Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети

 

О П И С А Н И Е ()976403

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. спид-ыу (5I)M. Кл.

G 01 К ?9/16 (22)Заявлено 04.05.81(21) 3283458/18-21 с присоединением заявки ¹

Гааударатвснный камнтет

СССР (23) Приоритет

Il0 делам наабретеннй и аткрытнй

Опубликовано 23. 11. 82, Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 2 3. 11 ., 82 (53) УДК 621.317., . У (088.8) М.Я.Минц, В.Н,Чинков, О.Г.Гриб, В.В.Фокин и В.И;Анохин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СИММЕТРИЧНЪ|Х

СОСТАВЛЯИЩИХ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Изобретение относится к контролю качества электроэнергии трехфазных сетей переменного тока.

Известен цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной

° сети, в состав котррого входят ком5 мутатор фаз, преобразователь аналогкод, блок управления, множительные устройства, задатчики кодов, реверсивные счетчики, определитель знака, блок изменения Фазы на 120, квадо ратор, регистрирующее устройство, устройство деления, нуль-орган Г 1 1.

Недостатки этого измерителя заключаются в ограниченном верхнем ди- т5 апазоне частот, сложной аппаратурной реализации и невысокой точности из-за инструментальных погрешностей фазовращателя и методической погреш. ности дискретизации.

НаиЬолее близким к изобретению является цифровой. измеритель симметричных составляющих трехфазной сети. содержащий блок управления и последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преоЬразователь, блок памяти и блок вычисления, при этом между первым входом коммутатора и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя включены последовательно соединенные умножитель частоты, схема И, управляемая триггером, счетчик и дешиФратор, причем выход счетчика подключен к единичному входу триггера и одному из входов блока управления, второй вход которого соединен с входом умножителя, пер« вый выход " с управляющим. входом коммутатора, второй выход — c нулевым входом триггера и управляющим входом дешифратора, а третий выход — с управлякнцим входом блока памяти (2 1.

Недостатком известного измерителя является. низкая точность при наличии помех в исследуемых сигналах, так как в нем измерение кввдратурных сос97б4ОЗ тавляющих напряжении, по которым затем определяются квадратурные составляющие действующих значений симметричных составляющих, осуществляется по мгновенным значениям напряжений„ А такой метод, как известно, обладает низкой помехозащищенностью.

Для повышения помехозащищенности могут быть введены фильтры, однако это приведет к ограничению частотного ди-1в апазона и, что особенно важно, к появлению дополнительных фазовых погрешностей.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения >5 влияния помех.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети, содержащий коммутатор„ распреде- ю литель импульсов, блок управления, ум. ножитель частоты, два счетчика, два блока переноса, два электронных ключа и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, причем вход умножителя частоты соединен с зажимом для первой фазы,,входы первого, второго и третьего ключа коммутатора соединены с зажимами первой, второй и третьей фазы, первый выход блока управления соединен с управляющим входом распределителя импульсов, введены три интегратора, сумматор и два преобразователя фаза-код, причем вход35 ной зажим первой фазы соединен с первыми входами первого и второго пре.образователей фаза-код, входной зажим второй фазы соединен с вторым входом первого преобразователя фазакод> входной зажим третьей фазы— с вторым входом второго преобразователя фаза-код, три выхода распределителя импульсов соединены с вторыми входами первого, второго и третье45 го ключей коммутатора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с входом блока управления, выход умножителя частоты соединен с вторым входом распределителя импульсов, выход первого преобразователя фазакод через блок переноса соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с выходом первого электронного ключа, выход второго преобразователя фаза-код че- рез второй блок переноса соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, три выхода коммутатора через три интегра-. тора соединеHbl с тремя входами сумматора> выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразовате ля, второй выход блока управления соединен с вторыми входами блоков переноса и вторыми входами электронных ключей, третий выход блока управления соединен с вторым входом аналогоцифрового преобразователя, выход первого счетчика соединен с третьим входом первого электронного ключа и третьим входом второго ключа коммутатора, выход второго счетчика соединен с третьим входом второго электронного ключа и третьим входом третьего ключа коммутатора, а входной зажим для подключения эталонного генератора соединен с первыми входами обоих электронных ключей, На чертеже приведена структурная. схема предлагаемого измерителя °

Измеритель содержит ключи 1-1, интеграторы 4-6> сумматор 7, аналогоцифровой преобразователь 8, блок 9 вычисления, умножитель 10 частоты, распределитель 11 импульсов, блок 12 управления, преобразователи 13 и 14 фаза-код, блоки 15 и 16 переноса, счетчики 17 и 18, электронные ключи

19 и 20 и коммутатор 21.

Поясним принцип измерения симметричных составляющих в предлагаемом измерителе, Запишем известные выражения для комплексов действующих значений симметричных. составляющих

v = л (3/ +ау +а. 1/ 1 (Ä) А .а о

v = (v+а ч+ач ) 4) 5 b, Ь

1 °

V = (V +V +V ) (о) e ь с где yl v(<„1- комплексы действующих значений прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно, 1> тО а=е - оператор поворота, чд, ч, V - комплексы действующих значений фазных напряжений.

