Opublikowano: 25.111.1970 59362 KI. 21 e, 23/16 MKP G 01 r SJ5/46 UKD Twórca wynalazku: Wieslaw Paczkowski Wlasciciel patentu: Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa (Polska) Miernik harmonicznych 2 Przedmiotem wynalazku jest miernik harmonicz¬ nych przeznaczony do pomiaru procentowego wspólczynnika zawartosci znieksztalcen nielinio¬ wych wystepujacych w normalnej sieci energe¬ tycznej lub, po stabilizatorze o impedancji wyj- 5 sciowej zródla' mniejszej od 500 Q.Dodatkowo miernik ten moze byc uzyty jako. jed- nozakresowy woltomierz wartosci skutecznej od 10—250 V w pasmie czestotliwosci od 30 Hz — 10 kHz. 10 Powszechnie uzywanymi miernikami znieksztal¬ cen sa uklady zawierajace wiele elementów czyn¬ nych jak lampy i tranzystory, dla których niez¬ bedne jest dostarczenie energii z odpowiedniego zródla. Dzialanie tych mierników jest zalezne od 15 zasilania. Sa to przyrzady wymagajace odpowied¬ niego przygotowania zawodowego ze strony uzyt¬ kownika, skomplikowane i nie ekonomiczne, gdy zachodzi potrzeba wykonania pomiaru wspólczyn¬ nika znieksztalcen nieliniowych wylacznie w sieci 20 energetycznej., W przypadku zasilania istniejacych mierników z sieci, tracona jest w nich znaczna moc, a ponad¬ to wystepuje efekt oddzialywania tetnien wlasne¬ go zasilacza na dokladnosc pomiaru znieksztalcen. 25 Wspomniany efekt powoduje periodyczne wahania wskazówki miernika wychylowego, co utrudnia odczytanie wyniku, a nawet w szczególnych przy¬ padkach uniemozliwia wykonanie pomiaru.Uzywane powszechnie mierniki harmonicznych 30 nie sa przystosowane do wykonywania pomiaru wartosci skutecznej napiecia w isieci energetycznej oraiz wymagaja czestego korygowania czulosci i czestotliwosci wlasnego generatora w przypadku, gdy waha sie wartosc napiecia w sieci lub, wyste¬ puje gwaltowny skok czestotliwosci o 1 Hz. Nieza¬ uwazenie tych wahan przez wykonujacego pomiar powoduje dodatkowy wzrost bledu pomiaru o ojko- lo 10—15%.Istniejace dotychczas mierniki harmonicznych wymagaja regulacji kilku elementów dla uzyska¬ nia wymaganej czulosci i zestrojenia. Konstrukcja taka wydluza znacznie czas pomiaru wspólczynni¬ ka zawartosci znieksztalcen nieliniowych w siecL Dotychczas znanych jest wiele metod pomiaro¬ wych dla okreslenia wspólczynnika zawartosci har¬ monicznych w szerokim zakresie czestotliwosci.Metody te sa oparte o róznego rodzaju mostki re¬ zonansowe, które ze wzgledu na duza uniwersal¬ nosc tj. na duza szerokosc pasma czestotliwosci i duze zakresy napiec, sa wmontowane w rozbu¬ dowane uklady elektroniczne.Metody stosowane do pomiaru wspólczynnika znieksztalcen nieliniowych sa skomplikowane a przyrzady drogie.Celem wynalazku jest usuniecie wad w istnie¬ jacych przyrzadach pomiarowych, obnizenie kosz¬ tów, oraz skrócenie czasu pomiaru wspólczynnika zawartosci znieksztalcen nieliniowych w normal¬ nej sieci energetycznej lub po stabilizatorze na- 59362HT«." 