Многофункциональный измерительный преобразователь

, СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОВтРЕТ РНИИ И ОТКРЫТИЙ(71) Челябинский государственный технический университет(56) Авторское свидетельство СССР М 750381, кл. 6 01 В. 1978. Устройство для измерения электрических параметров в цепях переменного тока (Горшков В,АКренский Л.В Литвин А,С, БИ М 27, 1980).Авторское свидетельство СССР М 1250054, Измерительный преобразователь энергетических параметров цепей несинусоидального тока. (Кизилов В.У.),Авторское свидетельство СССР М 1232026, Измерительный преобразователь энергетических параметров цепей несинусоидального тока (Кизилов В,У,),(54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) 1. Многофункциональный измерительный преобразователь, содержащий шесть фазочувствительных выпрямителей. выпрямитель, два перемножителя, генератор опорных сигналов, выходы которого соединены с опорными входами формирователя образующих сигналов. входы которого соединены с токовыми и потенциальными зажимами для подключения контролируемой цепи, отл ича ющий ся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет увеличения параметров измерения режимов трехфазной цепи, в него введены семь выпрямителей, третий и четвертый перемножители,четыре усилителя-ограничителя. восемь сглаживающих фильтров, шесть делителей, два сумматора, причем формирователь образующих сигналов вы.Ы 2, 1835520 А 1 полнен в виде формирователя электрических сигналов. пропорциональных мгновенным значениям симметричных составляющих прямого и обратного следования фаэ токов и напряжении контролируемои цепи с шестью выходами, а генератор опорных сигналов выполнен в виде генератора двух ортогональных высокочастотных синусоидальных напряжений, первыи выход формирователя образующих сигналов соединен с входами первых выпрямителя и усилителя-ограничителя и с первыми входами первых и вторых фазочувствительных выпрямителей и перемножителей и является первым выходом преобразователя, второй выход формирователя образующих сигналов соединен с входами четвертого выпря- ю мителя, второго усилителя-ограничителя и с первыми входами третьих и четвертых фазочувствительных выпрямителей и перемножителей и является вторым выходом преобразователя, третий выход формирователя образующих сигналов соединен с входами второго, третьего ид седьмого выпрямителей и с вторыми входами 1( первых фаэочувствительного выпрямителя и пе- ( ) ремножителя и является третьим выходом пре- (д образователя, четвертый выход формирователя образующих сигналов соединен с входами пятого, шестого и восьмого выпрямителей и с вторыми входами третьих фаэочувствительного С выпрямителя и перемножителя и является четвертым выходом преобразователя, пятый выход формироаатепя обраэующих ситнапоа соединен с входом третьего усилителя-ограни ааМ чителя и с вторыми входами вторых фаэочувствительного выпрямителя и перемножителя, шестой выход формирователя образующих сигналов соединен с входом четвертого усилителя-ограничителя и с вторыми входами четвертых фазочувствительного выпрямителя и перемножителя, выходы первого и четверто1835520 го выпрямителей соединены соответственно с входами первого и второго сглаживающих фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя, выход которого является пятым выходом преобразователя, выходы седьмого и восьмого выпрямителя соединены соответственно с входами третьего и четвертого сглаживающих фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго делителя, выход которого является шестым выходом преобразователя, выходы первого - четвертого фазочувствительных выпрямителей соединены соответственно с первыми входами третьего, пятого, четвертого и шестого делителей и являются соответственно седьмым, одиннадцатым, девятым и тринадцатым выходами преобразователя. выходы второго. пятого, третьего и шестого выпрямителей соответственно через пятый - восьмой сглаживающие фильтры соединены соответственно с вторыми входами третьего - шестого делителей. выходы которых являются соответственно восьмым, десятым, двенадцатым и четырнадцатым выходами преобразователя, выходы первого и третьего усилителей- ограничителей соединены соответственно с первым и вторым выходами пятого фазочувствительного выпрямителя, выход которого является пятнадцатым выходом преобразователя, выходы второго и четвертого усилителей-ограничителей соединены соответственно с первым и вторым входами шестого фазочувствительного выпрямителя, выход которого является шестнадцатым выходом преобразо. вателя, выходы первого и второго перемножителей соединены соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров и являются соответственно семнадцатым и двадцатым выходами преобразователя, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров и являются соответственно воИзобретение относится к области электротехники, а именно к измерительно-преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах измерения, релейной защиты, автоматике энергосистем и для контроля качества электроэнергии.