Устройство для измерения мощности многофазной сети

Устройство для измерения мощности многофазной сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано при разработке прецизионных измерителей мощности симметричных составлякщих многофазной сети. Цель изобретения - повьшение точности из мерения. Устройство содержит блок 1 синхронизации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирукидие блоки 3 и 4, блоки 5-12 к 17-20 умножения , блоки 13-16 усреднения с суммирующими входными элементами,сумматоры 21 и 22 и блок 23 индикации.Наличие блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность изме- .рения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную мощность. Достижению поставленной цели способствует введение в устройство двух масштабно-суммирующих блоков -и образование новых связей между элементами устройства. В описании даны примеры выполнения масштабно-суммируняцих блоков. 2 ил. (Л . 1C со ;о а J 2Z - г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСА ЛИК 5114 G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ юли .

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3828253/24-21 (22) 21.12.84 (46) 23.06.86. Бюл. У 23 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В.Е.Андриевский, В.В.Брайко, О.Л.Карасинский и С.Г.Таранов (53) 621 ° 317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 834555, кл. С 01 R 21/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 739426, кл. G 01 R 21/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ СЕТИ (57) Изобретение может быть использовано при разработке прецизионных из- мерителей мощности симметричных составляющих многофазной сети. Цель изобретения — повышение точности изÄÄSUÄÄ 1239617 А 1 мерения. Устройство содержит блок 1 синхронизации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирующие блоки 3 и 4, блоки 5-12 и 17-20 умножения, блоки 13-16 усреднения с сумми- рующими входными элементами,сумматоры 21 и 22 и блок 23 индикации.Наличие блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность измерения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную мощность. Достижению поставленной цели способствует введение в устройство двух масштабно-суммирующих блоков и образование новых связей мекцу элементами устройства.

В описании даны примеры выполнения масштабно-суммирующих блоков. 2 ил.

9617 2 входам сумматора 21, выход блока 19 умножения соединен с неинвертирующим входом сумматора 22, а выход блока

20 умножения — с инвертирующим входом сумматора 22. Выходы сумматоров

2 1 и 22 подключены к входам блока

23 индикации (показан условно).

Выполнение блоков 13-16 усреднения в едином узле с суммирующими

1О элементами целесообразно при выполнении их в виде интеграторов или активных фильтров на базе операционных усилителей.

Введение блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность измерения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную. IIpM отсутствии необходимости измерения реактивной мощности эти узлы могут быть исключены из предлагаемого устройства.

Влоки 3 и 4 выполнены по одинаковой схеме (фиг. 2) . Входы блоков 3 и 4 являются входами блоков 24-29 д управляемых масштабных преобразователей, управляющие входы которых подсоединены к переключателю 5,,выходы блоков 24-26 управляемых масштаб-: ных преобразователей подключены к

ЗО входам сумматора 30, а выходы управляемых преобразователей 27-29 подключены к входам сумматора 31. Выходы сумматоров 30 и 31 являются выходами масштабно-суммирующих блоков 3 и 4 соответственно.

В ос.нову принципа работы предлагаемого устройства положены следующие соображения.

Пусть заданы rn-фазные системы напряжений и токов, причем каждые напря40 жение и ток являются периодическими и описываются зависимостью (М вЂ” "м к " »(" 4 гк1 i

1 123

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения мощности многофазных сетей переменного тока, и может быть использовано при разработке пре циэионных измерителей мощности симметричных составляющих многофаэной, в частном случае трехфазной, сети.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2пример выполнения масштабно-суммирующих блоков.

Устройство содержит блок 1 синхра низации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирующие блоки

3 и 4, блоки 5-12 умножения, блоки

13-16 усреднения с суммирующими вход

Йыми элементами, блоки 17-20 умножения, сумматоры 21 и 22, блок 23 индикации.

Входные шины фазных токов, i è напряжений U», Б,...,П,„, где ш — количество фаз в многофаэной сети„подключены к входам масштабносуммирующих блоков 3 и 4, причем вход блока 1 синхронизации подключен к первой фазной системе напряжения, а его выход соединен с управляющим входом генератора 2. Выход блоков 3 и 4 попарно подключены к первым входам блоков 5 и 6,7 и 8,9 и 10,11 и

12 умножения. Вторые входы блоков

5,8,9 и 12 умножения соединены с первым выходом генератора 2, а второй выход генератора 2 соединен с вторыми входами блоков 6,7,10 и 11 умножения ° Выходы блоков 5 и 7,9 и

11 умножения подключены к неинвертирующим входам блоков 13 и 15 усреднения соответственно. Выходы блоков

6 и 10 умножения соединены с неинвертирующими входами 14 и 16 усредне ния, а выходы блоков 8 и 12 умножения подсоединены к инвертирующим входам блоков 14 и 16 усреднения соответственно. Выход блока 13 усреднения соединен с первыми входами блоков

