Устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 765760(22) Заявлено 25.09.78 (21) 2666345/18.21с присоединением заявки РЙ -(53)М. Кд,6 01 Я 29/16 Гооудвротввииый комитет СССР по делам изооретеиий и открытий(2) Автор изобретения О, Л. Карасинский Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИММЕТРИЧНЫХСОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙСЕТИ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих основной частоты и гармоник напряжений трехфаэной сети.Известно устройство для измерения симметричных составляющих прямой и обратной после-довательностей системы трехфазных напряжений, которое содержит фильтр боковой частоты, преобразователь трехфазной системы напряжений в п 1-фаэную, двухполупериодные выпрямители, частотно избирательный фильтр, вольтметр 11, 1 О Это устройство позволяет измерять симметрич. ные составляющие гармоник напряжений трех. фазной сети. Оцнако применение громоздких и сложных в изготовлении многофазных трансформаторов, необходимость подбора диодов по идентичным вольтамперным характеристикам, а также применение селективных фильтров, на. строенных на различные гармоники напряжения, понижает точность определения симметричных составляющих напряжений.Известно также устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфаэной системы напряжений, которое содержит генератор модулирующих напряжений, три одинаковых кольцевых модулятора, входы которых присоединены к фазовым проводам трехфазной системы и к генератору модулирующих напряжений, индикатор 21. К погрешностям этого устройства относится трудность получения трехфаэной системы модулирующих напряжений, имеющих постоянный фазовый сдвиг, равный 2 л/3, наличие двух перестраиваемых фазосдвигающих це. пей, которые затрудняют настройку устройства по максимальному показанию индикатора, не. достаточно высокая точность измерения,Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей.Достигается это тем, что в устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети, содержащее генератор, блок сдвига фазы и индикатор введены блок суммирования напряжений, пеоеключатель, блок умножения, дешифратор на восемь входов, счетчик, состоящий из двух последовательно соединенных триггеров, умножитель частоты, лре. образователь кода в число импульсов, делитель напряжений, два фильтра низких частот, дваз 76576 элемента И и пять управляемых ключей, при. чем входные шины через блок суммирования напряжений и переключатель подключены к входам первого, второго и третьего ключей, управляющие входы которых подключены к выходам дешифратора, а выходы ключей объеди. иены и подключены к входу блока умножения, к двум установочным входам которого подключены выходы элементов И, к управляющему входу - выход преобразователя кода в число импульсов, к управляющему входу которого подключен задатчик номера гармоники, одна иэ входных шин через умножитель частоты под.фключена к входу преобразователя кода в число импульсов, и к первому входу блока сдвига фазы, второй вход которого через первый фильтр низкой частоты и четвертый управляемый ключ, а третий вход через делитель напряжения, второй фильтр низкой частоты и пятый управ. ляемый ключ подключены к выходу блока умножения, выход блока сдвига фаз подключен к первым входам элементов И и к входу пер. вого триггера счетчика, выходы первого триггера счетчика подключены к нечетным входам дешифратора и к вторым входам элементов И, выходы второго триггера подключены к четным входам дешифратора и к управляющим входам четвертого и пятого ключей, а выход второго фильтра низкой частоты подключен к ипдикато- РУ30При этом блок умножения содержит распре. делительное устройство, ключи, взвешивающие резисторы и операционный усилитель с резистором обратной связи, причем входы распределительного устройства подключены к установочным и управляющему входам блока умножения, а его выходы через ключи и взвешивающие резисторы подключены к входу операционного усилителя, выход которого является выходом блока умножения, а дешифратор выполнен в виде четырех элементов И и элемента ИЛИ, причем выходы двух элементов И подключены к выходу дешифратора непосредственно, а выходы двух других элементов через элемент ИЛИ.