Устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) (111 3(59 6 01 В 29 16 БРЕТ ВТОРСНОМУ СВ о 88.8)идетельство ССС Н 29/16, 1975етельство СССР Н 29/16, 1973. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ(71) Институт электродинамиАН УССР(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯСИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ,содержащее трехфазный генератор модулирующих напряжений, три однофазных модулятора, первые выходы каждого из которых подключены соответственно к одному фазному проводу трех"фазной системы, первый выход первогоиз упомянутых однофазных модуляторов соединен с первым выходом второго однофазного модулятора, второйвыход последнего связан с первым выходом третьего однофазного модулятора, при этом второй выход последнего связан с одним выводом регистрирующего прибора, а также первыйфильтр, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второйфильтр, нормирующий усилитель, регулятор калибровки и переключатель,первый входной контакт которогосвязан с вторым выходом первого однофазного модулятора, первый выходной контакт переключателя через последовательно соединенные первыйфильтр и регулятор калибровки подключен к другому выводу регистрирующего прибора, второй выходной контакт переключателя подключен к входу второго Фильтра, выход которогочерез нормирующий усилитель соединен с вторым входным контактом упомянутого переключателя.Изобретение относится к электроизмерителям и может быть использовано для измерения несимметрии трехФазной системы переменных напряжений при контроле показателей качества электрической энергии в промышленных сетях, автономных системахэлектроснабжения, а также в лабораторной практике.Известны устройства для измерениясимметричных составляющих .прямой.и 10обратйой последовательностей, основанные на умножении числа фаз и многофазном выпрямлении И .Недостатком указанных устройствявляется частотная погрешность измерений, обусловленная отклонениемчастоты трехфазной системы напряжений от номинального значения,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство, содержащее трехфазныйгенератор модулирующих напряжений,три однофазных модулятора, выходыкоторых соединены последовательномежду собой и образуют два выходныхзажима модуляторов, первые входыкаждого из которых .подключены соответственно к одному фазному проводутрехфазной системы и к выходу генератора модулирующих напряжений, атакже последовательно соединенные ЗОмежду собой и подключенные к выходным зажимам модуляторов первыйфильтр, настроенный на одну из частот спектра выходного напряжениямодуляторов, и измерительный прибор. 35Данное устройство позволяет измерятьсоставляющую обратной последователь-ности, которая выделяется Фильтром,настроенным на вторую боковую частоту у + Я спектра выходного напря, 4 О,трехфазной системы переменных напря.жений; Я - частота генератора модулирующих напряжений 2 .Недостатком такого устройстватакже является частотная погрешность 45измерений, которая возникает в результате ухода рабочей точки амплитудно-частотной характеристики фильтра с вершины на боковые склоны приотклонении частоты трехфазной системы напряжений.Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений, содержащее трехфазный генератор модулирующих напряжений, три однофазных модулятора, первые выходы каждо го из которых подключены соответст венно к одному Фазному проводу трехфазной системы, первый выход первого из упомянутых однофаэных модуляторов соединен с первым выходом вто рого однофазного модулятора, второйвыход последнего связан с первым вы-,ходом третьего однофазного модулятора, при этом второй выход последнего связан с одним выводом регистрирующего прибора, а также первый фильтр, введены второй фильтр, нормирующий усилитель, регулятор калибровки и переключатель, первый входной контакт которого связан с вторымвыходом первого однофазного модулятора, первый выходной контакт переключателя через последовательно соединенные первый фильтр и регуляторкалибровки подключен к другому выводу регистрирующего прибора, второй выходной контакт переключателя.подключен к входу второго фильтра, выход которого через нормирующий усилитель соединен с вторым входным контактом упомянутого переключателя.На чертеже изображена структурнаясхема устройства для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений,Устройство содержит генератор 1 модулирующих напряжений, соединенный с переключателем 2 порядка чередования Фаз, выходы которого подключены ко входам 3, 4 и 5 однофазных модуляторов б, 7 и 8, К другим входам 9, 10 и 11 этих модуляторовподсоединены фазные провода трехфаз 1 ной системы переменных напряженийА, В, С. Выходы модуляторов 12, 13и 14 соединены последовательно между собой и образуют два выходных зажима 15 и 16 модуляторов.