Устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений

 

375592

O ll H C A H H K

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респу4лик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. G 01г 29/16

Заявлено 15.V.1970 (№ 1439957/24-7) с присоединением заявки №

Г1риоритет

Опубликовано 23.ill.1973. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 14Х1.1973

Комитет по делам изобретений н открытий при Совете Министров

СССР

УДЕ 621.317.729 (088.8) Авторы изобретения

P. П. Карташов и Б. Е. Пьяных

Институт электродинамики АН Украинской ССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ

НЕСИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений без нулевого провода при контроле качества электрической энергии систем электропитания, в статических преобразователях при устранении влияния несимметрии питающей сети на форму выходного напряжения, при построении приборов для измерения асимметрии трехфазных трехпроводных сетей.

Известные устройства аналогичного назначения, содержащие генератор модулирующих напряжений, кольцевые модуляторы, входы которых подсоединены к фазным проводам трехфазной системы и к генератору модулирующих напря>кений, выходной фильтр с индикатором и фазосмещающие цепи, не обеспечивают высокой точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и, кроме того, не дают возможности одновременно измерять фазовую несимметрию по отдельным фазам системы.

Цель изобретения — повышение точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и обеспечение одновременного измерения фазовой несимметрии по отдельным фазам системы, Цель достигается тем, что выходы модуляторов соединены последовательно между собой и с выходпьп|, фильтром, настроенным на вторую боковую частоту спектра, а входы двух кольцевых модуляторов соединены с генератором модулирующих напряжений через

5 фазосдвигающие цепочки.

На фиг. 1 и 2 приведены векторные диаграммы несимметричных систем напряжений; на фиг. 3 принципиальная блок-схема устройства.

10 Напряжения трехфазной сети преобразовываются с помощью трех амплитудных модуляторов в однофазное напряжение другой частоты.

Процесс преобразования удобно рассмот15 реть на основе принципа многофазной модуляции. При этом напряжение каждой фазы питающей сети, имеющей амплитудно-фазовую несимметрию

r а а т п (® + та)

4к

U, =К,U sin О/+ — +;", 2к

U, =К, У з1п u>t+ — + а,11.

25 где U Uq, U, — мгновенные значения фазных напря>кений;

Ка, Кс, К,— коэффициенты o ìïëèòóäíîé несимметрии фаз;

30 U — амплитуда напряжения;

3755 3

q>„cpb, ср, — фазовая несимметрия напряжений; в — частота сети, модул ируется напряжением другой частоты 5

Р, также представляющим собой трехфазную систему, в которую кроме обычных фазовых

4а 2 сдвигов — H — введены дополнительные

3 3

92 ,4 (Ка КЬ К.; сра qbWq,) образуется остаток второй боковой частоты, для подавления которого необходимо выполнить условие

К cos ((u> + Q) t + y + y ) +

+ К. ccoos s(" + ) + —" + . + 9p +

+K,cos (u>+И)t+ — +m, + ф, =0, (5) фазовые сдвиги ф„Qb, Q, U,„».. = U„„.sin(at+-,), 4а смол.Ь = мол.m Sin Qt + — + )b

3 / (2) 15

2к мол.с — — смол.m з1п + — + Yc

ГДЕ /мод. а С мод. Ь, мод. с МГНОВЕННЫЕ ЗНачения фазных модулирующих напряжений; 20

Ул,од — амплитуда модулирующего напряжения. (6) U. = К. .».-з1п(у+ Ф.) Х, 30

Х$1п(а/+ р ), Ub KbUmUол.т sin + + рь Х

v sin (ш/+ — j р,) (л) (У,=КU U„». sin И+ — +ф, Х

2а

Х sin ой+ — + р, 1 с Ка Ь

2 2 2

arc cos

2КаКь

КЬ с а

2 2 2

arc cos

2 аКс

2 — — (7)

3 рь—

4а — — (8) с 3 рс =

40 Для трехпроводной (без нулевого провода) несимметричной трехфазной системы из

Л А В С (фиг. 1) можем записать

АО = (АВ ) + (ОВ ) — 2AB ОВ cos g АВ О;

45 (АВ ) = АО + (ОВ ) — 2AO ОВ cos g АО В; (ОВ ) = АО + (АВ ) — 2 АО АВ соз g ОАВ, но

gАВ О= + р — р,;

g АОВ = — " — р,;

3 ОАВ = — +-,р,.

