Устройство для измерения активной мощности,потребляемой от трехфазного преобразователя напряжения

Устройство для измерения активной мощности,потребляемой от трехфазного преобразователя напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОТ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащее датчики тока и напряжения , трехвходовый коммутатор, входы которого подключены .к выходам датчика тока, блок управления, первый. второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управля ющим входам коммутатора,фильтр низких частот, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия , в него введены выпрямитель и перемножитель, причем быход выпрямителя подключен к первому входу пе-. ремножителя, а первый, второй и третий входы - к первому, второму и третьему выходам датчика напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно , четвер.тый выход которого подключен к управляющему входу перемножнтелй , второй вход которого подключен к вькоду коммутатора, а выход к входу фильтрй низких частот, выход е которого является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1118931 Д1) С 01 R 21/06,р

Г У ,.4 /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .Г

H АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ OCCP

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTMA (21) 3575557/18-21 (22) 07. 04. 83 (46) 15.10.84. Бюл. Ы - 38 (72) Ю.Н. Петренко и Г.И. Гульков (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Патент США В 3794917, кл. G 01 R 21/06,, 1974.

2. Патент США В 4217545, кл. G 01 R 21/06, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОТ

ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее датчики тока и напряжения, трехвходовый коммутатор, входы которого подключены к выходам датчика тока, блок управления, первый, O второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам коммутатора, фильтр низких частот, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены выпрямитель и перемножитель, причем выход выпрямителя подключен к первому входу пе-. ремножителя, а первый, второй и третий входы — к первому, второму и третьему выходам датчика напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно, четвертый выход которого подключен к управляющему входу перемножителя, второй вход которого подключен к выходу коммутатора, а выход— к входу фильтра низких частот, выход которого является выходом устройства.

1118931 пия

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит три нуль-органа, мажоритарный логический элемент "2 из

3, три логических элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", причем входы первого, второго и третьего нуль-органов являются первым, вторым и третьим входами блока управления соответственна, выходы первого и второго, второго и третьего, первого и третьего нуль-органов подключены к входам первого, второго и третьего логичесИзобретение относится к измеритель- ной технике и предназначено для измерения активной мощности в цепи с нагрузкой, питаемой от преобразователя напряжения. 5

Известно устройство для измерения активной мощности, содержащей генератор колебаний треугольной формы,. фильтр нижних частот и три блока преобразования, каждый из которых содер10 жит датчик -ока и напряжения„ измеряющие фазные ток и напряжение„ компаратор и ключ, причем выход датчика напряжения подключен к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен генератор колебаний треугольной формы, а к выходу — управляющий вход ключа, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход к фильтру нижних частот 1 ).

Недостаткам устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения активной мощности многофазной сети, содер- жащее датчики напряжения и тока, широтно-импульсный модулятор, генератор импульсов, распределитель импульсов, блок, управления, два трехвхадоных коммутатора и фильтр низких частот, при- ЗО чем входы первого коммутач Ьра подключены к датчикам напряжения, а вьгходы— к входу широтно-импульсного модулятора, к управляющему входу которого подключены генератор импульсов, а к выходу - распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющими. входам первого и второго коммутаторов, ких элементов "ИСКЛ!ОЧАЮЩЕЕ И. П1" соответственно, выходы первого, второго и третьего нуль-органон подключены также к соответствующим входам мажоритарного логического элемента "2 из

3"., выходы перво- î,,второга и третьhro элементов ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ являются первым, вторым и третьим выходами блока управления соатнетстенно, а выход мажоритарнсго логического элемента "2 из 3 являетс я чет-вертым выходом блока управ"e2 входы второго коммутатора подключены к выходам датчиков тока, а выходы— к входу фильтра низких частотг2 ), Недостатком известного уcTDoAcTBG является невысокое быстродействие, которое определяется временем усреднения мощно ти, т е,. "..-аI:åì" p ìè (зильтра,, осуществляющего операцию усреднения.

Нелью изобретения является повыше-ние быстродействия устройства для измерения активной мощности..

Поставг:.енная пель да<тигае"ся -.åì.

9 что в устройство для измерения активной мошности,. потребляемой от трехфазного преобразователя напряжения. со-держащее датчики тока и напряжения, трехвходовый коммутатор, входы кото— рого подкл:очень. к выходам датчика. тока, .блок управления, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам коммутатора, фильтр низких частот, введены выпрямитель и перемножитель, причем выход выпрямителя подключен к первому входу перемножителя, а первый, второй и третий входы — к первому, второму и третьему выходам да.тчика. напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно, .-;етвертый выход которого подключен к управля:ощему входу перемножителя, второй вход которого подключен к ныходу коммутатора, а выход — к входу фильтра низких частот, выход которого является выходом устройства.

3 11 189

Блок управления содержит три нульоргана, мажоритарный логический элемент "2 из 3", три логических элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", причем входы первого второго и третьего нуль-ор9

5 ганов являются первым, вторым и третьим входами блока управления соответст— венно, выходы первого и второго, второго и третьего, первого и третьего нуль-органов подключены к входам первого, второго и третьего логических элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" соответственно.„ выходы первого, второго и третьего нуль-органов подключены такжек соответствующим входам мажори15 тарного логического элемента "2 из 3", выходы первого, второго и третьего элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" являются первым, вторым и третьим выходами блока управления соответственно, а выход мажоритарного логического элемента "2 из 3" является четвертым выходом блока управления .

