.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой.
Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве.

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для определения активной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Способ измерения активной мощности в трехфазной симметричной сети заключается в том, что измеряют датчиками тока и напряжения, работающими на эффекте Холла, мгновенные величины тока и напряжения на каждой фазе, согласуют их и приводят к стандартному виду, а затем полученные значения токов и напряжений одновременно преобразуют из трехфазной системы координат в двухфазную ортогональную α-β систему координат: где Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат;Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;IА, IВ, IС - мгновенные фазные токи;UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;полученные проекции токов и напряжений в системе координат α-β перемножают Iα⋅Uα и Iβ⋅Uβ, затем складывают и умножают на число фаз: получая значение активной мощности. Технический результат: увеличение точности измерений и быстродействия. 2 табл., 4 ил.

Наверх