Измеритель параметров электрическойэнергии трехфазной сети

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1813263(22) Заявлено 2102.79 (21) 2721452/18-21с присоединением заявки Мо(5)М. Кл.з 6 01 К 19/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХфАЗНОЙ СЕТИИзобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано для измерения симметричных составляющих напряженийили токов трехфаэной сети, а такжепри построении информационно-измерительных систем для контроля параметров качества электрической энергии.Известно устройство для измеренияамплитудно-фаэовой несимметрии трехфазной системы напряжений, содержащее генератор модулирующих напряжений, три одинаковых кольцевых модулятора, входы которых присоединены к фаэовым проводам трехфаэной системы и 15к генератору модулирующих напряжений,и индикатор 11,К недостаткам этого устройства относятся наличие двух перестраиваемыхфаэосдвигающих цепей и предварительная настройка устройства по максимальному показанию индикатора, приэтом изменение характера несимметрии трехфазной системы напряжений вызывает расстройку фазосдвигающих цепей, т.е. для этого. устройства характерны низкая точность и малоебыстродействие.Известно устройство для определения ортогональных составляющих напря жений нулевой прямой и обратной последовательностей напряжений трехфаэной сети, содержащее блоки умножения, квадратурный фаэорасщепитель, сумматоры, сглаживающие фильтры и селективный фильтр 2 .Недостатки этого устройства - сравнительно малое быстродействие, обусловленное наличием сглаживающих и селектявного Фильтров, и необходимость применения дополнительного функционального преобразователя для выделения модулей напряжений симметричных составляющих,что ограничивает область применения этого устройства.Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети, содержащий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеиэвлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управ"ления, выход преобразователя напряжение-код подключен к.первым входам :первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с первым и вторым входами первого за 813263поминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения под- ключенЫ к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключенк выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройство соединен с входамипервого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков усгройства 3.Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности, обусловленной влиянием неинформативных параметров на результаты измерения. Особенно зто сказывается при измерении несимметрии и смещения нейтрали, которые определяются по напряжениям обратной и нулевой последовательностей, так как в реальных электрических сетях напряжения обратной инулевой последовательностей в 10 - 100 раз меньше, чем напряжение прямой последовательности.Цель изобретения - повышение точ= ности и расширение амплйтудного диапазона.Поставленная цель достигается тем,что в измеритель параметров, содержащий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеувлекающее устройство,преобразователь напряжение-код и блок управления, выход преобразователя напряжение-код подключен к первым входам первого и второго блОков уьЬожения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами первого эапоииваащего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему .устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу гретьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключенык соответствующим управляющим входамвсех блоков устройства, введены ключ,делители напряжения, резистор, последовательно соединенные блок деленИя,функциональный преобразователь, регистр и источник опорного напряжения,первый, второй и третий выходы которого подключены к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров,вторые входы которых через соответствующие делители напряжения подключены к входным шинам устройства, выходкоммутатора через ключ и резистор соединен с общей шиной устройства, апервый, второй и третий входы - с выходами пятого, шестого и седьмогосумматоров, управляющие входы всехвведенных блоков соединены с соот 20 ветствующими выходами блока управления,На фиг. 1 представлена блок-схемаизмерителя; на фиг. 2 - временныедиаграммы его работы.Входные шины А, В, С через делители 1,2 и 3 напряжения, сумматоры4, 5 и б аналогового суммирования,коммутатор 7 подключены к преобразователю 8 напряжение-код. Первые входы блоков 9 и 10 умножения присоединены к выходам преобразователя 8,вторые входы - к выходам запоминающего устройства 11, .а выходы черезсумматоры 12 и 13 - к входам запоминающего устройства 14. Первые входы блока 15 умножения соедннены свыходами запоминающего устройства 14,вторые входы - с выходами запоминающего устройства 16, а выходы черезсумматор 17, квадратор 18, сумматор40 19 и корнеизвлекающее устройство 20 -к регистрирующим устройствам 21, 22и 23, Выходы .