Устройство для определения коэффициента несимметрии трехфазного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0048 19) ЯЦ ЕНИ политехническийоникидзеВ.Скворцоветельство СССР29/16, 1989,етельство СССР9/16, 1978,нс ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ 21) 4872928/21(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕСИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в вычислительной и информационно-измерительной технике, для определения козффициента несимметрии трехфазного напряжения, Сущность изобретения: устройство содержит три входных фазных зажима А, В и С, четыре фильтра 1 - 3 и 6 низкой частоты, преобразователь 4 числа фаз, многофазный выпрямитель 5, усилитель 7, блок 8 измерения, блок 9 регистрации, блок 10 синхронизации, 5 з,п,ф-лы, 4 ил.1Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может использоваться для определения коэффициента несимметрии. трехфазного напряжения в электрических сетях, отличающихся широким диапазоном изменения частоты 1,от 5 до 80 Гц), в частности устройство может использоваться без дополнительной настройки в сетях с частотой 50 или 60 Гц, а также в автономных энергосистемах.Известно устройство для определения напряжения прямой и обратной последовательностей Я содержащее три блока преобразования переменного напряжения в постоянное, сумматоры и формирователи модуля,Недостатком этого устройства является большая его погрешность при больших значениях коэффициента несимметрии.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения симме 1- ричных составляющих прямой и обра 1 ной последовательностей системы многофазных напряжений 2), содержащее полюсовой частотно-избирательный фильтр, потенциометрический преобразователь числа фаз, многофазный выпрямитель, широкополосный усилитель мощности переменной составляющей выпрямленного напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню амплитудного значения, блок измерения постоянной составляющей выпрямленного напряжения, индикаторы напряжений прямой и обратной последовательностей.Недостатком прототипа является его невысокая точность при больших отклонениях частоты контролируемой сети. Обусловлено это тем, что полосовой частотно-избирательный фильтр и широкополосный усилитель мощности имеют максимальный коэффициент передачи только на резонансной частоте 50 Гц, При отклонении частоты сети от номинального значения коэффициента передачи фильтра и усилителя уменьшается, что и является причиной увеличения погрешности устройства.Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона напряжения контролируемой сети,Положительный эффект от использования изобретения заключается в более высокой точности определения коэффициента несимметрии, практически неизменной в диапазоне частот напряжения сети 5 - 80 Гц, что позволяет использовать устройство в автономных энергосистемах, а также в сетях с разными номинальными частотами, например 50 или 60 Гц. 5 30 20 25 30 35 4045 50 55 Указанная цель достигается тем, что В устройство для измерения симметричных составляющих прямой и обратной последо. вательностей системы многофазных напряжений, содержащее три входных фазных зажима, которые подключены к фазам А, В С контролируемой сети, преобразователь числа фаз, выходы которого соединены с входами многофазного выпрямителя. дополнительно введены четыре фильтра низкой частоты, усилитель, блок измерения. блок регистрации и блок синхро изации. причем входы преобразователя исла о;а подключены соответственно чере первыи, второй и третий фильтры ннзк 1 й ча - .Оты; фазным зажимам А, В, С, выход мно;разного Выпрямителя через последовательно соединенные четвертый фильтр низкой частоты и усилитель связан с инфоомационным входом блока измерения, информационн . выход хоторо 1 о соединен с информа 111 О:1- ным Входом блока регистрации, Од:,и из фазных Зажимов, например 1, соед 1,е 1 с первым входом блока синхрони",1 ВГОООИ ВХОД КС ГОРОГО ПОДКЛ 1 ОЕН КВО;", У, равляющему ьыходу блока изм рени:, второй управляющий Выход КО орого соединен с третьг 1 м Входом Опека синхро 1 изаци: ПЕРВЫЙ ВЫХОД КотОРОГО СОЭДИ. ВН С Г .