Изобретение решает задачу повышения быстродействия и расширения функциосемнадцатым и двадцать первым выходами преобразователя, выходы первого и второго сумматоров - соответственно девятнадцатым и двадцать вторым выходами преобразователя.2. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что формирователь образующих сигналов содержит датчики обобщенного вектора токов, обобщенного вектора напряжений и ортогонального обобщенного вектора напряжений и шесть заграждающих фильтров, выходы которых являются соответственно выходами формирователя, первый и второй опорные входы формирователя соединены с соответствующими входами каждого датчика, выходы которых соединены соответственно с соответствующей парой заграждающих фильтров, входные токовые зажимы для подключения контролируемой цепи формирователя соединены с соответствующими входами датчика обобщенного вектора токов, потенциальные зажимы для подключения контролируемой цепи соединены с соответствующими входами датчиков обобщенного вектора напряжений и ортогонального обобщенного вектора напряжений,3, Преобразователь по и. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что каждый из датчиков обобщенного вектора токов, обобщенного вектора напряжений и ортогонального обобщенного вектора напряжений содержит два масштабирующих сумматора, входы которых соединены с соответствующими входными зажимами для подключения контролируемой цепи, выходы первого и второго масштабирующих сумматоров соединены с первыми входами соответственно первого и второго перемножителей датчика. выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора датчика, выход которого является выходом датчика, вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно первым и вторым опорными входами датчика. нальных возможностей известных устройств.Преобразователь имеет формирователь образующих сигналов (ФОС), основанный на операциях перемножения сигналов с частотой трехфазной сети, пропорциональных проекциям обобщенного вектора токов и напряжений на два высокочастотных ортого30 35 40 ФОС содержит датчик обобщенного вектора токов 41, датчик обобщенного вектора 55 нальных синусоидальных сигнала генератора опорных напряжений. В результате исключаются операции интегрирования (усреднения) на периоде частоты сети, а сигналы на выходе ФОС представляют собой высокочастотные сигналы. пропорциональнь 1 е мгновенным значениям симметричных составляющих прямого и обратного следования фаз токов напряжений контролируемой цепи и их ортогональным компонентам. Дальнейшее использование этих высокочастотных сигналов обеспечивает более высокое быстродействие предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом.Использование полученных сигналов позволяет измерить более широкий круг параметров режима трехфазной цепи, которые необходимы для работы устройств релейной защиты, автоматики энергосистем и для контроля качества электроэнергии, К этим параметрам относятся симметричные составляющие прямого и обратного следования фаэ токов и напряжений, их активные и реактивные составляющие. углы сдвига фаэ между ними: активные и реактивные мощности, активные и реактивные составляющие проводимостей (сопротивлений) прямого и обратного следования фаз, коэффициенты несимметрии токов и напряжений и т.п. Таким образом. расширяются возможности использования предлагаемого измерительного преобразователя.Функциональная схема преобразователя представлена на фиг, 1, Преобразователь содержит формирователь образующих сигналов(ФОС) 1, генератор опорных напряжений 2. первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 11, пятый 12, шестой 13. седьмой 19, восьмой 20 выпрямители; первый 6, второй 7, третий 14, четвертый 15, пятый 33 и шестой 34 фазочувствительные выпрямители (ФВЧ): первый 23. второй 24, третий 26. четвертый 27, пятый 30, шестой 32, седьмой 36 и восьмой 38 сглаживающие фильтры; первый 25, второй 28. третий 29, четвертый 31, пятый 35 и шестой 37 делители, а также первый 39 и второй 40 сумматоры.