17 и 19 умножения, выход блока 14 усреднения соединен с первыми входами блоков 18 и 20 умножения, выход блока 15 усреднения соединен с вторы ми входами блоков 17 и 20 умножения, выход блока 16 усреднения соединен с вторыми входами блоков 18 и 19 умно» жэния. Выходы блоков 17 и 18 умноже ния подключены к неинвертирующим со

» Ф - vp s " »

К Ф! где U<,.„— амплитуда;

4 „, — начальная фаза K-ой гармоники напряжение фазы Г

F †. 1, 2,..., ш

Ih»FK амплитудаj

< „ - начальная фаза К-ой гармо. ники тока фазы

Q» — угловая частота первой гармоники.

Определим комплексные амлитуды

S-ой последовательности К-ых гармоник напряжения и тока m-фазой -сети. з 1

Разложив (1) в тригонометрический ряд Фурье, получим косинуснь1е и синус ные ортогональные составляющие гармоник напряжения и тока в каждой фазе F:

239б17, о . где а „ — косинусная, а b „ — синусная составляющие амплитуды

К-ой гармоники напряжения и (t);

С „ — косинусная, а d „- синусная составляющие амплитуды К-ой гармоники тока

IF(t);

2 fili

20 „, сов — 5(F-1) c1in 5(Г-1) о1Fx

) и

sin "— 5(F-1) ск

coe — 5(F-1) 2и

Sin " 5(F-1) 2 x

Т вЂ” — период напряжения и тока.

Я1

Подставив выражения (1) в формУлы (2) и выполнив интегрирование, получим ,Ъ

30 с1FK=UìFK sin 111ск s ск™мрк соо 1 ск

CFx м к " 1d FK 1

1(гк м к co s YFK ° (3) 1 2 1 . 2 — cos S(F-1) и sin

5 П1

m III Ш

S(F-1), вынесем интеграл за знак суммы, а в подинтегральных выражениях вынесем за скобки общие множители

40 соз К Я,t и sI.n tt и введем следующие обозначения:

Значения комплексных амплитуд фазных напряжений и токов можно выразить следующим образом:

1мкx=b«+ja«, I„ „d„„i),„

2л

co@ — 5 (F-1)

0, =, 0 с(t) Симметричные составляющие напряже-4о ний и токов S-ых последовательностей многофаэной системы можно представить в виде

2л

sin — 5(F+) u, = н„ф

С1

2 ъ

m co1I —" 5(F-1) з-Z с(tJ

Fccl — а (1 мок Д- м с к

Fc I 4 1 — з(С-11 Мок й1 - Мкк 1

Fc\

50 п зю — 5(с-11

Яи

i â "=Е 4(Ф) Fcl (8) где 8 О, 1, 2,..., (m-1) — номеР симметричной. составляющей напряжения и тока;

Т с,„.К,Ф cosk tdt; о

Т

Ь,„o >J Ucttl sin kco,tdt; о

Т, с „.— Jicttl coo ken tdt о

Т

d„„- — J,,Я.s с kro,1Й, 4

F = 1, 2, 3,..., m — номер фазных напряжений и тока; а = е — фазовый оператор сдвига.

5(F-1)

5 Представим а в виде суммы действительной и мнимой частей, тогда получим .7а

Я5(с-11 а { =Е сео — 5(F-1) 15in — 6(Е-1). (6l

Щ m

Подставив выражения (4) и (6) в (5) и разделив действительную и мнимую части, получим косинусную и синусную составляющие напряжения и тока S-ой последовательности

2н 2 щ Соз — 5(F-1) щ Sin — 5(F-1) + Ytt lsI кь,„

С=1 F=1 Ю

m соб — 5{F -1) nt с -, с„g ) F--1 Fc1

Подставив в выражение (7) зависиости (2), внесем, затем под знак интеграла постоянные коэффициенты

После этих преобразований выражения (7) можно представить в виде

1239617

Л,„= — fall Ки 46!nkvd,t)dt; о

Т

И у и з " з11 фй о т

2 ("( (cos tu 4 q>II $yф о т

3,Д . ° — J(l сов 1иА- i," tl» k,t)dt о

Полная мощность S-ой последовательности К-ой гармоники определяется из выражения 25

Подставив в (11) Формулы (10), получим

5 =(Ь 3 .д к С К (С КД „- Ь ЗК Сe r) Iä) откуда зк Ьвк зк зксзк >

О pg " ry I%qy, Ьзк c II ° (13) Выражения (8), (9) и (13) являются теоретической основной предлагаемого устройства. 40