Иа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения

25 активной мощности; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы работы устройства для измерения активной мощности,, ЗО

Устройство для измерения активной мощности содержит датчик напряжения выходы которого подключены к входам блока управления 2 и выпрямителя 3, выход последнего подключен к первому входу перемножителя 4, к выходу кото-55 рого подключен фильтр 5, а к второму входу — выход коммутатора 6, соответствующие управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам блока управления 2, а входы — к первому второму и третьему выходам датчика тока 7 соответственно.

Выход фильтра 5 является выходом устройства, Управляющий вход перемножителя 4 подключен к четвертому выходу 45 блока управления 2, а входы датчика напряжения 1 и датчика тока 7 — к исследуемой цепи 8, Блок управления 2 содержит нульорганы 9-11, логические элементы

"ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 12-14 и мажоритарный логический элемент "2 из 3" 15.

Входы нуль-органов 9-11 являются входами блока управления 2, выходы которого соединены с выходами соот- .5» ветствующих элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ" и мажоритарного элемента "2 из

3"» Выходы нуль-органов 9 и 10, 10

31 4 и 17 9 и 11 подключены попарно к входам элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ"

12,, 13 и 14 соответственно, а входы мажоритарного элемента "2 из 3" соединены с выходами всех нуль-органов

9-11;

Устройство работает следующим образом, Работа устройства основана на следующих теоретических предпосылках.

Как известно, активная мощность трехфазной цепи определяется выражением т

3 т

Р = — Pdt = — U(t) i(t)dt, (1) а о где (), U(t) — мгновенное значение тока и напряжения фазы, соответственно;

Т вЂ” период колебания фазного напряжения.

В случае, когда кривые напряжения и тока симметричны относительно оси абсцисс, выражение (1) можно переписать в виде т/2

Р = — 1 (с)U(t) dt, 6

Т (2) о

Из выражени» (2) видно, что минимальное время измерения равно половине периода колебания тока, мощность которого измеряется. Фазное напряжение

11, U>, Б преобразователя напряжения, у которого интервал открытого состояния ключевых элементов равен 180 представляет собой шестиступенчатую кривую, причем на части периода Т/6 оно постоянно (фиг, 3). Учитывая это, выражение (2) можно представить в вити тй

P = — — (idt + idt) (3)

6 Ud

Т 3

1 о о где Ud — напряжение цепи постоянного тока преобразователя частоты. Ток активно-индуктивной нагрузки можно представить в виде гармонического ряда, в котором присутствует основная составляющая и высшие гармонические порядка k = 6 4 f.. 1

sin(ur t -Ч„) + . Е 1;„

1 !Ъа sin(kto t -Ч ), (4) где I . — амплитудное значение основ1 ъ ной составляющей тока;

Ik — амплитудное значение k-A составляющей тока

1, — любое целое число.

1118931

Подставив выражение (4) в выражение (3) и проинтегрировав по отдельности интегралы, стоящие в скобках выражения (3), получаем

Т73 T/z

idt = — ) 1dt ь тИ . о

С учетом этого, выражение (3) принимает вид Tl3

Р = Ud- idt

Т (5)

Т!6

Из выражения (5) следует, что минимальное время, в. течение которого может быть получена информация об активнои мощностиу равно T/áр To е а в три раза меньше, чем в обычном случае.

При измерении активной мощности

3 -. в цепи с нагрузкой, питаемой от преобразователя напряжения, на выходах датчика напряжения 1 присутствуют напряжения U,, U1,, U . Эти напряжения поступают на входы блока управления 2 и преобразуются нуль-органами 9-11 в последовательность импульсов U, U,,U „ . При этом на первом, втором и третьем выходах блока управления 2 образуются последовательности импульсов Ud Ue Ug> которые поступают на соответствующие управляющие входы коммутатора 6. Если на один из управляющих входов коммута4 тора 6, например первый, поступает сигнал логического "О", первый канал коммутатора замыкается и на зторой вход перемнолжтеля 4 проходит ток i (фиг. 4). При этом каждьй из каналов коммутатора 6 замкнут в течение.времени от Т/6 до Т/3 и от (2/3)Т до (5/6)Т соответствующего фазного напряжения. Таким образом, на второй вход перемножителя 4 поступает напря5 жение U, пропорциональное мгновенному значению тока каждой фазы на участке от Т/6 до Т/3 и от (2/3)Т до (5/6)T фазного напряжения

V = k i где k. — коэффициент пропорциональ1 ности между мгновенным значением фазного тока i и напряжением Б .

На выходе выпрямителя 3 напряжение равно

U = k Ud,, 3. где 1 „ — коэффициент трансформации датчика напряжения. Перемножитель 4 осуществляет перемножение сигналов

V и U, причем в зависимости от потенциала на управляющем входе изменяется знак произведения, В результате на его выходе присутствует U =

=- K.1.: Vdi который представляет собой подынтегральную функцию выражения (5), определяющего активную мощность. Выделение среднего значения напряжения U за период колебания Т/6 н формирование сигнала активной мощ30 ности осуществляется фильтром низких частот 5. использование изобретения позволяет за счет уменьшения цикла измерения в три раза увеличить частоту среза выходного фильтра низких частот и тем саьяж повысить быстродействие устройства. для измерения активной мощности в три раза па сравнению с прототипом.

1118931

1118931

ВНННПИ Закуя 7445/32 тирад у10 По — и gOI

Филяал ППП Патент, r, Узгород, ул.Проектиая,4