Функциональная схема ФОС представлена на фиг. 2,напряжений 42 и датчик ортогонального обобщенного вектора напряжений 43. а также шесть заграждающих фильтров 44 - 49,Функциональная схема датчиков обобщенного вектора показана на фиг. 3,.Датчик обобщенного вектора содержит первый 50 и второй 51 масштабирующиесумматоры; первый 52 и второй 53 перемножители и сумматор 54. 5 10 15 20 25 Многофункциональный измерительный преобразователь работает следующим образом.На входы ФОС 1 подаются системы тРЕХфаЗНЫХ ТОКОВ 3 3 Ь. 1 о И НаПРЯжЕНИй 0;. Оь, 0 о контролируемой цепи, которые можно представить в виде сумм симметричных составляющих прямого, обратного и нулевого следования фаз следующим образом:31=31 вЗЗП Л) 1+1-(3-1) +32 вЗЗП ГЛ 1+2 л3+0 овЗЗП(ГЛ 1+ ГХО); (2)где 3 - 1, 2, 3 - номера фаэ. соответствующие буквам а. Ь, с:31 в 32 в. 3 ов. ф 1, 312, 1 о аМПЛИтудЫ И начальные фазы соответственно составляющих прямого, обратного и нулевого следования фаэ токов:01 в 02 в Оов ГХ 1 ГХ 2 ГХо аМПЛИтуди и начальные фазы соответственно составляющих прямого. обратного и нулевого следования фаз напряжений;и - угловая частота сети.На выходы ФОС подключены также выходы генератора опорных напряжений 2, который генерирует два высокочастотных ортогональных синусоидальных напряжений созм и з 3 ппт. причем п Гл .На шести выходах ФОС формируются соответственно следующие высокочастотные сигналы; 31 вз 3 П(п+ е)т+ 1 и 32 вз 3 п(пГл)т-ф 2 - пропорциональные симметричным составляющим прямого и обратного следования фаз токов;01 взп(п+ ш)+ Гх 1 и 02 вз п(п) )1- Гх 2 - пропорциональные симметричным составляющим прямого и обратного следования фаэ напряжений;01 всоз(п+ и) )+ Гх 1 и 02 всоз(п Гл )т Гх 2 - пропорциональные ортогональным компонентам симметричных составляющих прямого и обратного следования фаз напряжений.Первый выход ФОС является первым выходом преобразователя, Здесь имеет место сигнал 31=31 вз 3 П(п+ Гл)1+ /1 1, пРопоРЦиональный симметричной составляющей прямого следования фаз тока. Этот выход присоединен также к выходу первого 3 выпрямителя. к входам первого 6 и второго 7ФЧВ, к входу первого усилителя-ограничителя 8 и входам первого 9 и второго 1 О перемножителей. Второй выход ФОС является вторым выходом преобразователя с сигналом 1 г=1 гвзп(п- в)т-/3 г, пропорциональным симметричной составляющей обратного следования фаз тока. Этот вход присоединен также к входу четвертого.11 выпрямителя. к входам третьего 14 и четвертого 15 ФЧВ, к входу второго усилителя-ограничителя 16 и к входам третьего 17 и четвертого 18 , перемножителей. Третий выход ФОС является третьим выходом преобразователя с сигналом ц=Овз 1 п(п+ в)с+ а 1. пропорциональным составляющей напряжения прямого следования фаз. Этот выход подключен также к входам второго 4, третьего 5 и седьмого 19 выпрямителей, второму входу первого ФЧВ 6 и второму входу первого перемножителя 9. Четвертый выход ФОС является четвертым выходом преобразователя с сигналом цг=Огз 1 п(п- в)т - а г, пропорциональным составляющим напряжения обратного следования фаз, Этот выход присоединен также к входу восьмого выпрямителя 20, к второму входу третьего ФЧВ 14 и второму входу третьего перемножителя 17. Пятый выход ФОС с сигналом о 1=0 ъсоз(п+ в)т+ а 1, пропорциональным ортогональным компоненте симметричной составляющей прямого следования фаз напряжений, подключен к входу третьего усилителя-ограничителя 21, к входу второго ФЧВ и к входу второго перемножителя 10. Шестой выход ФОС с сигналом ц 2.=0 гпсоз(п- в)- а г, пропорциональным ортогональной компоненте симметричной составляющей обратного следования фаэ напряжений. подключен к входу четвертого усилителя-ограничителя 22, к входу четвертого ФЧВ 15 и к входу четвертого перемножителя 18. Выходы первого 3 и четвертого 11 выпрямителей подключены соответственно к входам сглаживающих фильтров 23 и 24, на выходах которых имеют место сигналы постоянного напряжения, получаемые после выпрямления и сглаживания сигналов 1 г и 1. То есть, сигналы на выходах фильтров 23 и 24 пропорциональны амплитудным (действующим) значениям составляющих 1 гв и 1 в токов обратного и прямого следования фаз.После деления этих сигналов делителем 25, на входы которого они подключены, на выходе делителя 25 имеет место сигнал, пропорциональный коэффициенту несимметрии токов контролируемой цепи: К 1-1 г/11, Входы седьмого 19 и восьмого 20 выпрямителей подключены соответственно к входам сглаживающих фильтров 26 и 27 На выходах фильтров имеют место сигналы постоянногонапряжения, полученные после выпрямления и сглаживания сигналов цг и о, То есть,, сигналы на выходах фильтров 26 и 27 про 5 порциональны амплитудным (действующим) значениям составляющих Огп и Опнапряжений обратного и прямого следования фаз, После деления этих сигналов делителем 28. на вход которого они подключены,10 на выходе делителя 28 имеет место сигнал.