RU2510514C1 - Reverse sequence current transducer - Google Patents

Reverse sequence current transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2510514C1
RU2510514C1 RU2012129925/28A RU2012129925A RU2510514C1 RU 2510514 C1 RU2510514 C1 RU 2510514C1 RU 2012129925/28 A RU2012129925/28 A RU 2012129925/28A RU 2012129925 A RU2012129925 A RU 2012129925A RU 2510514 C1 RU2510514 C1 RU 2510514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
current
voltage
resistor
low
Prior art date
Application number
RU2012129925/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012129925A (en
Inventor
Татьяна Сергеевна Козлова
Геннадий Евграфович Кувшинов
Наталья Викторовна Савина
Денис Борисович Соловьёв
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
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 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
Priority to RU2012129925/28A priority Critical patent/RU2510514C1/en
Publication of RU2012129925A publication Critical patent/RU2012129925A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510514C1 publication Critical patent/RU2510514C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: proposed transducer comprises the following main components: reverse sequence voltage filter, first and second differentiating inductive current inverters with their coils inductively coupled with current conductors of three-phase three-wire circuit and low-pass filter. Said reverse sequence voltage filter with output clips is composed of RC circuit including capacitors and trimmer resistors. Said filter is tuned so that in measurement of sine currents of direct sequence the voltage between said clips in steady state equals zero. Low-pass filter has complex-conjugated bands while peak of filter skirt corresponds to the source rated frequency. Filter suppresses higher harmonics to make said voltage between said clips in steady state, in fact, proportional to revere sequence current first harmonic.
EFFECT: higher selectivity and sensitivity of transducer at high content of higher harmonics.
2 cl, 5 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к средствам измерения электрических величин, в частности к средствам для измерения асимметрии в трехфазных сетях, при наличии высших гармоник в измеряемых токах.The invention relates to means for measuring electrical quantities, in particular to means for measuring asymmetry in three-phase networks, in the presence of higher harmonics in the measured currents.

Известны измерительные преобразователи тока обратной последовательности, содержащие трансформаторы тока и фильтры тока обратной последовательности (см. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. - М., Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 344 с. (Аналог. - С.79-98, фиг.: 4-1, 4-3, 4-9 и 4-10, таблицы: 4-2 и 4-5.)Known negative-sequence current transducers containing current transformers and reverse sequence current filters (see Atabekov G.I. Theoretical foundations of relay protection of high-voltage networks. - M., L .: Gosenergoizdat, 1957. - 344 pp. (Analog. - C .79-98, Fig.: 4-1, 4-3, 4-9 and 4-10, tables: 4-2 and 4-5.)

Эти аналоги обладают двумя общими недостатками. Первый и наиболее важный из них - это высокие значения массы, габаритных размеров и стоимости трансформаторов тока, что приводит к редкому использованию таких измерительных преобразователей тока обратной последовательности в устройствах релейной защиты. Второй недостаток заключается в том, что фильтры тока обратной последовательности в качестве выходного сигнала имеют ток, замыкающийся через выходные зажимы этих фильтров. Такие фильтры должны работать в режиме, близком к короткому замыканию, то есть иметь низкое сопротивление нагрузки. В этом случае в качестве нагрузки обычно применяют токовое реле. Современные решения релейной защиты строятся на основе цифровой техники. При этом аналоговый сигнал измерительного преобразователя подается на обладающий высоким сопротивлением вход аналого-цифрового преобразователя. Следовательно, для сопряжения с аналого-цифровым преобразователем выходные зажимы фильтров тока обратной последовательности должны подключаться к шунту, а напряжение, снимаемое с этого шунта, подается на вход аналого-цифрового преобразователя. Очевидно, что при использовании шунта коэффициент добротности, равный отношению полной мощности на входе аналого-цифрового преобразователя к полной мощности той же последовательности на входе фильтров тока обратной последовательности, крайне мал. Этот вывод свидетельствует о нерациональном использовании конденсаторов и резисторов (или других элементов), из которых составлен фильтр.These analogues have two common disadvantages. The first and most important of these is the high mass, overall dimensions and cost of current transformers, which leads to the rare use of such reverse-sequence current transducers in relay protection devices. The second disadvantage is that the negative sequence current filters have a current that closes through the output terminals of these filters as the output signal. Such filters should work in a mode close to short circuit, that is, have a low load resistance. In this case, a current relay is usually used as the load. Modern relay protection solutions are based on digital technology. In this case, the analog signal of the measuring transducer is fed to a high-resistance input of the analog-to-digital converter. Therefore, to interface with an analog-to-digital converter, the output terminals of the reverse sequence current filters must be connected to the shunt, and the voltage taken from this shunt is fed to the input of the analog-to-digital converter. Obviously, when using a shunt, the quality factor, equal to the ratio of the total power at the input of the analog-to-digital converter to the total power of the same sequence at the input of the reverse sequence current filters, is extremely small. This conclusion indicates the irrational use of capacitors and resistors (or other elements) of which the filter is composed.