сумматора 17 через блок24 деления, Функциональный преобразователь 25 и регистр 26 подключенык первым управляющим входам источника 27 опорного трехфазного напряжения прямой последовательности, выходы которого соединены с вторымивходами сумматоров 4, 5 и б. Шина Ачерез умножитель 28 частоты подключена к управляющим входам преобразователя 8, блока 29 управления ик второму управляющему входу источника 27.Вход преобразователя 8 через ключ 30и шунтирующий резистор 31 соединенс общей шиной.Рассмотрим работу предлагаемогоустройства,Входные напряжения Од(й), 05(с)и О(с) фиг. 2,а,б,в соответственно 76 О поступают иа входы коммутатора 7.Напряжение 0,(с) поступает также навход умножителя 28 частоты, и на еговыходе формируются импульсы (фиг.2,г),период каторых равен Тю /и, где Тх -65 период напряжений сети, о - коэффи(3) б 5 циент умножения частоты (на Фиг, 2условно принято и6) После при-,хода сигнала "Пуск" на вход блока29 он начинает вырабатывать сигналы,временные диаграммы которых .показанына фиг, 2,к-ш. Работа блока 29 синхрониэируется импульсами с выходаумножителя 28 частоты и жестко связана с периодом Т напряжения О (с)(на фиг. 2 периоды О (с) условно показаны точкими вертикальными линиями связи), причем начало периодов отсчитывается от момента прихода сиг-нала "Пуск" на вход блока 29.На первом этапе работы устройства,который длится на 4 периода напряженияО.(с) (примерно 80 мс), определяется начальная фаза опорного напряжения источника 27, При этом на выходеблока 29 (фиг. 2,к) низкий потенциал(логический "0") замыкает ключ 30.При замкнутом ключе ЗО вход преобразователя 8 шунтируется резистором 31,величина которого выбирается такой,чтобы максимальные значения .входныхнапряжений не вызывали переполненияпреобразователя 8.На первом периоде сигналы с выходов блока 29 подключают ко входу преобразователя 8 напряжение Од(с), навтором периоде - напряжение Ой,на третьем периоде - напряжение Ос(с)(фиг, 2,л,м,н соответственно), Видвходного напряжения преобразователя8 представлен на фиг. 2,е. В началекаждого периода не Формируется импульс (фиг. 2,о), который устанавливает сумматоры 12 и 13 в состояние"нуль". В моменты времени с = - 1Тх,иимпульсы с выхода умножителя 28 час-.тоты (Фиг. 2,г) запускают преобразователь 8 (кодируемые мгновенные значения напряжений отмечены точкамина фиг. 2,е).,Одновременно на выходых блока 29 Формируются импульсы,выбирающие константы, причем моментувремени с соответств)ет выбор кон 2 У 2 Устант ьи - и со - , которые постуи ипают на входы блоков 9 и 10 умножения соответственно, на другие входыкоторых поступает выходной код преобразователя 8, Эти коды перемножаются в блоках 9 и 10 и суммируются а содержанием сумматоров 12 и 13,В конце первого периода на выходахсумматоров 12 и 13 коды равны и . 2 Ясд = 2; О 4(. )ии и 217Ьд = Е Од(й)соз -1-1 В начале второго периода сумматоры 12 и 13 устанавливаются в состоя ние "нуль". Затем весь цикл работы устройств повторяется. В конце второго периода на выходе сумматоров 12 и 13 коды равныи, 2 Усв Я О (с)5 и -и 5ЬО 8(с )с 052 Ти Величины с,с и сс можно интерпретировать как синусные, а Ьд, Ьи Ь - как косинусные ортогоиальныесоставляющие первой гармоники напряжений Од(с), О 8(с) и О (с) трехфаэной сети.В конце третьего периода формируется импульс, который устанавливаетсумматор 17 в состояние "нуль".На четвертом периоде осуществляется вычисление значения начальнойфазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети, которое заносится в источник 27, В блоке 29 фор"мируются управляющие сигналы, по которым из запоминающего устройства 14 25 выбираются коды ортогональных составляющих сд, сз, сс, ЬВ и Ьс а иззапоминающего устройства 16 - константы +1/3, -1/б, - 1/б - 1/3/би Т 3/б. Эти коды перемножаются в бло ке 15 умножения и суммируются с содержимым сумматора 17. Выходной кодсумматора 17, равный4 Тс с с с Ь р +(Фиг. 2,у), заносится в блок 24 деления. Затем импульс опять устанав-.4 ливает сумматор 17 в состояние "нуль,"Далее выбираются коды Ьд, ЬЗ, Ьсс ь и сс и константы +1/б, -1/б,-1/6, + МЗ/6 и - )У/6,которые перемножаются и суммируются с содержи мым сумматора 17. КодОЬ= - Ь" - Ь- - Ь+(Фиг. 2,ф) заносится в блок 24 деления, при этом также выполняется деление Ь+ на с+. Частное от деленияЬ+ на с поступает на вход функцио нального преобразователя 25, где вычисляется код угла начального сдвигафазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети У.= агсФ 9813263 Начало второго этапа соответствует началу пятого периода напряжения О 4(с). При этом сигнал принимает значение логической "1", и ключ 30 размыкается. Напряжения Оои.аОои,ьОои.с имеют форму "ступенчатой синусоиды". В момент времени с эти напряжения равны10 Оои.