Цифровой измеритель симметричных составляющих напряжений в трехфазной промышленной цепи

 

OllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюа Соввтскнк.

Соцналнстнческнк

Республнк ()951192 г

Ф" (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

1 (22) 3аявлено 031080 (21) 2988760/18-21 (51) М. Кп.з с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

G 01 R 29/16

Опубликовано150882, Бюллетень ¹ 30 (33) УДК б21, 317, . 319 (088. 8) Дата опубликования описания 150882 (72) Авторы изобретения

А.М.Буняк, A.Í.Ëóïeíêo и А.A.Ãëèçàðoâ (71) Заявитель (54 ) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СИММЕТРИЧНЫХ

СОСТАВЛЯКЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТРЕХФАЗНОЙ

ПРОИЯШЛЕННОЙ СЕТИ

1 2

Изобретение относится к контролю .качества электроэнергии систем электроснабжения.

Известно устройство, содержащее три трансформатора, три выпрямитепьных моста с фильтрами, трехвходовой функциональный преобразователь, преобразующий постоянные напряжения, пропорциональные входным напряжениям, в среднеквадратичную величину из разностей, и регистрирукщий при-. бор (1}.

К недостаткам этого, устройства следует отнести ограниченный частотный диапазон, наличие методической погрешности и недостаточные функциональные воэможности, так как это устройство предназначено для измерения составляющей обратной последовательности. Оно не позволяет измерять все симметричные .составляющие и тем самым коэффициент несимметрии.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее коммутатор фаз, преобразователь аналог-код, блок управления, два множительных устройства, эадатчик кодов синусоидальных функций, два реверснвных счетчика, определитель знака, фазосдвигающее устройство, квадратор, два регнстрирукхцих устройства, делительное устройство и нуль орган (2) .

Однако известное устройство может измерять симметричные составляющие трехфазной сети в промышленных системах электроснабжения при спокой(ð ной нагрузке. Практически в электрических сетях всегда существуют резкопеременные и ударные с нелинейными элементами нагрузки, что приводит к ложному срабатыванию нуль-органа.

Последнее обстоятельство приводит к изменению нормальной работы измерителя знака и, как следствие, реверсивных счетчиков. Нарушается их порядок. выполнения операций суммирования и вычитания, что приводит к значительным погрешностям измерения.

Частые резхопеременные броски тока в электрической сети могут привести к неопределенности срабатывания нульоргана и определителя знака, что вызывает хаотический режим работы реверсивных счетчиков. При таких режимах трудно судить о достоверности ,результатов измерения. Кроме того, .устройство нв позволяет измерять гармонический спектр составляющих трех951192 преобразователя 3 аналог-код (ПАК), блока 4 памяти, счетчиков 5 и б,постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)

7, умножителя 8, блока 9 реализации функции косинуса, блока 10 реализации функции синуса умножителей 11 и

12, блоков сумматоров-накопителей 13 и 14, квадратора 15, умножителя 16, блока управления 17, блока 18 регистрации, блока 19 деления, блока 20 реализации функции арктангенса, определителя 21 знака, сумматора 22.

В основу работы измерителя положены следующие соображения.

Исследуемое фазное напряжение можно представить в виде:

К

0 (t ) = U+ s i п (1сих +Ч Uk ), (1) к -1 щх где U !,Ì„ — амплитуда и начальные фазы составляющих спектра сети;

k=1, 2-k — номера гармоник.

С помощью IIAK входное напряжение

U(t) представляется в М равностоящих точках.

Дискретное преобразование Фурье такого сигнала, имеет вид

L JienIt

М-I

Я

5„, ц е (Ц или в триготометрической форме

Опт . п "1

9 » 0 )СОб V ()(п1)б п ) )

® п,=о (Э)

=A -384,Модуль и фаза спектральной плотности (3) определяется следующим образом

5,= Я-В ; (4)

ФК=агс tQ

А где Ь и ф — модуль и фаза спектральной плотности соответственно..