Известен также измерительный преобразователь тока обратной последовательности, содержащий первый и второй дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока, имеющие одинаковые параметры своих катушек, в том числе одинаковые взаимные индуктивности соответственно с первым и вторым токопроводами трехфазной цепи, причем для прямой симметричной составляющей синусоидальных напряжений этой цепи фазное напряжение первого токопровода на 2 3 π

Figure 00000001
опережает фазное напряжение второго токопровода, и фильтр напряжения обратной последовательности, представляющий собой резисторно-конденсаторную цепь, подключенную к первому, второму и третьему входным зажимам, а также к первому и второму выходным зажимам этого фильтра, к первому и третьему входным зажимам которого подключены соответственно начало катушки первого и конец катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а конец катушки первого и начало катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока подключены ко второму входному зажиму этого фильтра, при этом между первым входным и первым выходным зажимами этого фильтра подключен первый конденсатор, между первым выходным и вторым входным зажимами фильтра - первый резистор, между вторым входным и вторым выходным зажимами фильтра - последовательное соединение второго конденсатора и второго резистора и между вторым выходным и третьим входным зажимами фильтра - третий резистор, причем при номинальном значении частоты трехфазной цепи, с которой связан указанный измерительный преобразователь, и при отключенной от выходных зажимов фильтра нагрузке ток участка резисторно-конденсаторной цепи, включенной между первым и вторым входными зажимами фильтра, опережает синусоидальную ЭДС катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, подключеной между этими зажимами, на π/6, сопротивление второго конденсатора в 3
Figure 00000002
раз больше сопротивления третьего резистора, сопротивление второго резистора в 3
Figure 00000003
раз больше индуктивного сопротивления катушки второго дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, а емкостное сопротивление первого конденсатора равно сумме индуктивного сопротивления катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока и деленного на 3
Figure 00000004
сопротивления первого резистора (см. патент РФ №2426138, МПК G01R 29/16, 2011 г.).Also known is a negative-sequence current measuring transducer containing the first and second differentiating induction measuring current transducers having the same parameters of their coils, including the same mutual inductances, respectively, with the first and second current conductors of a three-phase circuit, and for the direct symmetrical component of sinusoidal voltages of this circuit, the phase voltage first conductor on 2 3 π
Figure 00000001
ahead of the phase voltage of the second current lead, and the negative sequence voltage filter, which is a resistor-capacitor circuit connected to the first, second and third input terminals, as well as to the first and second output terminals of this filter, to the first and third input terminals of which the beginning is connected coils of the first and the end of the coil of the second differentiating induction measuring current transducers, and the end of the coil of the first and the beginning of the coil of the second differentiating induction current measuring current transducers are connected to the second input terminal of this filter, while the first capacitor is connected between the first input and first output terminals of this filter, the first resistor is connected between the first output and second input terminals of the filter, and the serial connection of the second is connected between the second input and second output terminals of the filter a capacitor and a second resistor, and between the second output and third input terminals of the filter, a third resistor, and at a nominal frequency of a three-phase circuit with which the specified measuring transducer is occupied, and when the load is disconnected from the output terminals of the filter, the current of the resistor-capacitor circuit connected between the first and second input terminals of the filter is ahead of the sinusoidal EMF of the coil of the first differentiating induction current measuring transducer connected between these terminals by π / 6, the resistance of the second capacitor in 3
Figure 00000002
times the resistance of the third resistor, the resistance of the second resistor is 3
Figure 00000003
times the inductive resistance of the coil of the second differentiating induction current measuring transducer, and the capacitance of the first capacitor is equal to the sum of the inductive resistance of the coil of the first differentiating induction measuring current transducer and divided by 3
Figure 00000004
the resistance of the first resistor (see RF patent No. 2426138, IPC G01R 29/16, 2011).