59362 3 4 piecia sieci o impedancji wyjsciowej mniejszej od 500 Q.Cel ten zostal osiagniety przez niniejszy wyna¬ lazek w którym zastosowane sa elementy bierne • tj. oporniki i kondensatory.Na wejsciu miernika harmonicznych znajduje sie pierwsza plytka przelacznika wielopolozeniowego, do której podlaczony jest opornik odniesienia i filtr srodkowo-zaporowy w ukladzie podwójne T zlozo¬ ny z galezi oporników polaczonych szeregowo z i: a [w&czonym pomiedzy te oporniki jednym koncem v ^'leb^ensatora, oraz dwóch kondensatorów z wla¬ czonym pomiedzy te kondensatory jednym koncem opornikiem. Wyjscie filtru obciazone jest stala im- pendancja zlozona z oporników, oraz poprzez dru¬ ga plytke przelacznika wielopolozeniowego i kon¬ densator z pelnookresowym prostownikiem diodo¬ wym obciazonym mostkiem pomiarowym zlozo¬ nym z oporników i wskaznika wychylowego pradu stalego. Pomiedzy plytki przelacznika wielopolo¬ zeniowego wlaczony jest opornik odniesienia. W galezi prostownika diodowego po stronie pradu wyprostowanego znajduje sie obciazajacy mostek pomiarowy zlozony z opornika stalego i opornika regulowanego polaczonych szeregowo, a równole¬ gle do tych oporników wlaczony jest przez opornik wskalzmik wychylowy pradu stalego.Takie opracowanie miernika harmonicznych da¬ lo wyeliminowanie efektu oddzialywania zasilacza wlasnego na dokladnosc pomiaru wspólczynnika znieksztalcen nieliniowych, oraz umozliwilo szyb¬ kie i proste pomiary, poniewaz nie istnieje ko¬ niecznosc czestego korygowania wielu elementów równoczesnie.Wykonanie pomiaru wspólczynnika znieksztal¬ cen nieliniowych wykonuje sie bezposrednio po wlaczeniu miernika harmonicznych do sieci bez odczekiwania na ustabilizowanie sie elementów czynnych, co równiez skraca czas pomiaru i uprasz¬ cza obsluge.Filtr srodkowo-zaporowy typu podwójne T zbu¬ dowany z elementów biernych to jest oporników R i kondensatorów C wykorzystany w mierniku upraszcza budowe, zmniejsza wymiary gabarytom we i obniza koszty produkcji miernika harmonicz¬ nych.Obciazenie filtru poprzez kondensator, ukladem pelnookresowego prostownika diodowego zamknie¬ tego mostkiem w obwodzie pradu stalego i wskaz¬ nika wychylowego, umozliwia wykonanie pomiaru wspólczynnika znieksztalcen nieliniowych przy plynnych wahaniach napiecia w przedziale 100— —250 V, co czyni miesnik harmonicznych przyrza¬ dem bardziej uniwersalnym, poniewaz istniejace dwa znamionowe napiecia 110 V i 220 V beda w calosci pokryte zakresem pomiarowym miernika.Zastosowanie dwusekcyjnego przelacznika wie¬ lopolozeniowego umozliwia wykonanie pomiaru wspólczynnika w kilku zakresach, oraz czyni mier¬ nik normalnym jednozakresowym woltomierzem wartosci skutecznej napiecia w sieci energetycznej lub woltomierzem przystosowanym do pomiarów napiec w pasmie 30 Hz — 10 kHz.Zasada pomiaru wspólczynnika znieksztalcen nie¬ liniowych oparta jest o zaleznosc VtA + u! + - + u* h = 2 3 • 100% J/ui+u22 + -+< przy czym, h — oznacza wartosc wspólczynnika znieksztalcen w %, Ui — wartosc skuteczna ampli¬ tudy czestotliwosci podstawowej 50 Hz, U2, U3...Un — wartosci skuteczne amplitud wyzszych har¬ monicznych wystepujacych w sieci.Zastosowany w wynalazku filtr srodkowo zapo¬ rowy w ukladzie podwójne T doprowadzony jest do rezonansu dla czestotliwosci 50 Hz w oparciu o zaleznosc xo 