Тогда амплитудное значение k-ой гармоники определяется иэ выражения

2/Sk/ (6)

0 (5) а начальная фаза k-ой гармоники может быть представлена в виде

Таким образом, в блоке 18 регистрации зарегистрируются значения амплитуд и начальных фаэ напряжений гармонического спектра для фаз А,В,С следующих зависимостей:

Од (k ) =+n s i n (1 их+4 ) фазной сети, что необходимо при компенсации несимметрии.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель сим- 5 метричных составляющих напряжений в трехфазной промышленной сети, содержащий коммутатор фаэ, соединенный с преобразователем аналог-код, блок управления, два умножителя, два !О счетчика, определитель знака, квадратор, блок регистрации, блок деления и блок управления, введены мас штабный преобразователь, блок памяти, постоянный запоминающий блок, два умножителя, блоки реализации функций синуса, косинуса, арктангенса, два блока сумматоров-накопителей и сумматор, причем три входных зажима измерителя соединены с входами масштабного преобразователя, три выхода которого соединены с тремя входами коммутатора, выход преобразователя аналог-код через блок памяти соединен с первыми входами второго и третьего умножителя, выходы которых соединены с первыми входами блоков сумматоров-накопителей, выход блока. управления через последовательно соединенные счетчики соединен с входом блока управления, второй выход первого счетчика соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен со вторым выходом второго счетчика, вторыми входами блоков сумматоров-накопителей и бло- 35 ком регистрации, выход первого умножителя соединен с входами блоков реализации косинуса и синуса, выходы которых соединены со вторыми входами второго и третьего умножителя 40 соответственно, выход первого блока сумматора-накопителя соединен с первыми входами блока деления и квадратора, выход которого через четвертый умножитель соединен со вторым входом регистратора, выход второго блока сумматора-накопителя соединен со вторыми входами квадратора и блока деления, выход которого через блок реализации функции арктангенса Определи- 50 тель знака и сумматор соединен с третьим входом регистратора, выходы блока управления соединены с коммутатором, преобразователем аналог-Код, блоком памяти, блоками сумматоров-накопителей,,квадратором и блоком регистрации, а выходы постоянного запоминающего устройства соединены с третьим входом первого умножителя,со вторым входом сумматора и вторым входом четвертого умножителя соответст- 60 венно.

На чертеже изображена схема измерителя.

Измеритель состоит из масштабного преобразователя 1, коммутатора 2 фаз, 65

951192

uB (k) =uk s i п k (<- -)4 т

U (k ) =Ug s n km (t+ — )+ Ч

Т

Известно, что гармоники порядка, кратного 3 (3,6,9 и т.д.), образуют систему напряжений нулевой последовательности; гармоники порядка k =

=ЗА+1, где n — любое целое число, т,е. при k=1,4,7,10,13 и т.д. образуют симметричную систему напряжений

10 прямой последовательности; наконец гармоники при k=2,5,8,11,14 и т.д. образуют симметричную систему напряжений обратной последовательности.

Поскольку в предлагаемом устройстве совместно со значениями Ug и 1 для каждой фазы определяются значения 1, то тем самым имеется воэможность измерять симметричные составля-20 ющие трехфаэной сети.

Измеритель работает в два этапа.

Первый этап. Фазные напряжения сети через масштабный преобразователь 1 поступают на коммутатор 2 фаз,25 который под воздействием блока 17 управления поочередно подключает их ко входу IIAK 3. В преобразователе 3 аналог-код происходит преобразование аналоговой величины в цифровой код, который затем записывается в блок 4 памяти. Работой IIAK 3 и блока

4 памяти управляет блок 17 управления.

Второй этап. После заполнения бло-З5 ка 4 памяти данными, измеритель переходит в режим обработки.

Тактовые импульсы из блока 17 управления поступают на последовательно включенные счетчик 5 текущей выборки и счетчик 6 номера k определяемой гармоники (формула 3). Счетчик

6 переходит в следующее состояние по сигналу переноса счетчика 5, т.е. после окончания вычислений текущей гармоники. Выходные коды счетчиков 5 45 и 6, начиная с нулевых значений, поступают на умножитель 8, куда заведен выход ПЗУ 7 числа вЂ, и на выходе умэ.т ножителя 8 формируется значение текущего аргумента функций синуса и коси- 5Π— 171mk нуса, равное (формула 3).

Сигнал с выхода умножителя 8 поступает на входы блока 10 реализации функции синуса и блока 9 реализации

55 функции косинуса, на выходе которых от% образуются величины 1 д

)4 и сов. которые поступают на умножители 12 и 60

11 соответственно. На другие входы умножителей 11 и 12 прикладывается текущее значение выборки, поступающее иэ блока 4 памяти, и на выходах умножителей 11 и 12 формируются значения (.) З,п Qutn_#_a a0 Л (п ) 54 (m) торые затем поступают на сумматор-накопитель 13 и сумматор-накопитель 14 соответственно.