Недостаток прототипа заключается в том, что его селективность и чувствительность снижаются с увеличением содержания высших гармоник в измеряемых токах. Из-за наличия высших гармоник и при отсутствии составляющей обратной последовательности в первых гармониках измеряемых токов выходное напряжение прототипа не равно нулю. Если амплитуды высших гармоник малы, то для исключения ложных срабатываний защиты необходимо снижать ее чувствительность к наличию составляющей обратной последовательности в первых гармониках измеряемых токов, которая имеет место, например, при обрыве одной фазы цепи, к которой подключен прототип. При больших значениях амплитуд высших гармоник селективность защиты, получающей информацию от прототипа, обеспечить невозможно.The disadvantage of the prototype is that its selectivity and sensitivity decrease with increasing content of higher harmonics in the measured currents. Due to the presence of higher harmonics and in the absence of a negative sequence component in the first harmonics of the measured currents, the prototype output voltage is not equal to zero. If the amplitudes of the higher harmonics are small, then in order to eliminate false positives of the protection, it is necessary to reduce its sensitivity to the presence of a component of the reverse sequence in the first harmonics of the measured currents, which occurs, for example, when one phase of the circuit to which the prototype is connected is interrupted. At high amplitudes of higher harmonics, the selectivity of protection receiving information from the prototype cannot be ensured.

Высшие гармоники генерирует электрооборудование, в состав которого входят элементы с нелинейными характеристиками. В частности, к такому электрооборудованию относятся неуправляемые или управляемые выпрямители, в цепи нагрузки которых имеется достаточно большое индуктивное сопротивление. Фазный входной ток таких выпрямителей представляет собой знакопеременную последовательность импульсов, близких по форме к трапеции. Только передний и задний фронты у такой трапеции образованы отрезками не прямых линий, а синусоид. Дифференцирующие индукционные преобразователи тока, измеряющие не токи, а их производные, преобразуют каждую трапецию в два импульса, протяженность которых равна длительности переднего и заднего фронтов трапеций. Форма импульсов ЭДС, наводимых при этом в катушках дифференцирующих индукционных преобразователей, изменяется от близкой к треугольной, при угле управления тиристорами управляемого выпрямителя, равном нулю, до близкой к прямоугольной, когда угол управления приближается к π/2. Продолжительность этих импульсов составляет всего несколько градусов. Такая форма указанных ЭДС, которые подводятся к входам измерительного преобразователя напряжения обратной последовательности, далека от синусоидальной. Поэтому в установившемся режиме, при полной симметрии измеряемых входных токов, выходное напряжение измерительного преобразователя - прототипа не равно нулю.Higher harmonics are generated by electrical equipment, which includes elements with non-linear characteristics. In particular, such electrical equipment includes uncontrolled or controlled rectifiers, in the load circuit of which there is a sufficiently large inductive resistance. The phase input current of such rectifiers is an alternating sequence of pulses close in shape to a trapezoid. Only the leading and trailing edges of such a trapezoid are formed by segments of not sinuous lines, but of a sinusoid. Differentiating induction current transducers, measuring not currents but their derivatives, transform each trapezoid into two pulses, the length of which is equal to the duration of the leading and trailing edges of the trapezoid. The shape of the EMF pulses induced in the coils of the differentiating induction converters varies from close to triangular, when the thyristor control angle of the controlled rectifier is zero, to close to rectangular, when the control angle approaches π / 2. The duration of these pulses is only a few degrees. This form of these EMFs, which are fed to the inputs of the measuring transducer voltage of the negative sequence, is far from sinusoidal. Therefore, in the steady state, with complete symmetry of the measured input currents, the output voltage of the measuring transducer - prototype is not equal to zero.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение селективности и чувствительности измерительного преобразователя тока обратной последовательности при высоком содержании высших гармоник в токах этой цепи.The task to which the claimed technical solution is directed is to increase the selectivity and sensitivity of the measuring transducer current negative sequence with a high content of higher harmonics in the currents of this circuit.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем: в выходном напряжении измерительного преобразователя тока обратной последовательности подавляются высшие гармоники. При этом такой преобразователь реагирует, главным образом, на первые гармоники измеряемых токов. При симметричной системе этих гармоник, когда они образованы составляющими только прямой последовательности, выходное напряжение измерительного преобразователя тока обратной последовательности пренебрежимо мало. Если же эта система несимметрична, то искажение формы выходного напряжения рассматриваемого измерительного преобразователя мало, и это напряжение практически пропорционально первой гармонической составляющей тока обратной последовательности для системы токов, измеряемых этим преобразователем.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in the following: higher harmonics are suppressed in the output voltage of the measuring transducer of the current of negative sequence. In this case, such a converter reacts mainly to the first harmonics of the measured currents. With a symmetric system of these harmonics, when they are formed by components of only the direct sequence, the output voltage of the measuring transformer of the current of the negative sequence is negligible. If this system is asymmetrical, then the distortion in the shape of the output voltage of the measuring transducer under consideration is small, and this voltage is almost proportional to the first harmonic component of the negative sequence current for the system of currents measured by this transducer.