ВЫ,Входом записи Олока регис 1 раци 11, 31 оро,; вход записи которого подключен к второму выходу блока синхронизации.Многофазньй выпрямитель содержит группу "идеальных диодов" отрицательной полярности, входы которых подключены входам многофазного -:ыпрямител 1, а В.1 хо. ды обьединены и с 1.:д.11 ень: . Входа вертора, выход которого через "идеаль 1-.л диод", положлельной полярности соединен с выходом многофазного Выпрямителя и с объединенными выходами группы "идеальных диодов" положительной полярности, входы которых подключены к входам многофаэного выпрямителя.блок измерения содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к входу блока измерения, а информационный выход соединен с первым входом числового компаратора и информационным входом регистра, выход которого соединен с вторым входом числового компаратора, выходы которого "Больше" и "Меньше"соединены соответственно с входами первого элемента И - НЕ, а также входами установки "нуля" и "единицы" триггера, выходы которых через третий и четвертый одновибраторы соединены с входами второго элемента И - НЕ, выход которого соединен с вторым управляющим выходом блока измерения и с инверсным входом пятоодно 17800485 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вибратора, выход которого соединен с входом установки "нуля" двоичного счетчика, выход которого соединен с информационным выходом блока измерения. а тактовый вход подключен к выходу первого элемента И-НЕ. связанному с инверсным входом шестого одновибратора, выход которого соединен с входом записи регистра и первым управляющим выходом блока измерения.Блок синхронизации содержит нуль-орган, выход которого подключен к первому входу блока синхронизации, а выход соединен с тактовым входом двоична-десятичного счетчика, выход старшего разряда которого соединен с тактовым входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока синхронизации и с тактовым входом второго триггера, прямо выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с инверсным входом второго однозибратора, инверсный выход которого соединен с входом установки "нуля" первого триггера, второй вход блока синхронизации соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, третий вход которого соединен с первым входом первого элемента И,Блок регистрации содержит элемент памяти, адресный вход которого подключен к информационному входу блока регистрации, связанному с информационным входом регистра, выход которого соединен с информационным входом индикатора, а вход записи подключен к первому входу записи блока регистрации, второй вход записи которого соединен с входом записи элемента памяти.Усилитель содержит сумматор, первый вход которого подключен к входу усилителя, выход которого подключен к выходу сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения,На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема "идеального диода" отрицательной полярности; на фиг.З - схема "идеального диода" положительной полярности; на фиг.4 - графики изменения напряжения на элементах схемы устройства.Схема устройства (фиг,1) содержит три входных фазных зажима А, В, С, которые соединены соответственно через первый 1, второй 2 и третий 3 фильтры низкой частоты (Ф Н Ч) с входами и реоб разо вателя 4 числа фаз, выходы которого через многофазный выпрямитель 5 соединены с входом четвертого ФНЧ 6, выход которого через усилитель 7 соединен с информационным входом блока 8 измерения, информационный выход которого соединен с информационным входом блока 9 регистрации, один из фазных зажимов, например С, соединен с первым входом блока 10 синхронизации, второй вход которого подключен к первому управляющему выходу блока 8 измерения, второй управляющий выход которого соединен с третьим входом блока 10 синхронизации. первый выход которого соединен с первым входом записи блока 9 регистрации, второй вход записи которого подключен к второму выходу блока 10 синхронизации,Многофазный выпрямитель 5 (фиг.1) содержит группу "идеальных диодов" 11 - 22 отрицательной полярности, входы которых подключены к входам многофазного выпрямителя 5, а выходы объединены и соединены с входом инвертора 23, выход которого через "идеальный диод" 24 