PL100549B1 - Uklad przetwornika wspolczynnika mocy czynnej na prad staly - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad przetwornika wspólczynnika mocy czynnej na prad staly, to jest wspólczynnika mocy czynnej pradu przemiennego sinusoidalnego lub pradu odksztalconego zawierajacego skladowa stala na prad staly o obwodzie wyjsciowym oddzielonym galwanicznie od obwodów wejsciowych, przeznaczonego do ciaglego przetwarzania albo pomiaru wspólczynnika mocy czynnej w obwodach elektrycz¬ nych zwlaszcza w obwodach o odksztalconych przebiegach napiecia i pradu.

Wszystkie znane jednofazowe przetworniki wspólczynnika mocy czynnej i przetworniki fazy pradu wzgledem napiecia przetwarzaja poprawnie wspólczynnik mocy czynnej (cos ) i faze ( przy sinusoidalnych przebiegach napiecia i pradu wejsciowego. Nie nadaja sie one do pracy w obwodach o napieciach i pradach odksztalconych zawierajacych zarówno skladowe stale jak i wyzsze harmoniczne.

Ponadto, w celu jednoznacznosci okreslania fazy pradu wzgledem napiecia, musza one zawierac uklady przesuwajace wstepnie faze pradu wzgledem napiecia. Z tego powodu uklady przetworników fazy i wspólczyn¬ nika mocy czynnej sa wrazliwe na zmiany czestotliwosci napiecia i pradu wejsciowego oraz nie sa przystosowane dó wspólpracy z typowymi bocznikami pradu.

Znany jest przetwornik wspólczynnika mocy czynnej typu SCP2 firmy English Electric Co. Ltd, który sklada sie z transformatora napiecia wejsciowego, transformatora pradu wejsciowego, komparatora fazy i genera¬ tora funkcyjnego. Przetwornik ten przetwarza poprawnie wspólczynnik mocy czynnej a scislej cos na prad staly, tylko przy przemiennym sinusoidalnym napieciu i pradzie wejsciowym.

Znane z polskich opisów patentowych nr 64305 i 84304 uklady przetworników napiecia i pradu zawieraja prostownikowo-transformatorowe uklady oddzielenia galwanicznego miedzy obwodem wejsciowym i obwodem wyjsciowym. Jednak przetworniki te nie nadaja sie do przetwarzania wspólczynnika mocy czynnej.

Celem wynalazku jest opracowanie ukladu przetwornika wspólczynnika mocy czynnej, który bedzie przetwarzal wspólczynnik mocy czynnej przy napieciu i pradzie wejsciowym sinusoidalnym i odksztalconym w szerokim zakresie czestotliwosci i który bedzie mógl wspólpracowac z typowymi bocznikami pradu.2 100 549 Cel ten zostal osiagniety w ukladzie wedlug wynalazku, którego istota polega na tym, ze zawiera dwa uklady operacyjne wyznaczajace wartosci skuteczne napiecia, dwa uklady mnozace wartosci chwilowe dwóch sygnalów elektrycznych, uklad wykonujacy dzielenie wartosci chwilowych dwóch sygnalów elektrycznych ifprostownikowo-transformatorowy uklad oddzielenia galwanicznego, przy czym wejscie pierwszego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia i jedno z dwóch wejsc pierwszego ukladu mnozacego sa przylaczone do zródla napiecia wejsciowego za posrednictwem dzielnika napiecia. Wejscie drugiego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia i drugie wejscie pierwszego ukladu mnozacego sa przylaczone do zródla pradu wejsciowego za posrednictwem wzmacniacza napiecia i bocznika pradu. Wyjscia obu ukladów operacyjnych wartosci skutecznej napiecia sa przylaczone do wejsc drugiego ukladu mnozacego, którego wyjscie polaczone jest z jednym z wejsc ukladu dzielacego. Drugie wejscie ukladu dzielacego jest polaczone za posrednictwem filtru usredniajacego z wyjsciem pierwszego ukladu mnozacego. Wyjscie ukladu dzielacego jest przylaczone do wejscia prostownikowo-transformatorowego ukladu oddzielenia galwanicznego za posrednictwem wzmacniacza, a do wyjscia ukladu oddzielenia galwanicznego jest przylaczony zewnetrzny obwód obciazenia za posrednic¬ twem wzmacniacza. Ukladami operacyjnymi wartosci skutecznej napiecia sa konwertory wartosci skutecznej a ukladami mnozacymi oraz ukladem dzielacym sa mnozniki analogowe.