Для решения поставленной задачи в измерительный преобразователь тока обратной последовательности, содержащий первый и второй дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока, имеющие одинаковые параметры своих катушек, в том числе одинаковые взаимные индуктивности соответственно с первым и вторым токопроводами трехфазной цепи, причем для прямой симметричной составляющей синусоидальных напряжений этой цепи фазное напряжение первого токопровода на 2 3 π

Figure 00000005
опережает фазное напряжение второго токопровода, и фильтр напряжения обратной последовательности, представляющий собой резисторно-конденсаторную цепь, подключенную к первому, второму и третьему входным зажимам, а также к первому и второму выходным зажимам этого фильтра, к первому и третьему входным зажимам которого подключены соответственно начало катушки первого и конец катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а конец катушки первого и начало катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока подключены ко второму входному зажиму этого фильтра, при этом между первым входным и первым выходным зажимами этого фильтра подключен первый конденсатор, между первым выходным и вторым входным зажимами фильтра - первый резистор, между вторым входным и вторым выходным зажимами фильтра - последовательное соединение второго конденсатора и второго резистора и между вторым выходным и третьим входным зажимами фильтра - третий резистор, причем при номинальном значении частоты трехфазной цепи, с которой связан указанный измерительный преобразователь, и при отключенной от выходных зажимов фильтра нагрузке ток участка резисторно-конденсаторной цепи, включенной между первым и вторым входными зажимами фильтра, опережает синусоидальную ЭДС катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, подключеной между этими зажимами, на π/6, сопротивление второго конденсатора в 3
Figure 00000006
раз больше сопротивления третьего резистора, сопротивление второго резистора в 3
Figure 00000007
раз больше индуктивного сопротивления катушки второго дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, а емкостное сопротивление первого конденсатора равно сумме индуктивного сопротивления катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока и деленного на 3
Figure 00000008
сопротивления первого резистора, введен фильтр нижних частот, который имеет порядок не ниже второго, а максимум амплитудной частотной характеристики этого фильтра соответствует номинальной частоте источника, причем первый и второй входные зажимы указанного фильтра нижних частот подключены соответственно к первому и второму выходным зажимам упомянутого фильтра напряжения обратной последовательности, а выходные зажимы указанного фильтра нижних частот являются выходными зажимами измерительного преобразователя тока обратной последовательности.To solve the problem in a measuring transformer of current in the reverse sequence, containing the first and second differentiating induction measuring transducers of current having the same parameters of their coils, including the same mutual inductances, respectively, with the first and second conductors of a three-phase circuit, and for the direct symmetrical component of sinusoidal voltages of this circuit phase voltage of the first current lead on 2 3 π
Figure 00000005
ahead of the phase voltage of the second current lead, and the negative sequence voltage filter, which is a resistor-capacitor circuit connected to the first, second and third input terminals, as well as to the first and second output terminals of this filter, to the first and third input terminals of which the beginning is connected coils of the first and the end of the coil of the second differentiating induction measuring current transducers, and the end of the coil of the first and the beginning of the coil of the second differentiating induction current measuring current transducers are connected to the second input terminal of this filter, while the first capacitor is connected between the first input and first output terminals of this filter, the first resistor is connected between the first output and second input terminals of the filter, and the serial connection of the second is connected between the second input and second output terminals of the filter a capacitor and a second resistor, and between the second output and third input terminals of the filter, a third resistor, and at a nominal frequency of a three-phase circuit with which the specified measuring transducer is occupied, and when the load is disconnected from the output terminals of the filter, the current of the resistor-capacitor circuit connected between the first and second input terminals of the filter is ahead of the sinusoidal EMF of the coil of the first differentiating induction current measuring transducer connected between these terminals by π / 6, the resistance of the second capacitor in 3
Figure 00000006
times the resistance of the third resistor, the resistance of the second resistor is 3
Figure 00000007
times the inductive resistance of the coil of the second differentiating induction current measuring transducer, and the capacitance of the first capacitor is equal to the sum of the inductive resistance of the coil of the first differentiating induction measuring current transducer and divided by 3
Figure 00000008
the resistance of the first resistor, a low-pass filter is introduced, which is of the order of at least the second, and the maximum amplitude frequency response of this filter corresponds to the nominal frequency of the source, the first and second input terminals of the specified low-pass filter connected to the first and second output terminals of the said reverse voltage filter sequence, and the output terminals of the specified low-pass filter are the output terminals of the measuring transformer reverse current features.