На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети.Входные шины А, В, С через блок 1 сумми. рования напряжений, переключатель 2, ключи 3,50 4, 5 соединены с блоком 6 умножения. Одна из входных шин через умножитель частоты 7 подключена к первому входу блока 8 сдвига фазы импульсов. Выход умножителя частоты через преобразователь 9 кода в число импуль 55 сов, к управляющим входам которого присо. единен задатчик 10 номера гармоники, подключен к управляющему входу блока умножения. Выход блока умножения через ключи 11, 12 0 41 соединен с фильтрами 13, 14 низких частот,Выход фильтра 13 присоединен к второму входублока сдвига фазы, а выход фильтра 14 -к индикатору 15, а через делитель 16 напряжения - к третьему входу блока сдвига фазы,выход которого подключен к счетчику 17, который состоит из триггеров 18, 19, и к первымвходам элементов И 20 и 21. Вторые входыэлементов И 20 и 21 присоединены к триггеру18, а их выходы - к установочным входамблока умножения, Выходы триггера 19 подклю.чены к управляющим входам ключей 11 и 12.Выходы счетчика через дешифратор 22 соединеныс управляющими входами ключей 3, 4 и 5. Блок умножения содержит распределительное устройство 23, установочные входы которого подключены к элементам И 20 и 21, а управля. ющий вход - к преобразователю кода в число импульсов, ключи 24, управляющие входы которых соединены с выходами распределительного устройства, взвешивающие резисторы 25, которые подключены к входу операционного усилителя 26, охваченного обратной связью через резистор 27. Взвешивающие резисторы 25 через ключи 24 присоединены к выходам ключей 3, 4 и 5.Дешифратор 22 содержит элементы И 28 - 3, входы которых соединены с выходами счетчика 17, иэлемент ИЛИ 32. При этом выходы элементов И 28 и 29 объединены через элемент ИЛИ 32 и подключены к управляющему входу ключа 3, а выходы элементов 30 и 31 - к управляющим входам ключей 4 и 5.Один цикл работы устройства соответствует четырем периодам напряжения сети.Блок 1 суммирования напряжений содержит измерительные трансформаторы, первичные обмотки которых подключены к входным ши. нам, а вторичные обмотки соединены таким образом, чтобы на выходах 33 - 36 блока 1 напряжения были соответственно авные р 0 = (ОА + О+ Ос) 1 Ц (О, О -О) О =-(О - О )о= - (о - о )ур с где ОА, О, Ос - фаэные напряжения трехфаэной сети.Левое по схеме положение переключателя 2 соответствует режиму измерения напряжения нулевой последовательности 00, при этом на. пряжение О, подается на вход ключа 5, а входы ключей 4 и 3 подключаются к общей шине,Среднее по схеме положение переключателя 2 соответствует режиму измерения напряжения прямой последовательности О при этом на вход ключа 5 подается напряжение О на вход1Я= пос 17 (у).Я = гпос 1 в(2 + 1 су).уп Тогда средние значения напряжений за перииод лри определении О, 05, соответственно равны(2) (3) ь 1О5 У 17ц а 1 Ц 5 Т где п = 2 пт 55число выборок за периоднапряжения сетиэа период Т;время на которое замыкает,ся ключ 24; ключа 4 - напряжение Оз, на вход ключа 3 напряжение 04.Правое по схеме положение переключателя 2 соответствует режиму измерения напряжения обратной последовательности О.при этом на вход ключа 5 подается напряжение О на вход ключа 4 - напряжение 04, на вход клю. ча 3 - напряжение Оз.Номер гармоники исследуемой симметричной составляющей напряжения устанавливается 1 О на задатчике 10.Распределительное устройство 23 имеет 2 устойчивых состояний, причем каждому состоянию Я соответствует подключение определенного взвешивающего резистора. Естественной 15 смене состояний распределительного устройства 23 соответствует последовательное во време-4 ни подключение взвешивающих резисторов 25 через ключи 24 к выходу одного из управляемых ключей 3, 4 и 5, необходимое для умножения напряжения О, в точке 37 на входе коммутируюших ключей 24 на синусоиду, период которойравен периоду напряжения сети, При этом опре. деляется синусная ортогональная составляющая первои гармоники О напряжения О т.е, со 25 стоянию Я распределительного устройства 23 соответствует подключение резистора, сопротивлениекоторого равно /Но/а 1 п( , 5)/ к шине +О если 0 ( Я ( 2 или к шине - О,если2 Щ 2 ,4 Я2 напряжение - О, получается ЗО ин ертированием входного напряжения ключей 24).