Если начальную фазу напряжения Ц принять равной нулю (3 =О), то

V =v ч =ч Е =у rJ

g VS > y<

v =v e>>c-v е > с с где Ч в > Ч с - начал ь ные фазы напряжений Нв и Uс соответственно;

Э7б4 (4) (5) (6) ×l}, - фазовые сдвиги напряжений 1), II соответственно по отношению к напряжению ЦА.

Выражения 1 напишем с учетом равенств (2) и (3) у,,„ >(< 0 и,1 „,(во; (, 1

1Г Ив Ч,1

Воспользовавшись выражениями (4 ), перейдем к квадратурным составляющим напряжений (<)}(3 д в(() (с(})х)

Ч = — (Ч +Ч

О)ч 3 в()ъ () ()

"()}}(= ОАИ+ в()}(+V((gx ) 1 (-ю (ь) сл)} ) } о)х = Ъ < + в(о)х+"с(„),)

"(О) = (} Ь(О)}(+% (о) } ) д и)(и (1}) (}x ч,(,)) ч()},и %) 30 квадратурные составляющйе действующих значений напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно v =v (при принятии

A}I А условия Чд =0 имеем ч}(}} — — О); чВ}(=ч co s $g, и (g = s (п } кваДРатУР ные составляющие действующего значения напряжения О }аналогично v „и чс } чв(„)„=часов(тв+120 ); vQ(f) & sin(P> + ав

+120" ) — квадратурные составляющие действующего значения сдвинутого по фазе на 120 напряжения И, v (<}}(=v соз(Ч -(-240 ); ч,„)„=v з1п(Ч е +

+240о) - квадратчрные согтавляющие действующего значения сдвинутого Ilo фазе на 240 (или -120 ) напряжения Ос, Vppp g 5($p+1f1 ); g Slll( о

2 0 ) — квадратурные составляющие действующего значения сдвинутого по фазе на 240 (или -120 1) напряжениЯ Ов 1 ч ц}(=ч:as 7 +12() 1; ч,}=ч з1п(9 +

120 ) — квадратурные составляющие

SS дейст вующе го, з на чени я сдвинутого по фазе на 120 напряжения LIc.

Перечисленные квадратурные составляющие определяются по интеграль

03 б ным (усредненным) значе((иям кусочно-} гармонических напряжений, полученных из исходных напряжений. Например, для определения ч .(осуществляется

В(}) усреднение кусочно-гармонической йункции

0 ((()((g)- ()()в61и (w t+9(}) при 120 QJt. > -Чв(Чфо) !

0 при остальных значениях mt.

I ОГДа

Ф2-Чв, Тс(2-у

N>(Ä) Ä= I Uz(t)duuK=V, М ( 130 } ).О

+ 9в) д(аИ= Часов(+1Хо ) Формирование кусочно-гармонической функции tJ > (t) легко реализуется с помощью электрическогo ключа, на информационный вход которого подается гармоническое напряжение ч ьln((et+

+(1> ), а ключ каждый период открывается при щ(=1?0 и закрывается при В

IN t "Vg, 2

Аналогично формируются .кусочногармонические напряжения для определения остальных квадратурных составляющих.

Интервалы сохранения гармонического закона изменения фазных напря" жений, соответствующие каждой из квадратурных составляющих, приведены в таблице, По квадратурным составляющим находят действующие значения симметричных составляющих

М=-}М ч . х

Измеритель работает следующим образом.

В исходном состоянии ключи 1-3 коммутатора 21 закрыты, открываются они на фазные интервалы в соответствии с таблицей. Эти фазные интервалы формируются следующим образом, Фазы О, 90, 120, 210, 240 и 330О задаются умножителем 10 частоты и распределителем 11 импульсов, Умножитель 10 частоты служит для формирования калиброванных по фазе импульсов, цена деления которых не зависит от частоты фазногп напряжения, Коэффициент умножения умножителя 10 частоты целесообразно выбрать равным 12. (огда выходной импульс умножителя

l0 частоты будет соответствовать — =30 входного напряжения на люze

I с фазные напряжения

Симметричные составляющие

Интервалы сохранения гармонического закона изменения фазных напряжений прямая последовательность

21п

240, — — г у - с, 330 (л) Х

0—

И)з ) 330

$ - Ус,;?10,)братная последовательность

710 о

fC -Чв 330 (2) Х / ОK

Юу

Нулевая последовательность и 7С

2. $ -fs

О, -Т (о) Х

3/ 0—

76 (о)ч

7 976 бой частоте. Импульсы с выхода умножителя 10 частоты поступают на распределитель 11 импульсов, который формирует управляющие сигналы, поступающие на ключи 1-3 коммутатора