Кроме того, передаточная функция упомянутого фильтра нижних частот выполняется с двукратными комплексно-сопряженными полюсами.In addition, the transfer function of the said low-pass filter is performed with double complex conjugate poles.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки предлагаемого технического решения выполняют следующие функциональные задачи.In this case, the distinguishing features of the proposed technical solution perform the following functional tasks.

Признаки: «…введен фильтр нижних частот, который имеет порядок не ниже второго,… причем первый и второй входные зажимы указанного фильтра нижних частот подключены соответственно к первому и второму выходным зажимам упомянутого фильтра напряжения обратной последовательности, а выходные зажимы указанного фильтра нижних частот являются выходными зажимами измерительного преобразователя тока обратной последовательности» позволяют при наличии высших гармоник в токах защищаемой трехфазной цепи снизить коэффициент гармоник выходного напряжения устройства по сравнению с коэффициентом гармоник токов защищаемой трехфазной цепи, полностью компенсируя при этом присущий прототипу дифференцирующий эффект. Этот эффект, приводящий к росту коэффициента гармоник выходного напряжения фильтра напряжения обратной последовательности, создается под действием как дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, так и первого конденсатора.Signs: “... a low-pass filter has been introduced, which has an order of at least the second, ... and the first and second input terminals of the specified low-pass filter are connected respectively to the first and second output terminals of the reverse voltage filter, and the output terminals of the specified low-pass filter are output the clamps of the measuring transducer of the current of the negative sequence ”allows to reduce the harmonic coefficient of the output conjugation device compared with harmonic coefficient currents of three-phase protected circuit while fully compensating for the prototype inherent differentiating effect. This effect, which leads to an increase in the harmonic coefficient of the output voltage of the negative sequence voltage filter, is created by the action of both differentiating induction measuring current transducers and the first capacitor.

Признак «…максимум амплитудной частотной характеристики этого фильтра соответствует номинальной частоте источника…» позволяет уменьшить чувствительность передаточного коэффициента по напряжению (отношения модулей выходного напряжения к входному) фильтра нижних частот к отклонению частоты трехфазной цепи, к которой подключен измерительный преобразователь тока обратной последовательности.The sign "... the maximum amplitude frequency response of this filter corresponds to the nominal frequency of the source ..." allows you to reduce the sensitivity of the voltage transfer coefficient (the ratio of the output voltage modules to the input) of the low-pass filter to the frequency deviation of the three-phase circuit to which the negative-sequence current transducer is connected.

Признак основного пункта формулы изобретения «…максимум амплитудной частотной характеристики этого фильтра соответствует номинальной частоте источника…» и признак дополнительного пункта формулы изобретения «…передаточная функция упомянутого фильтра нижних частот выполняется с двукратными комплексно-сопряженными полюсами» определяют, что при аналоговом исполнении фильтра он представляет собой каскадное соединение двух одинаковых фильтров нижних частот. Каждый из фильтров может быть выполнен на базе одного операционного усилителя и имеет низкодобротные полюсы. Применение таких двух фильтров, по сравнению с одним фильтром нижних частот средней или высокой добротности, обеспечивает такое же подавление высших гармоник, содержащихся в его входном напряжении, но обладает тремя преимуществами. Во-первых, упрощается подбор конденсаторов и резисторов фильтра, и облегчается настройка требуемых параметров фильтра. Во-вторых, уменьшается снижение выходного сигнала фильтра при отклонении частоты его входного напряжения. В-третьих, снижается время переходных процессов в фильтре.The sign of the main claim "... the maximum amplitude frequency response of this filter corresponds to the nominal frequency of the source ..." and the sign of the additional claim "... the transfer function of the said low-pass filter is performed with double complex conjugate poles" determines that it represents a cascade connection of two identical low-pass filters. Each of the filters can be made on the basis of one operational amplifier and has low-quality poles. The use of these two filters, in comparison with one low-pass filter of medium or high quality factor, provides the same suppression of the higher harmonics contained in its input voltage, but has three advantages. Firstly, the selection of filter capacitors and resistors is simplified, and the adjustment of the required filter parameters is facilitated. Secondly, the decrease in the output signal of the filter when the frequency deviation of its input voltage decreases. Thirdly, the time of transients in the filter is reduced.