Zaleta ukladu przetwornika mocy czynnej wedlug wynalazku jest to, ze odznacza sie duza dokladnoscia przetwarzania w szerokim zakresie czestotliwosci napiecia i pradu wejsciowego oraz niewrazliwoscia na zmiany w szerokim zakresie wartosci napiecia i pradu wejsciowego, przy zachowaniu liniowej charakterystyki przetwarza¬ nia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia uklad blokowy przetwornika wspólczynnika mocy czynnej.

Uklad przetwornika ma dwa obwody wejsciowe polaczone ze soba w jednym punkcie (punkt wspólny), jeden obwód dla napiecia wejsciowego uwe i drugi obwód dla pradu wejsciowego iwe« W obwodzie wejsciowym napiecia znajduje sie dzielnik napiecia DN, a w obwodzie wejsciowym pradu — bocznik pradu B. Obwód wyjsciowy bocznika pradu jest przylaczony do wejscia wzmacniacza napiecia Wt .Wyjscie z dzielnika napiecia DN jest przylaczone bezposrednio lub za posrednictwem wzmacniacza, do wejscia pierwszego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia UPNi, oraz do jednego z dwóch wejsc pierwszego ukladu mnozace- goUIYU.

Natomiast wyjscie wzmacniacza napiecia W] jest przylaczone do wejscia drugiego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia UPN2 oraz do drugiego z dwóch wejsc pierwszego ukladu mnozacego UMi .Wyjscia obu ukladów operacyjnych wartosci skutecznych UPNt i UPN2 sa przylaczone do wejsc drugiego ukladu mnozacego UM2. W obwód wyjsciowy pierwszego ukladu mnozacego UMi jest wlaczony filtr usredniajacy F.

Wyjscie filtru F i wyjscie drugiego ukladu mnozacego UM2 sa przylaczone do wejsc ukladu dzielacego UD.

Wyjscie ukladu dzielacego UD jest przylaczone do wejscia prostownikowo-transformatorowego ukladu oddziele¬ nia galwanicznego UO za posrednictwem wzmacniacza napiecia W2. W obwód wyjsciowego ukladu UO jest wlaczony wzmacniacz napiecia stalego W3. Z kolei do wyjscia wzmacniacza W3 jest przylaczony opornik R0 symbolizujacy zewnetrzny obwód obciazenia przetwornika wspólczynnika mocy czynnej.

Zasada dzialania ukladu przetwornika wspólczynnika mocy czynnej, wedlug wynalazku, polega na ciaglym dokonywaniu operacji matematycznych na wartosciach chwilowych dwóch napiec (ui i u2) wynikaja¬ cych z równania okreslajacego przetwarzany wspólczynnik mocy czynnej, tj. z równania kr P- ^^ U'U'dt P S ^k./^dt^/ufdt przyczym ' Ui — wartosc chwilowa napiecia — proporcjonalna do wartosci chwilowej napiecia wejsciowego uwe, u2 — wartosc chwilowa napiecia propoecjonalna do wartosci chwilowej pradu wejsciowego iwe, T — okres usredniania obejmujacy co najmniej kilka okresów zmian napiecia i pradu wejsciowego, P — moc czynna pobierana przez uklad badany, S — moc pozorna pobierana przez uklad badany, Kp — przetwarzany wspólczynnik mocy czynnej, k, ki, k2 — wspólczynniki proporcjonalnosci.100 549 3 W ukladzie przetwornika wspólczynnika mocy czynnej, napiecie wejsciowe uwe jest zmniejszone, za pomoca dzielnika napiecia DN, do zakresu roboczego napiecia wejsciowego pierwszego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia UPNi i pierwszego ukladu mnozacego UMi. Natomiast prad wejsciowy iwe wywoluje w boczniku B spadek napiecia, który jest wzmacniany za pomoca wzmacniacza Wt do zakresu roboczego napiecia wejsciowego drugiego ukladu operacyjnego wartosci skutecznej napiecia UPN2 i pierwszego ukladu mnozacego UMi. Uklady UPNi i UPNa wykonuja dzialania matematyczne na wartosciach chwilowych napiec wejsciowych zgodnie z równaniem definicyjnym wartosci skutecznej, tzn. kwadratuja wartosci chwilowe napiec, usredniaja (calkuja) skwadratowane wartosci chwilowe napiec a nastepnie pierwiastkuja usrednione skwadratowane wartosci chwilowe napiec wejsciowych. W rezultacie na wyjsciach ukladów UPNi i UPN2 otrzymuje sie napiecia stale o wartosciach proporcjonalnych do wartosci skutecznych napiec wejsciowych tych ukladów. Pierwszy uklad mnozacy UMi wykonuje mnozenie wartosci chwilowych napiec wyjsciowych dzielnika napiecia DN i wzmacniacza Wi, zasdrugi uklad mnozacy UMa wykonuje mnozenie napiec stalych wyjsciowych ukladów UPNi i UPN2. Napiecie wyjsciowe pierwszego ukladu mnozacego po usrednieniu za pomoca filtru F, jest podane na wejscie licznikowe ukladu dzielacego UD, a napiecie wyjsciowe drugiego ukladu mnozacego UM2 jest podane na wejscie mianownikowe ukladu dzielacego UD. Uklad UD wykonuje dzielenie wartosci napiecia podanego na wejscie licznikowe przez wartosc napiecia podanego na wejscie mianownikowe ukladu UD.