положительной полярности соединен с выходом многофазного выпрямителя 5 и с объединенными выходами группы "идеальных диодов" 25-36 положительной полярности, входы которых подключены к входам многофазного выпрямителя 5,Блок 8 измерения (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 37, вход которого подключен к входу блока 8 измерения, а информационный выход соединен с первым входом числового компаратора 38 и информационным входом регистра 39, выход которого соединен с вторым входом числового компаратора 38, выходы которого "Больше" и "Меньше" соединены соответственно с входами первого 40 и второго 41 одновибраторов, инверсные выходы которых соединены соответственно с входами первого элемента И - НЕ 42, а также входами установки "нуля" и "единицы" триггера 43. выходы которого через третий 44 и четвертый 45 одновибраторы соединены с входами второго элемента И - НЕ 46, выход которого соединен с вторым управляющим выходом блока 8 измерения и с инверсным входом пятого одновибратора 47, выход которого соединен с входом установки "нуля" двоичного счетчика 48, выход которого соединен с информационным выходом блока 8 измерения, а тактовый вход подключен к выходу первого элемента И-НЕ 42, связанному с инверсным входом шестого одновибратора 49, выход которого соединен с входом записи регистра 39 и первым управляющим выходом блока 8 измерения.Блок 10 синхронизации (фиг.1) содержит нуль-орган 50, вход которого подключен к первому входу блока синхронизации, а выход соединен с тактовым входом двоично-десятичного счетчика 51, выход старшего разряда которого соединен с тактовым входом первого триггера 52, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 53, выход которого соединен с первым выходом блока синхронизации 10 и с тактовым входом второго триггера 54, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 55 и с инверсным входом второго одновибратора 56, инверсный выход которого соединен с входом установки "нуля" первого триггера 52, второй вход блока синхронизации 10 соединен с инверсным входом первого одновибратора 57, выход которого соединен с первым входом второго элемента И 55, выход которого соединен с вторым выходом блока 10 синхронизации, третий вход которого соединен с первым входом первого элемента И 53;Блок 9 регистрации (фиг,1) содержит элемент 58 памяти, адресный вход которого подключен к информационному входу блока 9 регистрации, связанному с информационнымм входом регистрации 59, выход которого соединен с информационным входом индикатора 60, з вход записи подключен к первому входу записи блока 9 регистрации, .второй .вход, записи которого соединен с входом записи элемента 58 памяти.Усилитель 7 фиг;1) содержит сумматор 61, первый вход которого подключен к входу усилителя 7, выход которого подключен к вьиоду сумматора 61, второй вход которого подключен к выходу источника 62 опорного напряжения,Схема преобразователя числа фаз 4 фиг.1) содержит сумматоры 63-71, выполненные на операционных усилителях.Схемы "идеальных диодов" отрицательной полярности 11-22 идентичны и каждая из них фиг.2) содержит соединенный неинвертирующим входом с входом "идеального диода", например 1, первый операционный усилитель 72, выход которого соединен с катодом первого диода 73, анод котороо соединен с выходом "идеального диода" 11 и е инвертирующим входом первого операционного уоилителя 72.Схеклы "идеальных диодов" полокитзльной полярности 24-36 идентичны и каждая из них фиг.З) содержит соединенный неинзертирующим входом с входсм "идеального диода", например 24, второй операц; онный усилитель 74; выход которого соединен с анодом второго диода 75, катод 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 которого соединен с выходом "идеального диода" 24 и с инвертирующим входом второго операционного усилителя 74.Устройство работает следующим образом.