Выходной фильтр нижних частот может быть реализован в цифровом виде как программа микропроцессора. При аналоговой реализации можно выполнить фильтр пассивным или активным, на основе операционного усилителя.The output low-pass filter can be digitally implemented as a microprocessor program. With an analog implementation, a filter can be passive or active based on an operational amplifier.

Пассивный фильтр представляет собой нагруженный на резистор четырехполюсник, состоящий из реакторов и конденсаторов. Такой фильтр, при использовании его в составе рассматриваемого устройства имеет следующие недостатки: отсутствие промышленно выпускаемых реакторов с требуемыми значениями их индуктивностей и расчетных токов, отклонение реальных значений емкостей конденсаторов от их номинальных значений; трудность настройки требуемых параметров передаточной функции такого фильтра.A passive filter is a quadrupole loaded on a resistor, consisting of reactors and capacitors. Such a filter, when used as part of the device under consideration, has the following disadvantages: the absence of industrially produced reactors with the required values of their inductances and rated currents, the deviation of the real values of the capacitance of the capacitors from their nominal values; the difficulty of setting the required parameters of the transfer function of such a filter.

Лишенные этих недостатков активные фильтры вытеснили пассивные фильтры во всех областях электротехники, кроме применения фильтров в выходных каскадах силовых полупроводниковых преобразователей. Активные фильтры состоят из резисторов, конденсаторов и операционных усилителей. Настройка требуемых параметров передаточной функции фильтра упрощается тем, что некоторые резисторы фильтра являются переменными. Известно несколько вариантов схем активного фильтра: с однопетлевой или с многопетлевой обратной связью, с подачей сигнала на инвертирующий или неинвертирующий входы операционного усилителя.Active filters, deprived of these drawbacks, replaced passive filters in all areas of electrical engineering, except for the use of filters in the output stages of power semiconductor converters. Active filters consist of resistors, capacitors, and operational amplifiers. Setting the required parameters of the filter transfer function is simplified by the fact that some filter resistors are variable. There are several options for active filter circuits: with single-loop or multi-loop feedback, with a signal to the inverting or non-inverting inputs of the operational amplifier.

Наилучшим образом для использования совместно с пятиэлементным фильтром напряжения обратной последовательности подходят два равноценных варианта активных низкодобротных фильтров нижних частот, которые состоят из минимального числа элементов: одного операционного усилителя, трех резисторов и двух конденсаторов. В первом из этих вариантов в качестве сигнального используется инвертирующий вход операционного усилителя, а во втором варианте - неинвертирующий вход.It is best suited for use with a five-element negative sequence voltage filter that is suitable for two equivalent low-quality active low-pass filters, which consist of a minimum number of elements: one operational amplifier, three resistors and two capacitors. In the first of these options, the inverting input of the operational amplifier is used as a signal, and in the second version, a non-inverting input.

В качестве цифрового фильтра целесообразно применять рекурсивные фильтры, у которых функции передачи синтезируют на основании передаточной функции аналогового прототипа. В настоящее время частота дискретизации цифровых фильтров много больше частоты самой высокой из частот существенных гармоник входного сигнала. Поэтому частотные характеристики аналогового фильтра-прототипа и соответствующего ему цифрового фильтра, в области существенных частот, практически неразличимы.It is advisable to use recursive filters as a digital filter, in which the transfer functions are synthesized based on the transfer function of an analog prototype. Currently, the sampling frequency of digital filters is much higher than the frequency of the highest of the frequencies of significant harmonics of the input signal. Therefore, the frequency characteristics of the analog filter prototype and its corresponding digital filter, in the field of significant frequencies, are almost indistinguishable.