W rezultacie omawianych dzialan matematycznych na napieciach, napiecie stale wyjsciowe ukladu dzielacego UD jest proporcjonalne do przetwarzanego wspólczynnika mocy czynnej. Napiecie to, po wzmocnieniu za pomoca wzmacniacza W2 jest nastepnie transformowane za pomoca transformatora napiecia stalego, w postaci prostownikowo-transformatorowego ukladu oddzielenia galwanicznego UO, na napiecie, które po wzmocnieniu za pomoca wzmacniacza W3, jest napieciem stalym wyjsciowym omawianego przetwornika wspólczynnika mocy czynnej.

Rozwiazanie ukladu przetwornika wspólczynnika mocy czynnej pozwala na ciagle wyznaczanie i przetwa¬ rzanie na prad staly wspólczynnika mocy czynnej przy dowolnie odksztalconych przebiegach napiecia i pradu wejsciowego, co pozwala na stosowanie w telemechanice przemyslowej, do kompleksowej automatyzacji obiektów przemyslowych, do centralnej rejestracji i przetwarzania danych, do automatyzacji pomiarów za pomoca komputerów oraz do prac badawczych w laboratoriach, zwlaszcza w obwodach elektrycznych o malych i duzych mocach, w obwodach o odksztalconych przebiegach napiecia i pradu, np. w ukladach tyrystorowych.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Uklad przetwornika wspólczynnika mocy czynnej na prad staly majacy prostownikowo-transformatoro¬ wy uklad oddzielenia galwanicznego, konwertery wartosci skutecznej napiecia, mnozniki analogowe i wzmacnia¬ cze napiecia oraz dzielnik napiecia i bocznik pradu, znamienny tym, ze zawiera dwa uklady operacyjne wartosci skutecznej napiecia (UPNi) i (UPNa), dwa uklady mnozace (UMt) i (UM2) oraz jeden uklad dzielacy (UD), przy czym wejscie pierwszego ukladu operacyjnego (UPNi) i jedno z dwóch wejsc pierwszego ukladu mnozacego (UMi) sa przylaczone do zródla napiecia wejsciowego 1uwe) za posrednictwem dzielnika napiecia (DN), zas wejscie drugiego ukladu operacyjnego (UPN2) i drugie wejscie pierwszego ukladu mnozacego (UMi) sa przylaczone do zródla pradu wejsciowego (iwe) za posrednictwem wzmacniacza napiecia (Wi) i bocznika pradu (B), natomiast wyjscia obu ukladów operacyjnych (UPNi) i (UPN2) sa przylaczone do wejsc drugiego ukladu mnozacego (UM2), a z kolei wyjscie ukladu (UMa) jest polaczone z jednym z dwóch wejsc ukladu dzielacego (UD), zas do drugiego wejscia ukladu dzielacego (UD) jest przylaczone wyjscie pierwszego ukladu mnozacego (UMi) za posrednictwem filtru usredniajacego (F), a nastepnie wyjscie ukladu dzielacego (UD) jest przylaczone do wejscia prostownikowo-transformatorowego ukladu oddzielenia galwanicznego (UO) za posrednictwem wzmacniacza (W2) i wreszcie do wyjscia ukladu (UO) jest przylaczony zewnetrzny obwód obciazenia (R0) za posrednictwem wzmacniacza (Wa).

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze ukladami operacyjnymi wartosci skutecznej napiecia (UPNi) i (UPN2) sa konwertery wartosci skutecznej, a ukladami mnozacymi (UMt) i(UM2) oraz ukladem dzielacym (UD) sa mnozniki analogowe.100 549 1 • L ^ L^ $1 Lrr^r-r-d L 1 l 7 * L rr M—i r* 1 ) 1 / 1 1 *¦ 1 c 1 1 *» < \ 1 "* 1 ^ li > • rG-H i | 1 3

3. 1 ^ \ i ^ ? / I 2 1 1 fi 1 «i H j J4 1 1 » 1 —1 * J—i c Prac. Poligraf. UPPRL naklad 120+18 Cena 45 z\