На входы А, В, С подаются фаэные напрякения контролируемой сети частотой, например И Гц, с вторичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора (на фиг.1 не показан), первичная и вторичная обмотки которого соединены в "звезду". С помощью ФНЧ 1-3, имеющих одинаковую частоту среза с 1 =90 Гц и невысокую до. бротностьиз входных фазных напр. женил исключаются составляющие высшихомоник,С помощью преобразователя числа фаэ 4 трехфазная система входных напряжений преобразуется в многофазную (в рассма 1 ри ваемом на фиг.1 в качестве примера устройства в 12-фазную). Для обеспечения одинаковых модулей векторов выходн.;: х напряжений преобразователя числа фаэ 4 коэффициенты передачи опередило ных усилите 1 ей 63-65 задаются равными 1, а апеоационных усилителей 66-71 - равными 1 ИЗ.Положительные полуьолны 2-фано, с напряжения преобразователя числа фаэ пропускаются в точку а на фход ЮНЧ 6; через группу "идеальных диодов" 25 - 36 положительной полярности. Отрицательные полуволны 12-фазного напряжения преобразователя числа фаэ 4 пропускаются в точку Ь через группу "идеальньх диодов" 11-2: отрицательной полярности, затем отрица тельное напряжение точки Ь инвертируется инвертором 23 и через "идеальный диод" 24 положительной полярности подается в точку а, В результате в точке а формируется напряжение по огибающим амплитудных значений напряжений преобразователя числа фаз 4 после их двухполупериодного выпрямления. При отсутствии несимметрии напряжения в контролируемой трезфазной сети напряжение О в точке а представляло бы собой прямую линию, пульсирующую с частотойЬ 1 = 2 хпхХс=2 х 12 х 50=1200 Гц,1), где - число фаэ нг выходе преобразователя числа фаз 4;= 650 Гц - частота контролируелой сети,Это напряжение пропускается через Ф Н Ч 6, име ощий частоту среза 1 с 2 = 1000ц, и полностью сглаженное подается на первый вход сумматсра 61, На второй вход сумматора 61 подается опорное напрякание 062 с выхода ис;о алка опорного на.ряже 1780048 1040 45 50 ния 62, которое задается равным (или ниже) минимально возможному значению амплитуды фазного напряжения сети,При появлении несимметрии напряжения сети выходное напряжение ФНЧ 6 начинает пульсировать с удвоенной частотой сети, т.е, с частотой 100 Гц (фиг.4), причем размах этих 100-герцевых пульсаций пропорционален коэффициенту несимметрии трехфазного напряжения.Выходное напряжение сумматора 61, используемого для повышения чувствительности устройства, подается на вход АЦП 37, В с .еме устройства используется АЦП 37 следящего типа, выходной код которого изменяется после изменения входного сигнала на ширину младшего значащего разряда Ь О. Например, в нулевой момент времени (фиг,4), соответствующий минимальному значению напряжения О 6, на выходе АЦП 37 был код 0011; в регистре 39 также в этот момент хранится код 0011. С течением времени напряжение О 6 нарастает. после изменения этого напряжения нв ширину младшего значащего разряда Ь О код на выходе АЦП 37 увеличивается на единицу и становится равным 0100, При такой ситуации оказывается, что код числа на первом входе числового компаратора 38 становится больше кода числа на втором входе числового компаратора 38. При этом на вьходе "Больше" числового компаратора 38 появляется единичное напряжение, запускающее одновибратор 40, на выходе которого появляется отрицательный импулЬс напряжения(т.е. провал напряженияотединичного уровня до нуля), Этот отрицательный импульс напряжения преобразуется элементом И - НЕ 42 в единичный импульс напряжения, который своим задним фронтом выполняет две операции: 1) увеличивает на единицу содержимое счетчика 48, которое становится равным 0001; 2) запускает одно- вибратор 49, который своим выходным импульсом вписывает в регистр 39 код 0100, коды на первом и втором входе числового компаратора 38 выравниваются, и напряжение на выходе "Больше" становится равным нулю. Задним фронтом выходного импульса одновибратора 49 запускается одновибратор 57, выходной импульс которого прикладывается к первому входу элемента И 55, Учитывая, что к второму входу элемента И 55 приложено нулевое напряжение с выхода триггера 54, никаких других изменений в схеме. устройства не происходит. При дальнейшем нарастании напряжения О 6 и увеличении его еще на Ь О происходит аналогичная операция; код 5 10 15 20 25 30 35 АЦП 37 становится равным 0101 - срабатывают числовой компаратор 38 и одновибратор 40 - на единицу увеличивается содержимое счетчика 48, оно становится равным 0010 - выравниваются коды на входах числового компаратора 38 и т.