Ниже будут рассмотрены работа предлагаемого измерительного преобразователя тока обратной последовательности и сопутствующие иллюстративные материалы на примере, в котором фильтр нижних частот выполнен по первому варианту активного низкодобротного фильтра нижних частот.Below we will consider the operation of the proposed measuring transducer current negative sequence and related illustrative materials on an example in which the low-pass filter is made according to the first embodiment of the active low-quality low-pass filter.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема измерительного преобразователя тока обратной последовательности, на фиг.2 - принципиальная схема фильтра нижних частот. На фиг.3 и 4 показаны осциллограммы, которые характеризуют работу трехфазного мостового выпрямителя, нагруженного на источник постоянного тока, и измерительного преобразователя тока обратной последовательности, измеряющего входные токи выпрямителя при подключении к его входным зажимам трехфазного источника синусоидального напряжения. Осциллограммы, приведенные на фиг.3, относятся к симметричному режиму, когда все три входных зажимов выпрямителя подключены к источнику переменного тока, а на фиг.4 показаны осциллограммы, имеющие место при отключении от источника одного из входных зажимов выпрямителя. На фиг.5 изображены амплитудные частотные характеристики фильтра нижних частот, образующего выходной каскад измерительного преобразователя тока обратной последовательности.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a schematic diagram of a measuring transducer current negative sequence, figure 2 is a schematic diagram of a low-pass filter. Figures 3 and 4 show oscillograms that characterize the operation of a three-phase bridge rectifier loaded on a direct current source, and a reverse sequence current measuring transducer that measures the input currents of the rectifier when a three-phase sinusoidal voltage source is connected to its input terminals. The oscillograms shown in Fig. 3 relate to the symmetric mode when all three input terminals of the rectifier are connected to an AC source, and Fig. 4 shows the oscillograms that occur when one of the input terminals of the rectifier is disconnected from the source. Figure 5 shows the amplitude frequency characteristics of the low-pass filter, forming the output stage of the measuring transducer current negative sequence.

Измерительный преобразователь тока обратной последовательности состоит из фильтра 1 напряжения обратной последовательности, первого 2 и второго 3 дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока (ДИИПТ), а также фильтра 4 нижних частот. ДИИПТ 2 имеет катушку 5, а ДИИПТ 3 - катушку 6. Катушки 5 и 6 индуктивно связаны соответственно с токопроводами 7 и 8 трехфазной трехпроводной цепи. Для прямой симметричной составляющей напряжений этой цепи фазное напряжение первого токопровода 7 (фазы А) на 2 π/3 опережает фазное напряжение второго токопровода 8 (фазы В), а последнее на 2 π/3 опережает фазное напряжение третьего токопровода 9 (фазы С). Фильтр напряжения обратной последовательности (ФНОП) представляет собой резисторно-конденсаторную цепь, подключенную к первому 10, второму 11 и третьему 12 входным зажимам, а также к первому 13 и второму 14 выходным зажимам фильтра 1, к которым подключен фильтр нижних частот 4.The negative sequence current measuring transducer consists of a negative sequence voltage filter 1, the first 2 and second 3 differentiating induction measuring current transducers (DIIPT), as well as a low-pass filter 4. DIIPT 2 has a coil 5, and DIIPT 3 has a coil 6. Coils 5 and 6 are inductively connected to the conductors 7 and 8 of a three-phase three-wire circuit, respectively. For the direct symmetrical component of the voltages of this circuit, the phase voltage of the first current lead 7 (phase A) is 2 π / 3 ahead of the phase voltage of the second current lead 8 (phase B), and the latter is 2 π / 3 ahead of the phase voltage of the third current lead 9 (phase C). The negative sequence voltage filter (FNOP) is a resistor-capacitor circuit connected to the first 10, second 11 and third 12 input terminals, as well as to the first 13 and second 14 output terminals of filter 1, to which a low-pass filter 4 is connected.

Между первым входным 10 и первым выходным 13 зажимами фильтра 1 подключен первый конденсатор 15. Между первым выходным 13 и вторым входным 11 зажимами фильтра 1 подключен первый резистор 16. Между вторым входным 11 и вторым выходным 14 зажимами фильтра 1 подключено последовательное соединение второго конденсатора 17 и второго резистора 18. Между вторым выходным 14 и третьим входным 12 зажимами фильтра 1 подключен третий резистор 19. Так как конденсаторы 15 и 17 имеют стандартные емкости, то в качестве резистивных элементов 16, 18 и 19 использованы регулируемые резисторы, что позволяет устанавливать расчетные соотношения между сопротивлениями резисторно-конденсаторной цепи фильтра 1.A first capacitor 15 is connected between the first input 10 and the first output 13 terminals of the filter 1. A first resistor 16 is connected between the first output 13 and the second 11 input terminals of the filter 1. A serial connection of the second capacitor 17 is connected between the second input 11 and the second output 14 terminals of the filter 1 and the second resistor 18. Between the second output 14 and the third input 12 terminals of the filter 1, a third resistor 19 is connected. Since the capacitors 15 and 17 have standard capacitances, adjustable resistive elements 16, 18 and 19 are used resistors, that allows to establish the relation between the calculated resistance resistor-capacitor filter circuit 1.