Устройство включает также последовательно соединенные между собой первый Фильтр 17, регулятор 18 калибровки и регистрирующий прибор 19, один из зажимов которого подсоединен к выходному зажиму 16 модуляторов.Кроме того, в устройстве имеются переключатель Измерение - Калибровка 20 (контакты 21, 22, 23, 24,25 и 2 б) и последовательно соединенные между собойвторой фильтр 27 и нормирующий усилитель 28, причем вход 29 второго фильтра 27 соединен с контактом 23 переключателя 20, а выход 30 нормирующего усилителя 28 соединен с контактом 22 этого переключателя, Контакт 21 переключателя 20 подсоединен к выходному зажиму 15 модуляторов, а контакты 24 и 25 этого переключателя подключены ко входу 31 первого фильтра. 17Предлагаемое устройство работает следующим образом.Напряжения отдельных Фаз трехфаэной системы А, В, С подаются на входы 9, 10 и 11 модуляторов б, 7 и 8. При наличии несимметрии эти напряжения можно представить через симметричные составляющие(445 О : О о,в 1 Р я С О, в 1 О ыСО,1 о и С,ОЬ =Одв 1 пь)С+О В 1 вИС+ - 1 О В(о УС- 1Ос. ОоюьеЫ 1 ОечпяСф ) 11 1 пиС-5 где ОовО х О - амплитуды симметричных составляющих нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно.На другие входы 3, 4 и 5 модуляторов 6, 7 и 8 с выхода генератора 1 модулирующих напряжений через переключатель 2 порядка чередования фаэ подается трехфазная система модулирующих напряжений в виде, напри мер, однополярных прямоугольных импульсов частоты й , длительность которых равна паузе между ними (скважность равна двум)20"мхо л "- 51 о 2 э-)Мн в, 25-1ЯЩ лОмь о - - . ваМ )п61 2 вмст в ,ып(. - 12 5 л 1 Явгде 5 в . ряд чисел 1, 2, 3,В каждом из модуляторов производится перемножение модулирующих и соответствующих фаэных напряжений. Для получения выходного сигнала результаты модуляции суммируются в общем контуре и на выходных зажимах 15 и 16 модуляторов появляется на- пряжение Оьь -Оцх Оь+Омв ОвОис Ос,С учетом (1) и (2) после рядапреобразований получают при 5 = 1+уй+ О сов(а-ыИ - - Осов(бяы 1 С+о- Цсов фа-ы 1 С - - Ов, соз (иФС5Янам вв В выходном напряжении модуляторов на зажимах 16 и 17 присутствуют гармоники: - Оо,вюыС, - ,. Осов,3 а-ий, - О501сов(мы)С частот ю, а-со, Ъац соответственно, амплитуды которых пропорциональны амплитуде симметричной составляющей нулевой последовательности Оо,; гармоники, Осов(а-ы)С,5- О,сов(баи)С5частот Я-со и 5 Я + ц соответственно, амплитуды которых пропорциональны 60 амплитуде симметричной составляющей прямой,последовательности О: гар"моники - Ц сов(,йи 1 С, - Оь,(п-ц)С5 лчастот Ю + со и 5 Я - и соответ ственно, амплитуды которых пропорциональны амплитуде симметричнойсоставляющей обратной последовательности О,1 .Устройство реализует два режимаработы - фИзмерение и Калибровкаф,В режиме Измерение замыкаются контакты 21-24 и 22-26 переключателя 20 и вход 31 первого Фильтра17 подключается к выходному зажиму,15. Если первый фильтр настроен, например, на частоту ы в спектре выходного напряжения модуляторов, тосогласно (4) на выходе фильтра 17появляется напряжение, пропорциональное амплитуде симметричной составляющей нулевой последовательности Окоторое через регулятор 18 калибровки попадает на прибор 19 и измеряется им,Если первый фильтр 17 настроен,например на частоту Л - и в спектревыходного напряжения модуляторов, тосогласно (4) на выходе фильтра 17появляется напряжение, пропорциональное амплитуде симметричной составляющей прямой последовательности, которое через регулятор 18 калибровки попадает на прибор 19 и измеряется им,Аналогично, при настройке фильтра 17, например на частоту Я + иприбор 19 измеряет напряжение, амплитуда которого пропорциональна симметричной составляющей обратной последовательности сети О.Можно предусмотреть в качествепервого фильтра 17 систему иэ трехфильтров, включенных параллельно и,настроенных каждый на одну из указанных частот. В этом случае приналичии трех приборов, аналогичных19, будут одновременно измерены амплитуды всех трех симметричных составляющих.Частоты и, й - М , Р + иили другие согласно (4) определяютсястабильностью по частоте как трехфазного генератора модулирующих напряжений (частота 0 ), так и трехФазной сети (частота ы ).При отклонениях этих частот рабочая точка на амплитудно-частотнойхарактеристике фильтра 17 смещаетсяс вершины на боковые склоны и показания измерительного прибора 19 существенно меняются,т.