2;t RC przy czym, fo — (oznacza czestotliwosc rezonansowa, R — rezystancje w pojedynczej galezi filtru, C — pojemnosc w pojedynczej galezi filtru.Filtr podwójne T jest ukladem zaporowym dla czestotliwosci rezonansowej ale przepustowym dla czestotliwosci wyzszych harmonicznych i ma te wlasnosc, ze w punkcie podlaczenia oporników R5 i Re plyna dwa prady przeciwnie skierowane o czestotliwosci 50 Hz wskutek czego suma pradu jednej galezi Ij i pradu drugiej galezi I2 równa jest zero.Wlasnosc filtru podwójne T zostala wykorzysta¬ na do opracowania niniejszego wynalazku, a ob¬ ciazenie go stala impedatncja zlozona z rezystancji i impedancji ukladu prostownika ze wskaznikiem wychylowym, umozliwia pomiar wartosci sumy amplitud poszczególnych harmonicznych, które de¬ cyduja o zawartosci znieksztalcen nieliniowych w. sieci energetycznej.Uklad elektryczny przedstawiony jest na rysun¬ ku. Na wejsciu miernika harmonicznych znajduje sie pierwsza plytka przelacznika wielopolozeniowe¬ go A, do której podlaczony jest opornik odniesie¬ nia R4 i filtr srodkowo zaporowy w ukladzie po¬ dwójne T zlozony z galezi oporników B^ i R2 pola¬ czonych szeregowo z wlaczonym pomiedzy te opor¬ niki jednym koncem kondensatorem C3 oraz dwóch kondensatorów ^ i C2 z wlaczonym pomiedzy te kondensatory jednym koncem opornikiem R3.Wyjscie filtru obciazone jest stala impedancja zlozona z opornika R5, oporników R6, R7, R*, oraz poprzez druga plytke przelacznika wilopolozenio- wego B i kondensator C4 z pelnookresowym pro¬ stownikiem diodowym Pr obciazonym mostkiem pomiarowym zlozonym z oporników R9, Rio, RP i wskaznika wychylowego' pradu stalego M. Pomie¬ dzy plytki przelacznika wielopolozeniowego A-B wlaczony jest opornik odniesienia R4. W galezi prostownika diodowego Pr po stronie pradu wy¬ prostowanego znajduje sie obciazajacy mostek po¬ miarowy zlozony ;z oporników Rfl i Rp, polaczonych szeregowo, a równolegle do tych oporników wla¬ czony jest przez opornik Ri0 wskaznik wychylowy pradu stalego M.Po wlaczeniu miernika harmonicznych do zródla przelacznik A-B laczy opornik R4 z prostownikiem Pr. Potencjometrem Rp nalezy ustawic wskazów¬ ke wskaznika wychylowego M na oznaczona dzial¬ ke na skali, co ustala czulosc ukladu pomiarowe- 10 15 20 25 80 35 40 45 50 55 605 59362 6 go proporcjonalna do wartosci skutecznej napie¬ cia w sieci.Nastepnie przelaczajac przelacznik A—B w ko¬ lejne polozenia, odczytuje sie na wskazniku M pro¬ centowa zawartosc wspólczynnika znieksztalcen nieliniowych w badanym zródle.Miernik harmonicznych' spelnia równiez role woltomierza wartosci skutecznej napiecia. W tym celu nalezy przelacznik A—B ustawic w lewe skrajne polozenie, nastepnie wlaczyc miernik har¬ monicznych do zródla o znanej wartosci skutecz¬ nej napiecia np. 100 V lub 250 V i potencjometrem Rp ustawic wskazówke wskaznika wychylowego M na pelne wychylanie. Jest to operacja cechowa¬ nia, po której miernik harmonicznych staje sie normalnym woltomierzem wartosci skutecznej na¬ piecia w dwu zakresach pomiarowych^ Pierwszy zakres pomiarowy wynosi 0—100 V i drugi zakres pomiarowy wynosi 0—250 V. 20 PL