д. При переходе напряжения О 6 через экстремум в счетчике 48 накапливается содержимое, пропорциональное размаху между максимальным и минимальным значениями. При достаточном снижении напряжения 06 после прохождения экстремума код на выходе АЦП 37 становится меньше кода на выходе регистра 39 - в резул ьтате появляется единичное напряжение на выходе "Меньше" числового компаратора 38, которое запускает одновибратор 41, Выходной отрицательный импульс одновибратора 41 опрокидывает триггер 43 из нулевого состояния в единичное, при этом запускается одновибратор 44, выходной отрицательный импульс которого преобразуется элементом И-НЕ 46 в единичный. Задним фронтом выходной импульс элемента И-НЕ 46 запускает одновибратор 47, который своим выходным импульсов обнуляет счетчик 48. После обнуления счетчик 48 снова начинает заполняться, измеряя значение очередного размаха напряжения О 5, пропорционального коэффициенту несимметрии.Содержимое блока 58 и регистра 59 изменяется в моменты выборки коэффициента несимметрии через 1 с.Выборка осуществляется следующим образом,Нуль-органом 50 синусоидальное напряжение сети преобразуется в прямоугольное напряжение частотой 50 Гц. Это напряжение поступает на вход двоично-десятичного счетчика 51, имеющего емкость 50. Один раз в 1 с на выходе счетчика 51 появляется отрицательный перепед напряжения, переводящий триггер 52 в единичное состояние. Единичное напряжение с прямого выхода триггера 52 прикладывается к второму входу элемента, И 53, При прохождении напряжением 06 очередного экстремума на выходе элемента И-НЕ 46 появляется единичнь 1 й импульс, который проходит через элемент И 53 и выполняет две операции: 1) переводит триггер 54 в единичное состояние, выходное напряжение которого прикладывается к второму входу элемента И 55; 2) вписывает; в регистр 59 содержимое счетчика 48, которое пропорциоНально коэффициенту несимметрии. Содержимое регистра 59 отображается на цифровом индикаторе 60, По окончании импульса на выходе элемента И 53 содержимое счетчика 48 обнуляется, По 1780048 12;.0 следующее изменение напряжения 06 приводит к последовательному изменению кода на выходе счетчика 48: 0001, 0010, 0011 и т,д, Причем после установления каждого нового кода с некоторой задержкой (равной длительности выходного импульса одновибратора 49) выполняется последовательное увеличение на единицу содержимого каналов элемента памяти 58 с адресами 0001, 0010, 0011 и т.д, Управление записью информации и элементе памяти 58 выполняется импульсом одновибратора 57, проходящим через элемент И 55 на вход записи элемента памяти 58,При наступлении очередного экстремума напряжения Об на выходе элемента И 53 вновь появляется импульс, который своим задним фронтом переводит триггер 54 в нулевое состояние. Спадая, выходное напряжение триггера 54 запускает одновибратор 56, который своим импульсом возвращает в нулевое состояние триггер 52. В результа до следующей выборки через 1 с тригге 1,:, 52 и 54 блокируют нулевым напряжением своих выходов элементы И 53 и 55 для про хождения через них управляющих импуль- СОВ,По окончании времени статанализа, ко. торае может составлять 1 ч, смену, сутки и т.д,) по содержимому элемента 58 памяти строится функция распределения коэффициента несимметрии трехфазного напряжения. Формула изобретения 1, Устройство для определения коэффициента несимметрии трехфазного напряжения, содержащее три Входных фазных зажима, которые подключены к фазам А, В, С контролируемой сети, преобразователь числа фаз, выходы которого соединены с входами многофазного выпрямителя, о тл и ч а .о щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона напряжения контролируемой сети, в него дополнительно введены четыре фильтра низкой частоты, усилитель, блок измерения, блок регистрации и блок синхронизации, причем входы преобразователя числа фаз подклочены соответственно через первый, второй и третий фильтры низкой частоты к фазным зажимам А, В. С выход многофазного выпрямителя .