е. повляется дополнительная частотная погрешность измерений. Цля снижения этой погрешности предусмотрен режим калибровки,который всегда предшествует режимуизмерений,В режиме Калибровка замыкаются контакты 21-23 и 22-25 переключателя 20 и вход 29 второго фьщьтра 27 подсоединяется к выходному зажиму 15, а вход 31 первого Фильтра 17сов,5 йфы) о - - Ц,соз(оо-оо 1 о 60Пусь, напримерю первый фр 17 для измерения составляющих обратной последовательности на частоту+ ю (см. уравнение(4. По уравнению (5) в выходном напряжении мо оказывается подключенным к выходу 30 нормирующего усилителя 28. Пусть, например, производится калибровка по прямой последовательности. При этом переключатель 2 порядка чередования Фаз ставится в положении прямого порядка и трехфазная система модулирующих напряжений на его выходе описывается системой (2). Напряжение на выходных зажимах мо- дуляторов 15 и 1 б описывается урав некием (4). Оно поступает на вход: 29 второго Фильтра 27. Этот фильтр настраивается на ту же частоту Р И , что и первый Фильтр 17 при измерении составляющих прямой последо вательности, Выходное синусоидальное напряжение второго фильтра 27 нормируется, т.е. приобретает стандартную, например, прямоугольную Форму в нормирующем усилителе 28, который, таким образом, может представлять собой, например, усилитель- ограничитель. При отклонении частоты Я - М от номинального значения на выходе 30 нормирующего усилителя 28 меняется только частота сигнала при сохранении неизменными его амплитуды и формы.Этот сигнал через замкнутые контакты 22-25 переключателя 20 поступает на вход 31 первого фильтра 17, т.е. на выходе этого Фильтра изменение напряжения выэывается только изменением частоты входного сигнала, т.е. частоты Я - Ииз енившееся значение напряжения 35 на входе первого фильтра 17 поступа-. ет на регулятор каЛибровки, который может представлять собой обычный масштабный усилитель .с .регулированием коэффициента усиления. Снижение.40 выходного напряжения фильтра 17 компенсируется ручной подстройкой регулятора 18 калибровки, в результате чего при отклонении частоты й - и показания измерительного прибора 19: 45 не меняются.Если калибровка производится по обратной последовательности, то переключатель 2 порядка чередования Фаз ставится в положение обратного 50 порядка и правые части второго и третьего уравнений (2) меняются местами. Тогда выходное напряжение на зажимах 15 и 16 приобретает видЦ :ХЦоООООЦООП(дФ оо цСОВА оооо Ф яЯ - цоо О ооо л опсо(355о;, с со 6(й+иК. - , Цсов(5 и-саН - Ц в5 о 7 яторов гармоника этой частоты имеет амплитуду01 о т5циональна амплитуде составляющей прямой последовательности Ц,о,Поэтому при данной калибровке даже при малых уровнях составляющей обратной последовательности в трехфазнбй сети в выходном напряжении (5) будет значительная амплитуда гармоники частоты (7 + Я . Это напряжение поступает, как и ранее, в режиме Калибровка, на вход 29 второго Фильтра 27, который в данном случае должен быть настроен на частоту Я + ИМожно предусмотреть отдельные фильтры, настроенные на частоты Я + ы и Я - И , переключение которых производится одновременно с переключателями 2 и 20, после нормирующего усилителя 28 сигнал неизменной формы и амплитуды поступает на первый фильтр 17 и затем на его уровень корректируется регулятором 18 калибровки.Если калибровка производится по нулевой последовательности, то переключатель 2 ставится в положение нулевого порядка.При этом на выходе переключателя 2 присутствует модулирующее напряжение только на одном выходе, например на том,.который подсоединен ко входу 3 модулятора б, связанного по входу 9 с фазой А трехфазной се-ти А, В, С, Тогда в (2) Ц= Цо: 0 и уравнение (4) при 5 = 1 приобретает видООо- Ооо 1 ыои%сО оооОоо.оЦ ооОоОо о 11 о(б)ф - 0,51 и ы 1+ - , Оосо 5 Ф й)(-соэя +П 1 Ц Пусть, например, первый фильтр 17 при измерении составляющих нулевой последовательности настраивается на частоту и (см. уравнение (4, Согласно уравнения (б) в выходном напряжении модуляторов гармоника этой частоты имеет амплитуду Т(Цоо, ф цв ф Цт )т. е. даже лри малйх уровнях составляющих. нулевой оо, и обратной 0 о последовательностей в трехфазной сети в выходном напряжении (б) за счет, будет значительная амплитуда гармоники частоты ИЭто напряжение также поступаетна указанную последовательную цепочку: второй фильтр 27, нормирующийусилитель 28, первый Фильтр 17, регулятор 18 калибровки, измерительный прибор 19. При этом производитсянеобходимая калибровка показанийприбора 19.1129563 7 Составитель В.СкоробогатоваРедактор Н,Киштулинец Техред Л.йикеш Корректор Л.Тяско Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Заказ 9445/36 филиал ППП ф Патент , г.ужгород, ул.Проектная,4 Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет режим калибровки и измерения и обеспечивает повышение точности измерений симметричных составляющих при отклонениях частоты Я трехфазной сети А, В, С и частоты 2 генератора модулирующих напряжений. Предлагаемое устройство имеет технические преимущества по сравнению с базовым объектом, в качестве которого может быть взятприбор Ф 4330, используемый для измерения несимметрии трехфазных промышленных сетей. Устройство обеспечивает измерение амплитуд прямой,нулевой и обратной последовательностей, т.е. получение более полнойинформации о характере и степени несимметрии в трехфазных сетях по сравнению с базовым объектом,