21, Так, управляющий сигнал, соответствующий фазе Mt=0, формируется в мо,мент поступления на распределитель 10 первого импульса с умножителя 10, в качестве которого принимается им- щ пульс перехода напряжения Нд через нуль. Фазе u)t=90О соответствует момент поступления четвертого импульса с умножителя 10, фазе ugt=170Опятый импульс и так далее, и,наконец, фазе mt=330 - двенадцатый импульс. Управление распределителя 11 импульсов, т,е. настройка его на формирование управляющих сигналов с требуемым фазовым сдвигом относительно начала отсчета mt=0 осуществляется блоком 12 управления в зависимости от измеряемой величины, согласно таблице. фазы (— фв) и (— ) формйруют6 ° ся с помощью блоков 13-20. Преобразователями 13 и 14 осуществляется преобразование фа.зовых сдвигов ф и соответственно в код и коды по сигналу блока 12 управления, поступающему на блоки 15 и Тб переноса, в каждом цикле измерения, вводятся соответственно в счетчики 17 и 18 на вычитание. 8 исходном состоянии в этих счетчиках записывается код X.

2 35 в результате в них образуются коды (- В) и (— " -у ), Тем же сигналом блока 12 управления, которым производится перенос, открываются электрон ные ключи 19 и 20 и импульсы часто- 4О ты поступают на описывание показаний счетчиков 17 и 18. В моменты

403 8 обнуления счетчиков 17 и 18 на их выходах формируются сигналы, фазы появления которых равны (Х -(p ) и т (— -Чс), Выходные сигналы счетчиков

17 и 18 подаются на управляющие входы соответственно ключей 2 и 3 и на вторые управляющие входы электронных ключей 19 и 20, закрывая их.

Ключи 1-3 управляющими сигналами распределителя 11 импульсов и счетчиков 17 и 18 открываются на соответствующие фазные (или временные) интервалы. В течение этих интервалов на входы интеграторов 4-6 поступают фазные напряжения, а на остальном интервале периода ключи 1-3 закрыты и входные напряжения интеграторов 4-6 равны нулю. Выходные напряжения интеграторов 4-6, пропорциональные соответствующим квадратурным составляющим, поступают на сумматор 7, где они суммируются в соответствии с одним из выражений системы (5). Выходное напряжение сумматора 7 подается на аналого-цифровой преобразователь 8, в котором по сигналу блока 12 управления производится преобразование напряжения в код. Этот код вводится,в блок 9 вы- числения> которым осуществляется определение действующих значений симметричных составляющих трехфазной системы напряжений по формуле (1), а в случае необходимости и коэффи,циента несимметрии.

Таким образом, в измерителе опреде-. ление симметричных составляющих производится по интегральным (усредненным) значениям фазных напряжений, что обеспечивает повышение помехозащищенности, а тем самым и повышение точности измерений при наличии помех.

Формула изобретения

Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети, содержащий коммутатор, распределитель импуль-5 сов, блок управления, умножитель частоты, два счетчика, два блока переноса, два электронных ключа и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, причем вход умножителя частоты соединен с зажимом для первой фазы, входы первого, второго и третьего ключа коммутатора соединены с зажимами первой, второй и третьей фазы, пер-1 вый выход блока управления соединен с управляющим входом распределителя, импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три интег- 20 ратора, сумматор и два преобразователя фаза-код, причем входной зажим первой фазы соединен с первыми входами первого и второго преобразователя фаза-код, входной зажим второй фазы соединен с вторым входом первого преобразователя фаза-код-, второй зажим третьей фазы — с вторым входом второго преобразователя фаза-код, три выхода распределителя импульсов соеди Ç6 нены с вторыми входами первого, второго и третьего ключа коммутатора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с входом блока управления, выход умножителя частоты соединен с вторым входом распределителя импульсов, выход первого преоб403 10 разователя фаза-код через блок переноса соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с выходом первого электронного ключа, выход второго преобразователя фаза"код через второй блок переноса соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, три выхода коммутатора через три интегратора соединены с тремя входами . сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифро .ого преобразователя, второй выход блока управления соединен с вторыми входами блоков переноса и вторыми входами электронных ключей, третий выход блока управления соединен с вторым входом анало"

ro-цифрового преобразователя, выход первого счетчика соединен с третьим входом первого электронного ключа и

I третьим входом второго ключа коммутатора, выход второго счетчика соединен с третьим входом второго электронного ключа и третьим входом третьего ключа коммутатора, а входной зажим для подключения эталонного генератора соединен с первыми входами обоих электронных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

If 737882, кл, 01 R 29/16, 21.02.77

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 868640, кл. 0 01 R 29/1á, 15,01.80 (прототип).

Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а более точно - к устройствам, предназначенным для выделения составляющих обратной последовательности напряжения, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения фактического вклада поставщиков и потребителей электроэнергии в значения показателей качества электроэнергии

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля и организации активного воздействия на уровень несимметрии напряжения и тока в электроэнергетических системах трехфазного исполнения, отличающихся низким качеством электрической энергии

Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании датчиков трехфазного напряжения

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электроснабжения для определения напряжения обратной последовательности

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при определении напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений
Наверх