а(с) = Мои ь 1 и ( - (1 + 5+),г 2 Х и ои 1 оп п + 35 2 Г 2 У ООи,С(С 1 ) =1 ои. ь 1 и С - (+ 5+ )+ ьООтК 4. Ь Ь + Величина Оочисленно равна отклонению напряжения трехфазной сети и заносится в регистрирующее устройство 21Аналогичная последовательность управляющих импульсов (Фиг. 2,с-ш) поб 5 зволяет несимметрию напряжений трехкоторый заносится в регистр 26(Фиг. 2,х). На этом первый этап работы устрЯства заканчивается. Суммы напряжений Оа (с) и Оопа(с), Ое(с) и Оопп(с), О,(с) и О(с) с выходов сумматоров 4, 5 и 6 через коммутатор 7 поступают на вход преобразователя 8, Так как преобразовываются в код только мгновенные значения напряжений в моменты времени с,ступенчатая Форма напряжений О а, О оп в, О,и не влияет на результаты преобразований. Поэтому в дальнейшем опорные напряжения рассматриваются как синусоидальные (фиг. 2,ж,з,и), частота которых совпадает с частотой сети, а начальные Фазы равны соот 2 Й 2 Г 2 К 2 ветственно 5, - 5 - в , 5 +ии + 3и2Оопп="оп ищ"и 5 3 ) ( 402 23 оп о ои + 32 У + 2 к Напряжения трехфаз ной сети О ( с ), Ив(с) и Ос(с) можно разложить иа напряжения прямой обратной и нулевой последовательностей основной частоты и напряжение высших гармоник. Причем 5 О наибольший вес имеет напряжение прямой последовательности, величива которого в 10-100 раз превосходит величину остальных составляющих, Начальная Фаза У+ напряжения прямой последовательности связана с кодом 5+, заносимым в регистр 25 в виде соотношения (3), откуда следует23 Г 2 Я и ии Ф и 2 Я+ 2 +( .- ) ы+Я т.е, опорная система напряжений ипрямая последовательность напряженийтрехфазной сети находятся в противоФазе, а следовательно, их амплитудывычитаются. На втором этапе работы устройства ключ 30 разомкнут,поэтому увеличивается крутизна преобразования преобразователя 8 и уменьшается вес единицы младшего разряда. На втором этапе на пятом-седьмом периодах напряжения 04(с) последовательность управляющих сигналов такая же,как и на первом-третьем периодах первого этапа (фиг. 2,р), но при этом в запоминающее устройство 14аносятся коды дс 4 ьсв ьсс ЬЬ 4 ЬЬ а и Ь Ь с ортогон альных составляющих разности входных напряжений и опорной системы напряжений. В начале восьмого периода формируются импульсы (фиг. 2,с,ц), которые устанавливают в "нуль" сумматоры 17 и 19. Затем из запоминающего устройства 14 выбираются коды дсд, ьсв, ьсс, ььв и дь, а из запоминающего устройства 16 - константы +1/3, -1/б, -1/6) - (3/6 и + 376, которые перемножаются в блоке 15 и суммируются с содержимым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный(фиг. 2,ч), заносится,в квадратор 18,возводится в квадрат и суммируетсяс содержимым сумматора 19. Затемопять устанавливается в "нуль" сумматор 17, а из запоминающего устройства 14 выводятся коды ЬЬ 4, Ььа,дЬ 0 св и ьсс, а из запоминающегоустройства 16 - константы +1/3, -1/б,-1/6, + Я/6 и - 33/б, которые перемножаются и суммируются с,содержимым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный 1 1 1 Ьь = + - ь ьА- - ь ьВ- - ьь +заносится в квадратор 18, возводитсяв квадрат и суммируется с содержимым сумматора 19. Выходной код сумматора 19, равный ьс+ + Ьь+(Фиг,2,ш)заносится в корнеизвлекающее устройство 2, где вычисляетсяб с1- ЛЬа 1е- дЬ тс несим Код Чнвсим. кающего устрой гистрирующее у Алгоритм вы рали напряжени сывается форму 1 с = - дскб 3с выхода корнеитва 20 эаноситстройство 22.исления смещенитрехфазной сетами лев ре нейт опи 13с,"+ Ьорегистрирующ 1 3 3 ем. н Код з стройстТаким етров рехфаз очност змерени нергии ейтюали аносится во 23, образом,качества эной сети иь и расшир й парамет в 5-10 ра 2 3Формула изобретенияИзмеритель параметров электрической энергии трехфазной сети, содержа,щий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеизвлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управления, выход пре 5 разователя напряжение-код подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами первофазной сети, Алгоритм вычисления может быть описан формулами измеритель паралектрической энергии озволяет повысить ить рабочий. диапазон ров качества электро з. О 5 0 5 О го запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен. к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и карнвизвлекакщее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна извходных шин устройства через умножитель частоты соединена с входамипреобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блбков устройства,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и расширения амплитудного диапазона, в неговведены ключ, делители напряжениярезистор, последовательно соединенные блок деления, функциональныйпреобразователь, регистр и источник .опорного напряжения, первый, второйи третий выходы которого подключенык первым входам пятого, шестого иседьмого сумматоров, вторые входыкоторых через соответствующие делители напряжения подключены к входнымшинам устройства, выход коммутаторачерез .ключ и резистор соединен с общей шийой устройства, а первый, второй % третий входы - с выходами пятого, шестого и седьмого сумматоров,управляющие входы всех введенных блоков соединены с соответствующимивыходами блока управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 375592, кл. С 01 В 29/16, 1973.2. Авторское свидетельство СССР9 377705, кл. С 01 В 29/16, 1973.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2607253.813263 с 2 Составитель В. БагаТехред И.Еоштура. кмар Корректор Редактор Я Подписноекомитета СССРи открытийокая наб., д.,761/54 Тираж 732 ВНИИПИ государственного по делам изобретений 113035, Иосква, Ж, Рауш