пропорциональный коэффициенту несимметрии напряжений трехфазной цепи:Кнч=Ог/Ч,На входы первого ФЧВ 6 подаются сигна 15 лы 1 ъзп(п+ о)1+1и Онпзп(п+ ос+ а с,пропорциональные мгновенным значениямсимметричных составляющих прямого следования фаз токов и напряжений. На сигнальный вход поданъзп(п+ в)т+ С з, а на20 управляющий - Онпзп(п+ о) )т+ а ф В результате на выходе ФВЧ 6 формируется сигнал. пропорциональный активнойсоставляющей тока прямого следованияфаэ 1 соз/) , где /1 =а 1 - /А . Выход ФЧВ25 6 является седьмым выходом преобразователя,Выход ФЧВ 6 присоединен также к входу делителя 29, на второй вход которогоподключен выход фильтра 30, на котором30 имеет место сигнал, пропорциональныйдействующему значению составляющей напряжения прямого следования О. который,в свою очередь. формируется после выпрямления сигнала Оъз 1 п(п+ о) )с+ авыпрями 35 телем 4, В результате деления на выходе 29формируется сигнал 91=1 соз р/О. пропорциональный активной проводимостипрямого следования. Этот выход являетсявосьмым выходом преобразователя,40 Аналогично на выходе ФЧВ 14 имеетместо сигнал по активной составляющей тока обратного следования 1 гсоз рг, гдеЩ.=гсг -фг, а на выходе делителя 31. -сигнал по активной проводимости45 дг=1 гсоз у) г/Ог обратного следования, Этодевятый и десятый выходы преобразователя,Совершенно аналогично построены каналы формирования сигналов. пропорциональных 11 зи р(выход 11), Ь 1=1 зи /) 1/О. лишь в том, что на управляющие входы второго 7 и четвертого 15 ФЧВ подаются соответственно сигналы Оъсоз(п+ о)+ а 1 иОгсоз(п- о)т- иг), ортогональные симметричным составляющим напряжений.На входы первого 8 и третьего 21 усилителей-ограничителей подаются соответственно сигналы 1 азп(п+ оу)1+ /э 3) и 01 сосоз(п+Выход перемножителей 52 и 53 подключены на входы сумматора 54, на выходе которого формируется сигнал:="=1 зп(п+ в)т+ ф 1- -гщзп(п- в)1 ф г Р) Совершенно аналогично на выходе датчика обобщенного вектора напряжений 42 имеет место сигнал:ц=ц ц =01 пзп(п+ )т++ а 1-Ог зп(п- в)т- а г (8) В датчике ортогонального обобщенного вектора напряжений 43 первый выход генератора опорных напряжений 2 с сигналом созпт подключен к второму перемножителю 53, поэтому на его выходе формируется сигнал;ц"=цу созм=.0.501 всоз(п- )т-а 1- -0.50 ъсоз(п+ в)т+ гк 1++0,50 гвсоз(п+ в)т+ гкг (9).Второй выход генератора 2 с сигналом зпм подключен к входу первого перемножителя 52, поэтому на его выходе формируется сигнал:ц=цх зпн=0,50 асов(п- в)т-и 1- -0,50 ьсоз(п+ а)т+ гк 1++0,50 гесоз(п- в )т- гкг- -0,50 гурсоз(п+ в)с+ гкг (10) В результате на выходе сумматора 54 имеет место сигнал:ц=-(ц+ц")=0 1 соз(п+ в)т+ гк 1- Угвсоз(п я)т аг (11) Выходные сигналы датчиков 41, 42 и 43 разделяются по частотам (и+ в) и (и- в) с помощью загрэждающих фильтров 44-49, Загрэждающие фильтры 44, 46 и 48 подавляют частоту (и- , в результате на вых. 1,вых. 3 и вых. 5 ФОС соответственно имеютместо сигналы:=ъзп(п+ в)с+Я;ц 1=01 взп(п+ в)т+ а 1;5 ц 1=0 ъсоз(п+ в)т+ а 1.Загрэждающие фильтры 45, 47 и 49 подавляютчастоту(п+ в). в результате на вых.2, вых. 4 и вых. б ФОС. соответственно,имеют место сигналы:10 г=-ызп(п- в) Юцг=-Ог зп(п- в)т- аг,цг=-Ог Всоз(п - в )1 - гкг,Высокочастотные сигналы на выходах 1 и3 преобразователя в симметричном режиме15 трехфаэной цепи пропорциональны соответственно току и напряжению фазы "а". Поэтомуна их основе могут быть повышены быстродействие и точность таких защит, как, например,защита турбогенератора от потери возбужде 20 ния и защита от двигательного режима.Высокочастотные сигналы на выходах 2.и 4 преобразователя, пропорциональные.соответственно. мгновенным значениямсимметричных составляющих обратного25 следования фаз токов и напряжений могутбыть использованы для повышения быстродействия, выявления различных несимметричных режимов. На их основе можнопостроить направленные. реле сонротивле 30 ния, позволяющие быстро регистрировать иотличать друг от друга различные неполнофаэные режимы энергосистем.Остальные выходы преобразователямогут быть использованы для контроля ка 35 чества электроэнергии, для построения различных реле в устройствах автоматики иизмерений.1835520 дцпд 1 иод ЩО Редактор О, Шальнева ехред М.Моргента ор,Патруше Заказ 2 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 1 а Б 3 Ес Тираж Подписное НПО "Патент" Роспатента 3035, Москва. Ж, Раущская наб., 4/5