Очевидно, для того, чтобы среднее значецие выходного напряжения усилителя 26 за пе 1 риод было пропорционально синусной О или З 5якосицусной Оа ортогональным составляющим у.ой гармоники напряжения О, в точке 37, М-ая выборка этого напряжения должна умножаться на з 1 п ( 1 су) или соя( - Му), т.е.Ы 21 тИ производиться при состоянии Я 1, распределитель ного устройства 23 соответственноЯо - сопротивление резистора 27;т0- , к/ - мгновенное значение напряжения О, в момент 1 с-ой выборки.Импульсы с выхода умножителя частоты 7, период которых равен Т/и, поступают на первый вход блока 8 сдвига фазы импульсов. Выходной импульс блока 8 совпадает с одним из выходов импульсов умножителя частоты 7 и сдвинут по фазе относительно входного напряжения умножи. теля частоты 7.В зависимости от соотношения напряжений на втором и третьем входах блока 8, угол сдвига фазы выходного импульса блока 8 относительно входного напряжения умножителя частоты 7 будет увеличиваться, еслид 7(5) нли уменьшаться, еслиО,КОгде О, - нап яжение на выходе ильт а(6) р ф13;07 - напряжение на выходе фильтра14;К- коэффициент передачи делителя16 напряжения,Если выполняется соотношение06КД 077 (7)то фаза выходного импульса блока 8 не изменяется,Импульс с выхода блока 8 поступает на счетный вход счетчика 17 и элементы И 20, 21.Этот импульс пройдет на первом и третьем пе.риодах цикла работы устройства через элементИ 20 ц установит распределительное устройство23 в начальное состояние Яо = С, а на второми четвертом периодах - через элемент И 21 иустановит распределительное устройство 23 вначальное состояние Яоп 3" 2Импульсы с выхода умножителя частоты 7поступают на преобразователь 9 кода в числоимпульсов. На выходе преобразователя 9 послекаждого входного импульса формируется пачкаимпульсов, число импульсов в которой равнокоду, установленному в задатчике 10 номерагармоники. Эта пачка импульсов поступает науправляющий вход распределительного устройства 23,Начало периода Т отсчитывается от выход.ного импульса блока 8. После М.го от началапериода Т импульса умножителя частоты 7 состояние Як распределительного устройства 23будет описываться формулой (2) на первоми третьем периодах цикла работы устройстваили формулой (3) - на втором и четвертомпериодах.Выходы триггеров 18 и 19 подключены че.рез дешифратор 22 к управляющим входамключей 3, 4 и 5, а выходы триггера 19 еще7 765760 8и, к ключам 11 и 12, В дешифраторе 22 эле. ключа 3, на втором периоде - косинусная со. мента И 28 открывается на первом периоде ставляющая на входе ключа 4, на третьем пецикла работы устройства, элемент И 29 - на риоде - синусная составляющая на входе клю четвертом, элемент И 30 - на втором, элемент ча 5, на четвертом периоде - косинусная со. И 31 - на третьем, Выходы элементов И 28 ставляющая на входе ключа 3, Соответственно5 .и 29 объединены через элемент ИЛИ 32, по- на фильтре 14 выделяется напряжение пропор. этому ключ 3 открыт на первом и четвертом циональное сумме синусной составляющей на периодах цикла работы устройства, ключ 4 - входе ключа 3 и косинусной составляющей на на втором, ключ 5 - на третьем, ключ 11 - входе ключа 4, а на фильтре 13 - сумма сина третьем и четвертом, ключ 12 - на первом 1 О нусной составляющей на входе ключа 5 и кои втором. синусной составляющей на входе ключа 3.На первом периоде цикла работы устройства Комплексные значения симметричных состав. определяется синусная ортогональная составля- ляющих напряжений 7-ой гармоники трехфазной ющая 7-ой гармоники напряжения на входе сети равны)О,=О, 04евой, прямой,фазных напряж апряжении н овательности соответственно обратной послед ний трехфазнойРазделяя выра и мнимые части ети.ения (8)получим деиствительные"оу"дуф где О),Оу, Озу, 04 - синусные,ц ц АО О Оэ, 04, - косинусные ортого.нальные составляющие 7-ой гармоники напряжения на выходе блока 1.Таким образом, на фильтрах 14 и 13 является синусная и косинусная ортогональные со.ставляющие напряжений нулевой, прямой и обратной последовательности,Так как блок 8 сдвига фазы импульсов ре.