Знак при отсчете углов q>b и р, выбирается

60 как обычно: плюс против часовой стрелки, минус — по часовой стрелке. На фиг. 1 оба угла рь и ср, отрицательны. Теперь

При квадратичной характеристике нелинейных элементов, применяемых в модуляторах, напряжения на их выходах представляют со-бой произведения модулирующих и модулируемых функций

Разложив произведения синусов и просуммировав левые и правые части, получаем

U, = Ug + Ub + UC —— UmUld»,m Х

Х (Каcos ((<о — a) t+ ра — g J+

+ Кьcos (((o — Q) t+ рь — Я+

+ К, соз ((о — Я) t + V, — ",.1)— — U U„„. (К СОЗ((а+ьь)t+ р +р )+

+К.cos (u>+Q)t+ 3 + рь+ J+

;.;. +К,соз (в+Я)/+ — " +р,+6, . (4) где частота (в —:Я) — частота преобразования; (co+0) — вторая побочная частота, которая при симметричной системе напряжения сети (Ка= Кь = Кс=1; qa = q>b =(рс=0) и симметричной системы модулирующих напряжений (g,= b=,=0) оказывается равной нулю. При несимметричном питании

Графически это означает, что три вектора частоты (а+Я), соответствующие слагаемым в (5), образуют разомкнутый треугольник.

Подбирая значения углов управления ф„ фь, ) „можно свести к нулю сумму этих векторов. Определяем необходимые для этого углы фа, ь, фс. Подставив в формулу 5 р+ =0 и записав его в виде системы уравнений

К,+ Kb cos — + р, + yt, +

+К,sin — + р, + ф, =0, / 2-. /4

К,sin (— + р, + 6, ) + К,sin (— +

+ рс+v =0, получаем решения в виде

К2 = К, +К2 — 2К, К,cos рь — р, ——

375592

К = К + К вЂ” 2К,KДсoе (е, — ); х

Ке=, +K1 — 2К,К сое (е + —. ). (9/

Подставляя (9) в (7) и (8), получаем

2р

3 (10) Первые решения в (10) непригодны,. так как предполагают однофазную систему модулирующих напряжений, что нарушило бы процесс преобразования частоты. Поэтому для компенсации остатка второй боковой частоты (а+Я) на выходе преобразователя необходимо выполнить соотношения b — — 2c",; q, — 2р,.

На фиг. 2 представлен произвольный случай несимметрии и компенсации остатка по условию формулы 11. Здесь сплошной линией обозначены векторы первичной трехпроводной сети К„Кь, К,; пунктирной линией— векторы боковой частоты, которые имеют обратный порядок чередования фаз К„Кь,, К,. Они не образуют замкнутых треугольников. Штрих-пунктирной линией обозначена их сумма Z. Точками показаны векторы второй боковой частоты К„, Кь,, Кр, после поворота их на углы компенсации фь= — 2cpb, g,= — 2,. Из уравнений видно, что после поворота сумма векторов второй боковой частоты обращается в нуль. Следовательно, устройство для измерения несимметрии должно содержать три однофазных модулятора, два из которых имеют фазосмещающие цепочки.

Устройство содержит генер атор модулирующего напряжения 1, фазосдвигающие цепи 2 и 8 для углов фь и ф, соответственно, ручки потенциометров изменения фазового сдвига фазосмещающих цепей 4 и 5, входы б — 8 кольцевых модуляторов, подключенные к контролируемой трехфазной сети 9, кольцевые модуляторы 10 — 12 со входами И вЂ” 15 со стороны модулирующих напряжений и выходами 1б — 18 и фильтр второй боковой частоты с индикатором 19.

