RU2209441C2 - Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала - Google Patents

Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала Download PDF

Info

Publication number
RU2209441C2
RU2209441C2 RU2001123118A RU2001123118A RU2209441C2 RU 2209441 C2 RU2209441 C2 RU 2209441C2 RU 2001123118 A RU2001123118 A RU 2001123118A RU 2001123118 A RU2001123118 A RU 2001123118A RU 2209441 C2 RU2209441 C2 RU 2209441C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
adder
output
phase
unit
Prior art date
Application number
RU2001123118A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001123118A (ru
Inventor
Б.А. Коробейников
Е.А. Беседин
А.М. Смаглиев
Original Assignee
Кубанский государственный технологический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный технологический университет filed Critical Кубанский государственный технологический университет
Priority to RU2001123118A priority Critical patent/RU2209441C2/ru
Publication of RU2001123118A publication Critical patent/RU2001123118A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2209441C2 publication Critical patent/RU2209441C2/ru

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Measuring Phase Differences (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, а более точно - к устройствам, предназначенным для выделения составляющих обратной последовательности напряжения, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока. Технический результат заключается в получении полного спектра симметричных составляющих электрического сигнала при высоких быстродействии и точности измерения сигнала в нестационарных режимах работы. В фильтре симметричных составляющих электрического сигнала зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока - с третьим входом первого сумматора. Зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока - с пятым входом первого сумматора, выход которого через неинвертирующий вход третьего пропорционального блока связан с первым выходом устройства. Он содержит третий и четвертый блоки дифференцирования, второй и третий сумматоры и четвертый и пятый пропорциональные блоки. Зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и первому входу третьего сумматора. Зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора - через инвертирующий вход первого пропорционального блока. Выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора - через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства. При работе устройства в нестационарном режиме на первом выходе формируется составляющая электрического сигнала обратной нулевой последовательности, на втором выходе - нулевой последовательности, на третьем выходе - прямой нулевой последовательности. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более точно - к устройствам, предназначенным дли выделения симметричных составляющих электрического сигнала, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока.
Известен измерительный преобразователь симметричных составляющих электрических величин (см. авт. свид. СССР 1432425 по кл. МПК7 G 01 R 29/16), содержащий первый фазоповоротный элемент и сумматор, выход которого является выходом измерительного преобразователя, второй и третий фазоповоротные элементы и четыре масштабирующих (или иначе - пропорциональных) блока, причем вход каждого фазоповоротного элемента подсоединен соответственно к клемме фазной входной электрической величины, выходы первого фазоповоротного элемента непосредственно, а второго и третьего через первый и второй масштабирующие (пропорциональные) блоки подключены к входам сумматора, входы второго и третьего фазоповоротных элементов объединены с входами соответственно третьего и четвертого масштабирующих (пропорциональных) блоков, выходы которых подключены к четвертому и пятому входам сумматора.
Данное устройство обладает высокой точностью работы при отклонении частоты контролируемого сигнала, однако его быстродействие ограничено наличием инерционных элементов. Кроме того, в устройстве прототипа первичный сигнал преобразуется не только по величине, как это имеет место и в предполагаемом устройстве, но и по фазе, что при работе в нестационарных режимах может привести к дополнительной погрешности измерения.
Известен фильтр напряжения обратной последовательности (см. патент РФ 2159939 по кл. МПК7 G 01 R 29/16), наиболее близкий к заявляемому техническому решению и принятый в качестве прототипа, в котором зажим фазы А подключен к первому входу сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока - с третьим входом сумматора, зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока - с пятым входом сумматора, выход которого связан с входом третьего пропорционального блока таким образом, что выход третьего пропорционального блока является выходом устройства.