ерез последовательно соединенные чет вертый фильтр низкой частоты и усилитель связан с информационным входом блока измерения, информационный выход которого соединен с одноименным входом блока регистрации, один из фазных зажимов соединен с первым входом блока синхрони 1,1 35 40 45 50 Ф С зации, второй вход которого подключен к первому управляющему выходу блока измерения, второй управляющий выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с пеовым входом записи блока Оегистрации, второй вход записи которого подключен к второму выходу блока синхронизации.2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что многофазный выпрямитель содержит группу "идеальных" диодов отрицательной полярности, группу "идеальных" диодов положительной полярног и, после довательно соединенные инвертс; и идеальный" диод положительной пот,:ности выход которого соединен с выходом чогофазного выпрямителя и с обьединенными выходами группы "идеальных" диодов положительной полярности, входы которой подключены к входам многофазного выпрямител; и входам руппы "идеальны;дио. дов отоицательной полярности, в=:ходь: которой обьединены и подключены к: - .Ход;. инвертооа,3,:стрсиство по п,1, о т л и -: э о ц е ес я тем, то блок измерения содержит аналого-цифровой преобразователь, числово. КОМПаратоо., ОЕГИСтр, ШЕСТ ь ОДНОВИато. Оов, триггео, Два элемента И - НЕ и Двоичный счетчик, выход которого соединен с информационным выходом блока измерения, а тактоВый ВхОд и ВхОд установки нуля - соответственно с выходом первого элемента И - НЕ и выходом пятого одновибратора, инверсный вход которого соединен с выходом второго элемента И - НЕ и вторым управляющим выходом блока измерения. инверсные въходы третьего и четвертого инверторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента И - НЕ, а входы - соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, вход установки нуля которого соединен с инверсным выходом первого одновибратора и первым входом первого элемента И - НЕ, а вход установки единицы - с инверсным выходом второго одновибратора и вторым входом первого элемента И-НЕ, входы первого и второго одновибраторов соединены соответственно с выходами "Больше и "Меньше" числового компаратора, первый вход которого подключен к информационному выходу аналога-цифрового преобразователя непосредственно, а второй - через регистр, вход записи которого соединен с первым управляощим выходом блока измерения и выходом шестого одновибратора. инверсный вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, Вхо, - анало14 13 1780048 на, а третий вход - к первому входу первогоэлемента И. ИИ оставитель Л. Стройковаехред М,Моргентал Корректор С. Лисин актор В. Трубчен Заказ 4435 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 го-цифрового преобразователя является входом блока измерения,4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок синхронизации содержит последовательно соединенные нуль-орган, двоично-десятичный счетчик, первый триггер и первый элемент И, два одновибратора, второй триггер и второй элемент И, выход которого является вторым выходом блока синхронизации, первый выход которого подключен к выходу первого элемента И и входу второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и инверсным входом второго од,овибратора, инверсный выход которого соединен с вхоцом установки нуля первого триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого одновибратора, инверсный вход которого является вторым входом блока синхронизации, первый вход которого подключен к входу нуль-орга 5. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е 5 с я тем, что блок регистрации содержит элемент памяти и последовательно соединенные регистр и индикатор, причем первый ивторой входы записи блока регистрации соединены с одноименными входами соот 10 ветственно регистра и элемента памяти,информационный вход блока регистрацииподключен к адресному входу элементапамяти и информационному входу регистра,15 6, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что усилитель содержит источникопорного напряжения и сумматор, первыйвход которого подключен к входу усилителя,второй вход - к выходу источника опорного20 напряжения, а выход - является выходомусилителя.