Начало катушки 5 первого 2 ДИИПТ и конец катушки 6 второго 3 ДИИПТ подключены соответственно к первому 10 и третьему 12 входным зажимам фильтра 1. Конец катушки 5 первого 2 ДИИПТ и начало катушки 6 второго 3 ДИИПТ подключены ко второму входному зажиму 11 фильтра 1.The beginning of coil 5 of the first 2 DIIPT and the end of coil 6 of the second 3 DIIPT are connected respectively to the first 10 and third 12 input terminals of filter 1. The end of coil 5 of the first 2 DIIPT and the beginning of coil 6 of the second 3 DIIPT are connected to the second input terminal 11 of filter 1.

К выходным зажимам 20 и 21 фильтра нижних частот 4 подключена нагрузка 22 измерительного преобразователя тока обратной последовательности, например входная цепь аналого-цифрового преобразователя.The output terminals 20 and 21 of the low-pass filter 4 are connected to the load 22 of the measuring transducer current negative sequence, for example the input circuit of an analog-to-digital Converter.

Параметры элементов измерительного преобразователя тока обратной последовательности связаны между собой следующими соотношениями. Взаимная индуктивность М катушки 5 с токопроводом 7 равна взаимной индуктивности катушки 6 с токопроводом 8. Одинаковы также и индуктивности Lk этих катушек. Для угловой частоты ω1 источника, которая равна угловой частоте первых гармоник токов токопроводов 7 и 8, индуктивные сопротивления Xk катушек 5 и 6 и их взаимные индуктивные сопротивления Хm с токопроводами 7 и 8 соответственно равны Хk1Lk и Хm1М. Активные сопротивления катушек 5 и 6 пренебрежимо малы, по сравнению с сопротивлениями элементов фильтра 1, и могут не учитываться. Емкостное сопротивление Х1 первого конденсатора 15 при угловой частоте ω1 источника связано с сопротивлением R1 первого резистора 16 и с индуктивным сопротивлением катушки ДИИПТ формулой: X 1 = R 1 / 3 + X k

Figure 00000009
. Емкостное сопротивление Х2 второго конденсатора 17 при угловой частоте ω1 источника, а также сопротивления R2 и R3 второго 18 и третьего 19 резисторов и индуктивное сопротивление Xk катушек ДИИПТ связаны между собой следующими соотношениями: X 2 = 3 R 2
Figure 00000010
и R 3 = 3 X k
Figure 00000011
.The parameters of the elements of the measuring transducer current negative sequence are interconnected by the following relationships. The mutual inductance M of the coil 5 with the conductive 7 is equal to the mutual inductance of the coil 6 with the conductive 8. The inductances L k of these coils are also the same. For the angular frequency ω 1 of the source, which is equal to the angular frequency of the first harmonics of the current paths 7 and 8, the inductive resistances X k of the coils 5 and 6 and their mutual inductive resistances X m with the conductors 7 and 8 are respectively equal to k k = ω 1 L k and X m = ω 1 M. The active resistances of coils 5 and 6 are negligible in comparison with the resistances of filter elements 1, and can be ignored. The capacitance X 1 of the first capacitor 15 at an angular frequency ω 1 of the source is connected with the resistance R 1 of the first resistor 16 and with the inductive resistance of the DIIPT coil by the formula: X one = R one / 3 + X k
Figure 00000009
. The capacitive resistance X 2 of the second capacitor 17 at an angular frequency ω 1 of the source, as well as the resistance R 2 and R 3 of the second 18 and third 19 resistors and the inductive resistance X k of the DIIPT coils are related by the following relationships: X 2 = 3 R 2
Figure 00000010
and R 3 = 3 X k
Figure 00000011
.

Как показано на фиг.2, фильтр 4 нижних частот является активным низкодобротным фильтром второго порядка с двухпетлевой обратной связью, который содержит операционный усилитель 23, четвертый 24, пятый 25 и шестой 26 резисторы, а также третий 27 и четвертый 28 конденсаторы. Входными зажимами фильтра 4 являются выходные зажимы 13 и 14 фильтра 1 напряжения обратной последовательности. К узлу 29, общему для входных и выходных цепей операционного усилителя 23, подключены первые зажимы резисторов 24, 25 и 26, вторые зажимы которых подключены соответственно к входному зажиму 13 фильтра 1, инвертирующему зажиму 30 и выходному зажиму 31 операционного усилителя 23. Зажим 31 подключен также к выходному зажиму 20 фильтра 4 нижних частот непосредственно, а к инвертирующему зажиму 30 усилителя 23 - через четвертый конденсатор 28. Неинвертирующий зажим 32 усилителя 23 соединен с входным зажимом 14 фильтра 4 нижних частот. