Устройство для симметрирования токов трехфазных сетей

(51) 5 ПИСАН К АВТОРС ВИДЕТЕЛ ЬСТВ 9нков Немшило ельство СССР/26, 1980. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ И ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКОВ ТР "ХФАЗНЫХ СЕТЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического симметрирования токов и компенсации реактивной мощности в трехпроводной трехфазной цепи с переменными во времени параметрами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности, повышение точности и быстродействия. Устройство содержит фильтр 51686600 10 30 40 симметричных составляющих, датчик 3 среднеквадратического значения фазного напряжения, измеритель 6 отношения напряжений, исполнительный орган 15, аналого-цифровой преобразователь 7, переключатель 4 последовательности фаз, вычислитель 8 коэффициентов Фурье основной гармоники, буферные регистры 9-11, три накапливающих сумматора 12-14 и блок 16 управления. Блок 16 управления ;:одержит умножитель частоты, нуль-орган, счетчик импульсов, два Изобретение относится к эгектротехнике и может быть использовано для автоматического симметрирования токов и компенсации реактивной мошности в трехпроводной трехфазной цепи с пеоеменными во времени параметрами,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности, повышение точности и быстродействия,На фиг.1 приведена блок-схема устройства для симметриоования токов трехфазных сетей; на фиг.2 - функциональная схема блока управления; на фиг.З - временные диаграммы его работы.На фиг,1 изображены источник 1 питания и трехфазная нагрузка 2, в общем случае переменная,Устройство для симметрирования токов трехфазных сетей содержит датчик 3 средне- квадратического значения фазного напряжения, переключатель 4 последовательности фаз, фильтр 5 симметричных составляющих, измеритель 6 отношения напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, вычислитель 8 коэффициентов Фурье основной гармоники, буферные регистры 9 - 11, накапливающие сумматоры 1214, исполнительный орган 15 из трех регулируемых реактивных элементов и блок 16 управления,К трехфазной сети через переключатель 6 последовательности фаз подключен фильтр 5 симметричных составляющих, выход которого соединен с точкой, объединяющей первый вход (вход делимого) измерителя 6 отношения напряжений и первый вход блока 16 управления. К фазе А трехфазной сети подключен датчик 3 среднеквадратического значения фазного напряжения, соединенный по выходу с вторым входом (входом делителя) измерителя 6 отношения напряжений, к выходу которого подключен сигнальный вход АЦП 7, Вход запуска АЦП 7 соединен с первым входом блока 16 управления, а инрормационный его выход - с первым (информационным) входом вычисформирователя импульса, логический блок и логические элементы, Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что квадратурные компоненты симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей токов измеряются как коэффициенты Фурье, определяемые в дискретной форме, и в дальнейшем подвергаются цифровой обработке для вычисления кодов параметров исполнительного органа 15,3 ил,лителя 8 коэффициентов Фурье основной гармоники, второй (управляющий) вход которого подключен к второму выходу блока 16 управления, а третий (управляющий) вход объединен с управляющим входом переключателя 4 последовательности фаз и подключен к третьему выходу блока 16 управления, Три информационных (кодовых) выходы вычислителя 8 коэффициентов Фурье основной гармоники соединены с информационными (кодовыми) входами буферных регистров 9-11 соответственно, управляющие входы которых подключены к третьему, четвертому и пятому выходам блока 16 управления. Информационные (кодовые) выходы буферных регистров 9 - 11 объединены в общую шину и подключены к информационным (кодовым) входам накапливающих сумматоров 12 - 14, а их знаковые выходы соединены с вторым, третьим и четвертым входами блока 16 управления. Информационные(кодовые) выходы накапливающих сумматоров 12 - 14 подключены к трем информационным входам исполнительного органа 15, три выхода которого соединены с фазами сети, Управляющие входы накапливающих сумматоров 12 - 14 подключены к седьмому, восьмому и девятому выходам блока 16 управления, а входы записи сумматоров обьединены в точку, соединенную с десятым выходом блока 16 управления, одиннадцатый выход которого подключен к управляющему входу исполнительного органа 15.В блок 16 управления входят умножитель 17 частоты, нуль-орган 18, триггеры 19 и 20, элемент 21. задержки, элемент 2 И 22, триггер 23, элемент ЗИ 24, триггер 25, элемент 2 ИЛИ 26, элемент 27 задержки, формирователь 28 импульса, кнопка 29 "Пуск", счетчик 30 импульсов, элемент 31 задержки, триггер 32, элемент 33 задержки, элемент ЗИЛИ 34, формирователь 35 импульса, элементы 36 - 39 задержки, триггеры 40-42 и 45 блок 43 формирования импульсов управления накапливающих сумматоров 12 - 14, 16866005 10 15 30 35 40 Первый вход блока 16 управления подключен к точке, обьединяющей входы умно- жителя 17 частоты и нуль-органа 18. Выход умножителя 17 частоты соединены с первым входом элемента 2 И 22, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера 23, а выход - к точке, объединяющей вход элемента 21 задержки, выход которого служит первым выходом блока 16 управления, второй выход блока 16 управления и вход счетчика 30 импульсов.Выход счетчика 30 импульсов соединен с точкой, объединяющей счетный вход триггера. 20, й-вход триггера 23, вход элемента 31 задержки и счетный вход триггера 32, прямой выход которого является третьим выходом блока 16 управления. Выход элемента ЗИ 24 подключен к точке, объединяющей Я-вход триггера 23 и й-вход триггера 25, который своим Я-входом соединен с выходом элемента 2 ИЛИ 26, подключенного первым и вторым входами к выходам элементов 31 и 27 задержки. Вход элемента 27 задержки объединен с шиной "Сброс" и подключен к выходу формирователя 28 импульса, вход которого соединен с точкой, объединяющей кнопку 29 "Пуск", выход элемента 36 задержки и одиннадцатый выход блока 16 управления. Прямой выход триггера 20 подключен к Я-входу триггера 19, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИ 24, подключенного своим первым входом к прямому выходу триггера 25, а третьим входом - к выходу нуль-органа 18, Прямой выход триггера 19 через формирователь 35 импульса соединен с точкой, обьединяющей первый вход элемента ЗИЛИ 34, вход элемента 39 задержки и Я- вход триггера 42. Выход элемента 39 задержки подключен к точке, объединяющей второй вход элемента ЗИЛИ 34, вход элемента 38 задержки, В-вход триггера 42 и Я-вход триггера 41. Выход элемента 38 задержки соединен с точкой, обьединяющей третий вход элемента 3 ИЛИ 34, вход элемента 37 задержки, й-вход трипеоа 41 и Я-вход триггера 40, В-вход которого подключен к точке, объединяющей выход элемента 37 задержки и вход элемента 36 задержки. Выход элемента ЗИЛИ 34 через элемент 33 задержки соединен с десятым выходом блока 16 управления, Прямые выходы триггеров 42, 41 и 40 являются соответственно четвертым, пятым и шестым выходами блока 16 управления, они также подключены к первым трем входам блока 43 формирования импульсов управления накапливающих сумматоров 12-14, другие три входа которого соединены с вторым, третьим и четвертым входами блока 16 управления, а три выхода блока 43 формирования импульсов управления накапливающих сумматоров служат седьмым, восьмым и девятым выходами блока 16 управления,Рассмотрим работу предлагаемого устройства,Она осуществляется в три этапа, На первом этапе измеряется квадратурная составляющая (коэффициент Фурье)(1)у основной гармоники тока прямой последовательности, на втором этапе измеряются синфазная и квадратурная составляющие (коэффициенты Фурье) р)х и )р)у основной гармоники тока обратной последовательности, на третьем этапе образуются коды проводимостей Ьвс, Ьсд и Ьдв, которые затем вводятся в исполнительный орган 15, В исходном состоянии переключатель 4 последовательности фаз установлен в одно20 из двух состояний, при котором на фильтр 5 симметричных составляющих подается прямая последовательность трехфазногб напряжения и на его выходе выделяется напряжение, пропорциональное симметричной составляющей тока 1(1) прямой последовательности, подаваемое на один вход измерителя 6 отношения напряжений и на первый вход блока 16 управления. На другой вход измерителя 6 отношения напряжений поступает с датчика 3 постоянное нап ряжение, пропорционал ьное среднеквадратическому значению фазного напряжения О, На выходе измерителя 6 образуется синусоидальное напряжение,амплитуда которого пропорциональна отношению )(1)/ЗЧ. Это напряжение подается на сигнальный вход АЦП 7, работающего в ждущем режиме. В режим преобразования он переводится в моменты времени тц импульсами, поступающими на его вход запуска с первого выхода блока 16 управления на первом и втором этапах измерений,Напряжение с выхода фильтра 5 симметричных составляющих по первому входу блока 16 управления подается на входы умножителя 17 частоты и нуль-органа 18. На выходе умножителя 17 частоты образуется последовательность прямоугольных импульсов, которые используются для запуска АЦП 7. Коэффициент умножения умножителя 17 частоты выбран равным и - числу точек дискретизации (или отсчетов мгновенных значений) на период напряжения трехфазной сети, Тем самым за период этого напряжения на вход запуска АЦП 7 поступит и импульсов запуска. Период напряжения выделяется по выходным импульсам нуль-органа 18, которые формируются в моменты перехода входного напряжения через один из нулей, например из отрицательной области в положительную, 1686600Процесс измерений, его первый этап, начинается нажатием кнопки 29 "Пуск". При этом на выходе формирователя 28 импульса образуется прямоугольный импульс, который поступает по цепи сброса (установки) 5 всех элементов в исходное состояние. В частности, элемент 2 И 22 и элемент ЗИ 24 в блоке 16 управления эакрцты потенциалами соответственно триггеров 23 и 25, по третьему входу элемент ЗИ 24 открыт потен циалом триггера 19. Поэтому импульсы с умножителя 17 частоты через элемент 2 И 22 и с нуль-органа 18 через элемент ЗИ 24 не проходят, С прямого вь(хода триггера 32 по третьему выходу блока 16 управления на 15 третий вход вычислителя 8 коэффициентов Фурье основной гармоники подается сигнал, задающий режим вычислений только квадратурной составляющей (коэффициента Фурье) (0 У, 20Импульс с выхода формирователя 28 поступает также через элемент 27 задержки, обеспечивающий задержку импульса пуска по отношению к импульсу сброса, и через элемент 2 ИЛИ 26 подается на Я-вход триг гера 25, переводя его в единичное состояние, С прямого выхода триггера 25 на первый вход элемента ЗИ 24 поступает разрешающий сигнал, который готов к прохожденик импульса.с нуль-органа 18 по второму входу. 30 Первый же импульс с нуль-органа 18 проходит через элемент ЗИ 24 и поступает на Я-вход триггера 23 и на В-вход триггера 25, возвращая его в исходное состояние и закрывая тем самым элемент ЗИ 24 по перво му входу. Сигналом с прямого выхода триггера 23 открывается элемент 2 И 22 по второму входу, и на его выход проходят импульсы с умножителя 17 частоты. Эти импульсы поступают на второй выход блока 16 40 управления непосредственно, на первый его выход - через элемент 21 задержки и на счетчик 30 импульсов, которым осуществляется их суммирование.Сигнал с второго выхода блока 16 управ ления подается на второй вход вычислителя 8 коэффициентов Фурье основной гармоники, в котором этим сигналом осуществляется за. дание кодов созв 1 с( (ц = 1 и), записанных предваритедьно в ПЗУ вычислителя 8, С не которой задержкой, необходимой для выполнения предыдущей операции, импульсы с умнонсителя 17 частоты по первому выходу блока 16 управления поступают на вход запуска АЦП 7, переводя его в режим преоб разования в моменты времени тч(ц = 1,п), Б моменты времени 1 с(мгновенные значения входного напрямсения АЦП 7 преобразуются в коды, пропорциональные 1(1)с(/ЗЧ. Эти коды подаются на первый, информационныйН,5дЦе чпо всем п точкам дискретизации 1 с( и осуществляется их алгебраическое суммирование. В итоге в вычислителе 8 получается код пропорциональный квадратурной составляющей (коэффициенту фурье) 1(1)у основной гармоники тока прямой последовательности, Этот код записывается в буферный регистр 9,После поступления и импульсов запуска на счетчик 30 импульсов в блоке 16 управления на выходе этого счетчика образуется сигнал, которым он возвращается в исходное состояние. Этот же сигнал поступает на счетный вход триггера 32, на й-вход триггера 23 и через элемент 31 задержки и элемент 2 ИЛИ 25 на Я-вход триггера 25. Триггер 32 устанавливается в единичное состояние, сигнал с его прямого выхода поступает по третьему выходу блока 16 управления на переключатель 4 последовательности фаз и третий вход вычислителя 8 коэффициентов Фурье основной гармоники. Переключатель 4 последовательности фаз устанавливается в другое состояние, при котором через него на фильтр 5 симметричных составляющих подается напряжение трехфазной сети, но с обратным порядком чередования фаз. Триггер 23 возвращается в исходное, нулевое состояние, закрывая элемент 2 И 22 по второму входу и прекращая прохождение импульсов с умно- жителя 17 частоты на первый и второй выходы блока 16 управления, что необходимо для синхронизации работы устройства по отношению к симметричной составляющей напряжения обратной последовательности, выделяемой на выходе фильтра 5 симметричных составляющих, Время задержки элемента 31 выбирается больше времени переходных процессов в этом фильтре, чтобы триггер 25, задающий начало цикла измерений, был переведен в единичное состояние после завершения переходных процессов в устройстве. Сигналом с прямого выхода триггера 25 отключается элемент ЗИ 24 по первому входу (по третьему входу он открыт сигналом с инверсного выхода триггера 19)..На этом заканчивается первый этап и начинается второй этап измерений.На выходе фильтра 5 симметричных составляющих выделяется напряжение, пропорциональное симметричной составляющейщими по десятому выходу блока 16 управления на объединенные между собой входы записи кодов накапливающих сумматоров 12 - 14, осуществляется последовательно ввод кода с каждого из буферных регистров 9 - 11 в соответствующие накапливающие сумматоры: код М(1) вводится во все три сумматора 12 - 14 на вычитание: код Мр)у - в сумматор 12 на суммирование с умножением на два, а в сумматоры 13 и 14 - на вычитание: код И(2)х - в сумматор 13 на вычитание, а в сумматор 14 - на суммирование, В результате в накапливающих сумматорах 12 - 14 образуются соответственно кодызчФ дйМсАГ1)у + ) 2)у +2)х ) "в.3"Ч 1) +И -"-"1пропорциональные проводимости симметризатора, Эти коды сигналом с выхода элемента 36 задержки, поступающим по одиннадцатому выходу блока 16 управления на управляющий вход исполнительного органа 15, вводятся в исполнительный орган 15, где они воздействуют на регулируемые параметры симметризатора,Выходной импульс с элемента 36 задержки поступает также на формирователь 38 импульса для автоматического запуска устройства и начала нового цикла симметрирования.Формула изобретения Устройство для симметрирования токов трехфазных сетей, содержащее фильтр симметричных составляющих, датчик среднеквщ. ратического значения фазового напряжения, подключенный к одной из фаз, измеритель отношения напряжений, входы которого соединены с выходами датчика среднеквадратического значения фазного напряжения и фильтра симметричных составляющих, а также исполнительный орган из трех регулируемых реактивных элементов, подключенных на линейные напряжения трехфазной сети, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности, иовы шения точности и быстродействия, в него введены переключатель последовательности фаз, который подключен между трезфазной сетью и фильтром симметричных составляющих, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель коэффициентов Фурье основной гармоники, три буферных регистра, три накапливающих сумматора и блок управления с четырьмя входами и одиннадцатью выходами, причем выход измерителя отношения напряжений55 нен с точкой, объединяющей счетный входвторого триггера, подключенного своим прямым выходом к третьему выходу блокауправления, нулевой вход первого триггера, счетный вход третьего триггера, соединенного своим прямым выходом с единичным 20 2535 4045 50 соединен с сигнальным входом аналогоцифрового преобразователя, вход запускакоторого подключен к первому выходу блока управления, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом вычислителя коэффициентов Фурье основной гармоники, второйвход которого подключен к второму выходу блока управления, его третий вход объединен с управляющим входом переключателя последовательности фаз, соединенного по выходу с первым входом блока управления, и подключен к третьему выходу блока управления, три выхода вычислителя коэффициентов Фурье основной гармоники соединены с информационными входами первого, второгои третьего буферных регистров, управляющие входы которых подключены к третьему, четвертому и пятому выходам блока управления, знаковые выходы буферных регистров соединены с вторым, третьим и четвертым входами блока управления, а информационные выходы буферных регистров объединены в общую шину и подключены через нее к информационным входам всех трех накапливающих сумматоров, соединенных своими управляющими входами с седьмым, восьмым и девятым выходами блока управления, входами записи, объединеннымимежду собой, с десятым выходом блока управления и своими выходами с первым, вторым и третьим информационными входами исполнительного органа, управляющий вход которого подключен к одиннадцатому выходу блока управления, причем блок управления состоит из умножителя частоты, нуль-органа, счетчика импульсов, двух формирователей импульсов, блока формирования импульсов управления накапливающих сумматоров, восьми. триггеров, элемента ЗИ, элемента 2 И, элемента 2 ИЛИ, элементаЗИЛИ, восьми элементов задержки и кнопки "Пуск", при этом входы умножителя частоты и нуль-органа объединены в точку, подключенную к первому входу блока управления, выходумножителя частоты соединен с первым входом элемента 2 И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, выход элемента 2 И соединен с точкой, объединяющей вход первогоэлемента задержки, подключенного своимвыходом к первому выходу блока управления, второй выход блока управления и вход счетчика импульсов, выход которого соеди 1686600 14входом четвертого триггера, и вход второго элемента задержки, подключенного по выходу к входу элемента 2 ИЛИ. второй вход которого через третий элемент задержки и первый формирователь импульса подключен к кнопке "Пуск". выход элемента 2 ИЛИ соединен с единичным входом пятого триггера, который своим нулевым входом обьединен с единичным входом первого триггера и подключен к выходу элемента ЗИ, соединенного своим первым входом с прямым выходом пятого триггера, вторым входом - с выходом нуль-органа и третьим входом - с инверсным выходом четвертого триггера, прямой выход которого через второй формирователь импульса подключен к точке, объединяющей первый вход элемента ЗИЛИ, единичный вход шестого триггера и вход последовательно соединенных четвертого, пятого, шестого и седьмого элементов задержки, выход четвертого элемента задержки подключен к точке, объединяющей второй вход элемента ЗИЛИ, нулевой вход шестого триггера и единичный вход седьмого триггера, выход пятого элемента задержки подключен к точке. объединяющей третий вход элемента ЗИЛИ, нулевой вход седьмого триггера 5 и единичный вход восьмого триггера, выходшестого элемента задержки соединен с нулевым входом восьмого триггера. прямые выходы шестого, седьмого и восьмого триггеров подключены к четвертому, пятому, шестому 10 выходам блока управления и к первым тремвходам логического блока формирования импульсов управления накапливающих сумматоров, три других входа которого соединены с вторым, третьим и четвертым входами блока 15 управления, три выхода логического блокаподключены к седьмому, восьмому, девятому выходам блока управления, который своим десятым выходом соединен через восьмой элемент заде ржки с выходом элемента 3 ИЛИ, 20 а одиннадцатыл выходом подключен к точке,объединяющей выход седьмого элемента задержки и вход первого формирователя импульса,Реда кто П одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3606 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, МоскваЖ, Раушская наб., 4/5