агирует на соотношение между напряжениями06 и Ов соответствии с формулами (5),(6), (7), то фаза выходного импульса блока 85будет изменяться до тех пор, пока не выпол.нится условие (7).Учитывая, что О, = Асоар, 06 = Аа(пр,где А - амплитуда, д - начальная фаза отно.сительно начала периода Т симметричной составляющей 7-ой гармоники напряжения, то прималых, значениях ц), когда выполняется условие (7)О, ьАр, О,=д, (11)При этом на вход индикатора 15 поступа.ет напряжение О, равное амплитуде синуснойсоставляющей 7-ой гармоники нулевой, прямойили обратной последовательности, в зависимости от положения переключателя 2,-,(цч,-2 ц.)9 765760Погрешность определения амплитуды А по выражению (11) является мультипликативной и зависит от коэффициента умножения частоты и умножителя частоты 7. Погрешность не превосходит 1% при Ф ( 0,14 рада 8, и не превосходит 0,1% при у ( 0,04 радй 2,5. Соответственно необходимо выбрать коэффициент умножения частоты в первом случае и ) 45, а во втором и , 144, Такие погрешности в большинстве случаев являются вполне 10 допустимыми.В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом точность повышена в 3 - 5 раз и расширены функциональные возможности, так как это устройство позволяет измерять все сим метричные составляющие как основной частоты, так и высших гармоник напряжений трехфазяой сети. 20Формула изобретения 1. Устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети, содержащее генератор, блок сдвига фазы и инди катор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения фун. кциональных возможностей, в него введены блок суммирования напряжений, переключатель, блок умножения, дешифратор на восемь вхо- з 0 дов, счетчик, состоящий из двух последовательно соединенных триггеров, умножитель частоты, преобразователь кода в число импульсов, делитель напряжений, два фильтра низких частот, два элемента И и пять управляемых ключей, причем входные шины через блок суммирования напряжений и переключатель подключены к входам первого, второго и третьего ключей, управляющие входы которых подключены к выходам дешифратора, а выходы ключей объ единены.и подключены к входу блока умножения, к двум установочным входам которого подключены выходы элементов И, а к управляющему входу - выход преобразователя кода в число импульсов, к управляющему входу которого подключен задатчик номера гармоники, одна иэ входных шин через умножитель частоты подключена к входу преобразователя кода в число импульсов и к первому входу блока сдвига фазы, второй вход которого че. рез первый фильтр низкой частоты и четвертый управляемый ключ, а третий вход через дели. тель напряжения, второй фильтр низкой частоты и пятый управляемый ключ подключены к выходу блока умножения, выход блока сдвига фаз подключен к первым входам элементов И и к входу первого триггера счетчика, выходы первого триггера счетчика подключены к нечетным входам децщфратора и к вторым входам . элементов И, выходы второго триггера подключены к четным входам дешифратора и к управляющим входам четвертого и пятого ключей, а выход второго фильтра низкой частоты подключен к индикатору.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что блок умножения содержит распределительное устройство, ключи, взвешива.ющие резисторы и операционный усилитель с резистором обратной связи, причем входы распределительного устройства подключены к установочным и управляющему входам блока умножения, а его выходы через ключи и взвешивающие резисторы подключены к входу опе. рационного усилителя, выход которого является выходом блока умножения.3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что дешифратор выполнен в виде четырех элементов И и элемента ИЛИ, причем выходы двух элементов И подключены к выхо. ду дешифратора непосредственно, а выходы двух друтих элементов через элемент ИЛИ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 473126,кл, 6 01 В 29/04, 29.06,73.2, Авторское свидетельство СССР М 375592,кл, (3 01 В 29/16, 15.05.70,765760 Составитель В. Дубк Техред С. Мигунова Корректор И. Муска ктор Е, Гонча аказ 6502 одписное иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 1019 НИИПИ Государственного ко по делам изобретений и отк 3035, Москва, Ж, Раушск тета ССгтий наб д