Данный фильтр, обладая высокими быстродействием и точностью измерения, способен выделить только электрический сигнал обратной последовательности, что ограничивает его применение в устройствах релейной защиты и автоматики.
Предлагаемое изобретение позволяет получить полный спектр симметричных составляющих электрического сигнала при высоких быстродействии и точности измерения сигнала в нестационарных режимах работы.
Для реализации указанного технического результата фильтр симметричных составляющих электрического сигнала, в котором зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока - с третьим входом первого сумматора, зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока - с пятым входом первого сумматора, выход которого через неинвертирующий вход третьего пропорционального блока связан с первым выходом устройства, дополнительно содержит третий и четвертый блоки дифференцирования, второй и третий сумматоры и четвертый и пятый пропорциональные блоки, причем зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора - через инвертирующий вход первого пропорционального блока, причем выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора - через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства.
При работе устройства в нестационарном режиме на первом выходе формируется составляющая электрического сигнала обратной последовательности, на втором выходе - нулевой последовательности, на третьем выходе - прямой последовательности.
Все элементы предлагаемого устройства могут быть реализованы на безинерционных элементах, что гарантирует его высокое быстродействие при всех возможных режимах работы. Выделение полного спектра симметричных составляющих электрического сигнала без преобразования фазы первичного сигнала, в свою очередь, существенно повышает функциональные возможности фильтра при высокой точности работы.
На чертеже приведена структурная схема фильтра симметричных составляющих электрического сигнала.
Фильтр содержит первый 1 и второй 2 пропорциональные блоки, первый 3, третий 4, второй 5 и четвертый 6 блоки дифференцирования, первым сумматор 7, второй сумматор 8, третий сумматор 9, а также третий 10, четвертый 11 и пятый 12 пропорциональные блоки.
Зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора 7, первому входу второго сумматора 8 и первому входу третьего сумматора 9.
Зажим фазы В подключен ко второму входу второго сумматора 8 непосредственно, со вторым входом первого сумматора 7 связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования 3, а со вторым входом третьего сумматора 9 соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования 4. С третьим входом первого сумматора 7 и с третьим входом третьего сумматора 9 зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого пропорционального блока 1.
Зажим фазы С подключен к третьему входу второго сумматора 8 непосредственно, с четвертым входом первого сумматора 7 связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования 5, а с четвертым входом третьего сумматора 9 соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования 6. С пятым входом первого сумматора 7 и с пятым входом третьего сумматора 9 зажим фазы С связан через инвертирующий вход второго пропорционального блока 2.
Выход сумматора 7 соединен с неинвертирующим входом третьего пропорционального блока 10, выход которого является первым выходом рассматриваемого устройства.
Выход сумматора 8 соединен с неинвертирующим входом четвертого пропорционального блока 11, выход которого является вторым выходом рассматриваемого устройства.
Выход сумматора 9 соединен с неинвертирующим входом пятого пропорционального блока 12, выход которого является третьим выходом рассматриваемого устройства
Блоки 1-6 и 10-12 могут быть реализованы при помощи операционных усилителей. Коэффициент усиления пропорциональных блоков 1, 2, 10-12 определяется отношением сопротивлений на входе усилителя и в цепи обратной связи. Блоки дифференцирования 3-6 на входе содержат конденсатор, а в цепи обратной связи - резистор.
Действие устройства основано на использовании метода симметричных составляющих. Пусть имеется система фаз А, В и С, с зажимов которой снимаются электрические сигналы
Figure 00000002
соответственно, значения которых можно определить по выражениям
Figure 00000003

где Uа, Ub и Uс - амплитудные значения сигналов фаз А, В и С;
ω - угловая частота сигнала, ω = 2πf;
f - частота сигнала;
φ1 - угол, на который сигнал
Figure 00000004
опережает сигнал
Figure 00000005

φ2 - угол, на который сигнал
Figure 00000006
опережает сигнал
Figure 00000007

В соответствии с указанным методом выражение для составляющей прямой последовательности
Figure 00000008
электрического сигнала фазы А имеет вид
Figure 00000009

где а - оператор трехфазной системы;
Figure 00000010
е=2,71828... .
Выражение для составляющей обратной последовательности
Figure 00000011
электрического сигнала фазы А имеет вид
Figure 00000012

Выражение для составляющей нулевой последовательности
Figure 00000013
электрического сигнала фазы А имеет вид
Figure 00000014

Умножим вектор фазы В на операторы трехфазной системы. Используя формулу тригонометрического разложения синуса двух углов, получим
Figure 00000015

Figure 00000016

Аналогичные вычисления выполним для фазы С:
Figure 00000017

Figure 00000018

Выразим в выражениях (5) - (8) вторые слагаемые через производные сигналов
Figure 00000019
соответственно
Figure 00000020

Figure 00000021

Подставив формулы (9), (10) в выражения (5) - (8), получим
Figure 00000022

Figure 00000023

Figure 00000024

Figure 00000025

где К1=0,5;
Figure 00000026
при частоте напряжения f=50 Гц ω=314,16 с-1, К2=2,76•10-3 с.
Подставим выражения (11), (14) в выражение (2), а выражения (12), (13) - в выражение (3), в результате получим
Figure 00000027

Figure 00000028

где К3=1/3.
Из выражений (15) и (16) следует, что для получения сигнала прямой либо обратной последовательности одной фазы (например, фазы А), необходимо подать на соответствующий сумматор сигнал этой фазы, инвертированные масштабированные сигналы двух остальных фаз (коэффициент масштабирования K1=0,5), неинвертированный масштабированный сигнал производной сигнала фазы В и инвертированный масштабированный сигнал производной сигнала фазы С - для прямой последовательности, инвертированный масштабированный сигнал производной сигнала фазы В и неинвертированный масштабированный сигнал производной сигнала фазы С - для обратной последовательности (при частоте напряжения 50 Гц коэффициент масштабирования К2=2,76•10-3 с). Для получения сигнала нулевой последовательности достаточно сложить в соответствующем сумматоре сигналы всех трех фаз согласно выражению (4).
Чтобы окончательно выделить сигнал прямой, обратной либо нулевой последовательности, необходимо суммарный сигнал, сформированный на выходе соответствующего сумматора, умножить на коэффициент масштабирования К3=1/3.
Устройство работает следующим образом.
Контролируемый сигнал снимается с зажимов фаз А, В и С. Сигнал uа с зажима фазы А поступает непосредственно на первый вход первого сумматора 7, первый вход второго сумматора 8 и первый вход третьего сумматора 9. Сигнал ub с зажима фазы В разветвляется на инвертирующий вход первого блока дифференцирования 3, на неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования 4, на инвертирующий вход первого пропорционального блока 1 и на второй вход второго сумматора 8.
В первом блоке дифференцирования 3 сигнал ub инвертируется, дифференцируется и умножается на масштабирующий коэффициент К2. При этом на выходе блока 3 формируется сигнал -К2ub, который поступает на второй вход первого сумматора 7.
В третьем блоке дифференцирования 4 сигнал ub дифференцируется и умножается на масштабирующий коэффициент К2. При этом на выходе блока 4 формируется сигнал +К2ub, который поступает на второй вход третьего сумматора 9.
В пропорциональном блоке 1 сигнал фазы В ub инвертируется и масштабируется. Результирующий сигнал -К1ub с выхода блока 1 поступает на третий вход первого сумматора 7 и третий вход третьего сумматора 9.
Сигнал uc с зажима фазы С разветвляется на неинвертирующий вход второго блока дифференцирования 5, на инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования 6, на инвертирующий вход второго пропорционального блока 2 и на третий вход второго сумматора 8.
Во втором блоке дифференцирования 3 сигнал uc дифференцируется и умножается на масштабирующий коэффициент К2. При этом на выходе блока 5 формируется сигнал +К2uc который поступает на четвертый вход первого сумматора 7.
В четвертом блоке дифференцирования 6 сигнал uc инвертируется, дифференцируется и умножается на масштабирующий коэффициент К2. При этом на выходе блока 6 формируется сигнал -К2uc, который поступает на четвертый вход третьего сумматора 9.
В пропорциональном блоке 2 сигнал фазы С uc инвертируется и масштабируется. Результирующий сигнал -К1uc с выхода блока 2 поступает на пятый вход первого сумматора 7 и пятый вход третьего сумматора 9.
В результате суммирования входных сигналов на выходе первого сумматора 7 формируется сигнал, равный утроенному значению сигнала обратной последовательности фазы А, т.е. 3uа2, который поступает на неинвертирующий вход третьего пропорционального блока 10, где умножается на коэффициент К3. Таким образом, на выходе блока 10 формируется сигнал обратной последовательности uа2.
В результате суммирования входных сигналов на выходе второго сумматора 8 формируется сигнал, равный утроенному значению сигнала нулевой последовательности фазы А, т. е. 3uа0, который поступает на неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока 11, где умножается на коэффициент К3. Таким образом, на выходе блока 11 формируется сигнал нулевой последовательности uа0.
В результате суммирования входных сигналов на выходе третьего сумматора 9 формируется сигнал, равный утроенному значению сигнала прямой последовательности фазы А, т.е. 3uа1, который поступает на неинвертирующий вход пятого пропорционального блока 12, где умножается на коэффициент К3. Таким образом, на выходе блока 12 формируется сигнал прямой последовательности uа1.
Предлагаемое устройство за счет введения в него третьего и четвертого блоков дифференцирования, второго и третьего сумматоров, четвертого и пятого пропорциональных блоков, притом, что зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора - через инвертирующий вход первого пропорционального блока, причем выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора - через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства, при сохранении высоких быстродействия и точности измерения электрического сигнала в нестационарных режимах работы, позволяет одновременно с составляющей обратной последовательности получить составляющие прямой и обратной последовательности, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

Claims (1)

  1. Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала, в котором зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока - с третьим входом первого сумматора, зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока - с пятым входом первого сумматора, выход которого через неинвертирующий вход третьего пропорционального блока связан с первым выходом устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий и четвертый блоки дифференцирования, второй и третий сумматоры и четвертый и пятый пропорциональные блоки, причем зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора - через инвертирующий вход первого пропорционального блока, причем выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора - через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства.
RU2001123118A 2001-08-16 2001-08-16 Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала RU2209441C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123118A RU2209441C2 (ru) 2001-08-16 2001-08-16 Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123118A RU2209441C2 (ru) 2001-08-16 2001-08-16 Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001123118A RU2001123118A (ru) 2003-06-27
RU2209441C2 true RU2209441C2 (ru) 2003-07-27

Family

ID=29210256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001123118A RU2209441C2 (ru) 2001-08-16 2001-08-16 Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2209441C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662797C1 (ru) * 2017-10-04 2018-07-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Фильтр тока обратной последовательности

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662797C1 (ru) * 2017-10-04 2018-07-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Фильтр тока обратной последовательности

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2689343B2 (ja) 交流電力測定装置
RU2209441C2 (ru) Фильтр симметричных составляющих электрического сигнала
RU2159939C1 (ru) Фильтр напряжения обратной последовательности
CN112840217A (zh) 阻抗测定装置及阻抗测定装置中的负反馈电路的调整方法
JP3491676B2 (ja) 三相交流用測定器
JPS58133167A (ja) ２つの電気的交流量の共通周波数を求めるための装置
KR0139780B1 (ko) 능동 전력필터의 보상전류 검출회로 및 그 검출방법
GB2163264A (en) Measurement of multi-phase electrical machine torque
RU2686519C1 (ru) Цифровой феррозондовый магнитометр
KR100194670B1 (ko) 인버터 3상 전류의 d-q 변환장치
SU851284A1 (ru) Устройство дл измерени полных гармо-НичЕСКиХ СОпРОТиВлЕНий B МНОгОфАзНыХэлЕКТРичЕСКиХ СиСТЕМАХ C НЕлиНЕйНыМии НЕСиММЕТРичНыМи НАгРузКАМи
JPS5811010B2 (ja) 流体ノイズを利用した電磁流量計
JPH06160448A (ja) 電流ベクトルによる受動素子値測定装置
KR960014095B1 (ko) 서보제어 시스템용 상연산회로
KR100189937B1 (ko) 정현파 신호를 사용한 회전각 추정 장치 및 방법
SU798880A1 (ru) Четырехквадратное множительноеуСТРОйСТВО
SU864100A1 (ru) Устройство дл контрол твердости
SU1283664A1 (ru) Способ определени активной мощности в трехфазной цепи и устройство дл его осуществлени
JPH0468858B2 (ru)
SU1462213A1 (ru) Фильтр симметричных составл ющих напр жени трехфазной сети
JPH0795722A (ja) デジタル形距離継電器
KR20200031989A (ko) 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법 및 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 회로
SU1054794A1 (ru) Преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников
JPS6042660A (ja) 三相交流対称分検出装置
SU1456909A1 (ru) Устройство дл измерени составл ющих комплексных сопротивлений