Таким образом, в блоках сумматоров-накопителей 13 и 14 после завершения цикла работы счетчика 5 форми— руются значения действительной и мнимой частей выражения (3), т.е. Ag u

В1,. Выходы сумматоров-накопителей 13 и 14 подключены ко входам квадратора 15, который предназначен для возведения в квадрат, суммирования и извлечения квадратного корня из суммы квадратов. Выход квадратора, где формируется значение S4, соединен с умножителем 16. Здесь производится умножение абсолютного значения 91 на коэффициент и, который поступает иэ

ПЗу 7. Выходная величина умножителя является амплитудным значением k-ой гармоники и она поступает на блок регистрирующий 18.

Для определения начальной фазы

k-ой гармоники выходные сигналы сумматоров-накопителеи 13 и 14 поступают на блок деления 19, где произвоBi дится вычисление величины — кото А1, рая затем поступает на блок 20 реализации арктангенса, выходной сигнал которого прикладывается к определителю 21 знака.

В зависимости от определенного знака фазы спектральной плотности 4 в сумматоре 22 происходит или сложение величины Ф1 с величиной ф, поступающей из ПЗУ 7, или вычитание в соответствии с формулой (7). Выходная информация сумматора, представляющая собой фазу k-ой гармоники, поступает на блок 8 регистрации.

Блок 17 управления синхронизирует работу всех блоков измерителя. Счетчик 6 номера гармоники выдает на блок 18 регистрации номер анализируемой гармоники и на устройство управления — сигнал об окончании анализа .данной реализации сигнала, записанной в блоке 4.памяти. После этого устройство управления переходит к первому этапу, т.е. начинается прием новой информации. Счетчик 6 также сбрасывает в нулевое состояние выходной код накопителей 13 и 14 после анализа очередной гармоники.

Предлагаемый цифровой измеритель, в отличие от известного, обеспечивает повыше ную точность, и может быть. использован для непрерывного выделения симметричных составляющих напряжений промышленной сети, что значительно повышает эффективность и качество измерений.

951192

Формула изобретения

Цифровой измеритель симметричных составляющих напряжений в трехфазной промыщленной сети, содержащий коммутатор фаз, соединенный с преобраэова- 5 телем аналог-код, блок управления, два умножителя, два счетчика, опре- делитель знака, квадратор, блок регистрации, блок деления и блок управ- лейия, отличающийся тем, )p что, с целью расщирения функциональных воэможностей, в него введены масштабный преобразователь, блок памяти, постоянный -запоминающий блок, два умножителя, блоки реализации функций синуса, косинуса, арктангенса, два блока сумматоров-накопителей и сумматор, причем три входных зажима измерителя соединены с входами масштабного преобразователя, три выхода которого соединены с тремя входами коммутатора, выход преобразователя аналог-код через блок памяти соеДинен с первыми входами второго и третьего умножителей, выходы которых соединены с первыми входами блоков сумматоров-накопителей, выход блока управления через последовательно соединенные счетчики соединен с входом блока управления, второй выход первого счетчика соединен с первым входом ЗО первого умножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, вторыми входами блоков сумматоров-накопителей и блоком регистрации, выход первого умножителя соединен с входами блоков реализации косинуса и синуса, выходы которых соединены с вторыми входами второго . и третьего умножителей соответственно, выход первого блока сумматоранакопителя соединен с первыми входами блока деления и квадратора, выход которого через четвертый умножитель соединен с вторым входом регистратора, выход второго блока сумматоранакопителя соединен с вторыми входа-, ми квадратора и блока деления, выход которого через блок реализации функции арктангенса, определитель знака и сумматор соединен с третьим входом регистратора, выходы блока управления соединены с коммутатором, преобразователем аналог-код, блоком памяти, блоками сумматоров-.накопителей, квадратором и блоком регистрации, а выходы постоянного запоминающего устройства соединены с третьими входами первого умножителя, с вторым входом сумматора и вторым входом четвертого умножителя соответственно.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 481859, кл. G 01 R 29/16, 11.05.73.

2. Авторское свидетельство СССР

9 737882, кл. G 01 R 29/16, 21.02.77 (прототип).