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Фазные напряжения и токи подаются на входы масштабно-суммирующих блоков 3 и 4, коэффициенты передачи которых по входам, подключенным к ши1 27 нам F равны — cos — S(F-1) и

m ш — sin S(F-1). Зти коэффициен1 . 2Ф ш ш ты изменяются в зависимости от номера исследуемой последовательности при помощи переключателя S.При помощи последнего происходит управление коэффициентами передачи управляемых мас штабных блоков преобразователей 24-29, причем выходные напряжения управляе- мыхмасштабных блоков преобразователей

По аналогии с выражением (4) комплексные амплитуды напряжений и токов S-ой последовательности К-ых гармоник m-Фазной сети равны к 1"

Оък+1 Ц вк 20 (10) зк зк 1 зк

24-26 подаются на входы сумматора 30, а управляемых масштабных блоков преобразователей 27-29 — на входы сумматора 31. Таким образом, на выходах сумматоров 30 и 31 формируются напряжения,, пропорциональные соответственно величинам U

Э 3 к 5 1 Q Ь которые определяются Формулами (8).

Генератор 2 формирует опорные ортогональные гармонические сигналы

cos Kut u sin Kgg t, частота которых

К д синхронизируется с частотой сети о при помощи блока 1 синхронизации. После перемножения выходных сигналов блоков 3 и 4 с выходными сигналами генератора 2 в блоках 5-12 умножения они подаются на соответствующие входы блоков 13-16, на выходах которых формируются сигналы

+ dI + % а q азу, > сз I1gy, Описываемые выражениями (9) . Выходные сигналы блоков 13-16 усреднения подаются на входы блоков 17-20 умножения, выходные величины которых суммируются в сумматорах 21 и 22 в соответствии с выражениями (13). Выходные сигналы сумматоров 21 и 22, пропорциональные активной и реактивной мощности симметричных составляющих измеряемой S-ой последовательности К-ых гармоник, подаются на входы блока 23 индикации, Повышение точности и упрощение достигаются тем,что для определения косинусных и синусных ортогональных .Составляющих S-ой последовательности

К-ых гармоник используется генератор, имеющий только два выходных сигнала, находящйхся в квадратуре.Зто позволяет повысить точность задания опорных сигналов генератора 2 до 0,05Х,что

ПОЗВОЛЯЕТ HSME!PHTb МОЩНОСТЬ С ТОЧНОстью 0,1Ж (это примерно в пять разлуч ше чем у известного устройства),при этом сразу достигается упрощение устройства, так как отпадает необходимость в сложном многофазном генераторе, который для случая m-фазной сети должен иметь 2m выхода. При изменении номера измеряемой последовательности генератор 2 не надо перестраивать, что также способствует упрощению устройства. Введение блоков 3 и 4, которые строятся на базе прецизионных резисторов и операционных усилителей не приводит к усложнению устройства, так как эти блоки выполняются по широко известным в области аналоговой

Составитель С.Кабиков

Техред О.Сопко Корректор М.Демчик. Редактор Л.Гратилло

Тираж 728

Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5..Заказ 3390/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1239 вычислительной техники схемам, просты в наладке и обеспечивают высокую точность реализации функции преобразования в соответствии с выражениями (8).

Формула изобретения

Устройство для измерения мощности многофазной сети, содержащее десять блоков умножения, четыре блока усред- 1О нения, сумматор, а также блок синхронизации, выход которого соединен с входом генератора опорных сигналов, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, а второй выход — к первым входам третьего и четвертого блоков умножения, входы первого блока усреднения соединены с выходами первого и пятого блоков умножения соответственно, входы второго блока усреднения соединены с выходами второго и шестого блоков умножения соответственно, входы третьего блока усреднения соединены с выходами третьего и седьмого блоков умножения соответственно, входы четвертого блока усреднения соединены с выходами четвертого и восьмого блоков умножения соответственно, входы девятого блока умножения подключены к выходам перво-. го и третьего блоков усреднения соот617 8 ветственно, входы десятого блока ум-. ножения подключены к выходам второго и четвертого блоков усреднения соответственно, входы сумматора соединены с выходами девятого и десятого блоков умножения, а выход сумматора является выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения, в него введены два масштабно-суммирующих блока, причем первый выход генератора опорных сигналов подключены к первым входам седьмого и восьмого блоков умножения, а второй выход — к первым входам пятого и шестого блоков умножения, входы первого масштабно-суммирующего блока соединены с входными шинами фазных напряжений исследуемой сети, первый выход — с вторыми входами первого и шестого блоков умножения, второй выход — с вторыми входами второго и пятого блоков умножения, входы второго масштабно-суммирующего блока соединены с входными шинами фазных токов исследуемой сети, первый выход — с вторыми входами четвертого и седьмого блоков умножения, второй выход — с вторыми входами третьего и восьмого блоков умноженияя а вход блок а синхро низ ации подключен к одному из входов первого масштабно-суммирующего блока,