Работа устройства заключается в следующем.

При симметричной измеряемой сети 9 ручки потенциометров 4 и 5 фазосмещающих цепей 2 и 8 установлены на нуль и согласно формуле 5 вторая боковая частота на выходе преобразователя отсутствует, то есть индикатор выходного фильтра 19 не дает показаний. При появлении несимметрии в сети 9 индикатор фильтра 19 дает отклонение. Регулируя ручками 4 и 5 фазосмещающих цепей 2 и 8 фазу модулирующего напряжения, поступающего на кольцевые модуляторы 11 и 12 от генератора модулирующего напря6 женил 1, добиваются нулевого показания индикатора. При этом смещения ручек показывают углы фазовой несимметрии векторов двух линейных напряжений относительно

5 третьего, согласно формуле 11.

Так как смещения фь и, линейно связаны с углами несимметрии и/ь, /„то очевидно, шкала прибора линейна.

Измерение составляющих обратной после10 довательности в устройстве производится следующим образом. Систему напряжений формулы 1 можно представить через симметричные составляющие следующим образом

УА — УАх + УАе 1

Уь=УА, ехр. 1 — " +УА,ехр. 1 +; (12)

V, = U„, ехр.(/ †1 +//х,ехр. (/ (†" +/)), ГДЕ с/А„ / / А.,— СИММЕТРИЧНЫЕ СОСтаВЛЯЮЩИЕ прямой и обратной последова25 тельности соответственно;

1/ — фазный угол составляющих обратной последовательности.

При модуляции формулы 12 системой фор30 мулы 2 и отсутствии сдвигов импульсов управления (g=gb=g,=0), проводя аналогичные преобразования, получаем

Уе: ЗУмод. и УАь„ cos(Q) 8

35 ЗУм/)2. щ УА2т COS((/.>+ й) t+ Д. (13) То есть составляющая второй боковой часто ты (а+Я) имеет амплитуду, пропорциональ ную амплитуде обратной последовательности

40 Таким образом, при нулевых фазовых сдви гах индикатор второй боковой частоты показывает амплитуду обратной последовательности, причем шкала и в этом случае линейна, 45 Следует заметить, что при использовании для выделения второй боковой частоты полосового фильтра, полоса пропускания которого выбирается с учетом возможных колебаний частоты трехфазной системы напряже50 ний, точность измерений от колебаний частоты не зависит. Кроме того, так как при несинусоидальной сети высшие гармоники не попадают в полосу пропускания фильтра второй боковой частоты, то от несинусоидально55 сти напряжений показания также не зависят.

Таким образом, устройство позволяет измерять амплитудную и фазовую несимметрию трехфазной системы напряжений без нулево60 го провода при несинусоидальности напряжений, а также колебаниях частоты, причем несимметрия измеряется по каждой фазе в отдельности. Кроме того, шкала прибора линейна, что является важным преимуществом

65 при градуировке приборов и считывании.

375592

Фиг. 1

W Ec2

/ в

Сд

4 Ьг 2

Изд. № 1379

Подписное

Тираж 755

Заказ 1702/11

Типография, пр. Сапунова, 2.7

Предмет изобретения . стройство для измерения амплитудно-фаза" ой несимметрии трехфазной системы напр;..жений, содержащее генератор модулиолощих напряжений, три одинаковых кольi.åвых модулятора, входы которых подсоединены к фазным проводам трехфазной системы и к генератору модулирующих напряжений, выходной фильтр с индикатором и фазосмещаюшие цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений амплитуды составляющих обратной последовательности и обеспечения одновременного измерения фазовой несимметрии по отдельным

5 фазам системы, выходы модуляторов соединены последовательно между собой и с выходным фильтром, настроенным на вторую боковую частоту спектра, а входы двух кольцевых модуляторов соединены с генератором

1р модулируюгцих напряжений через фазосдвигаюшие цепочки.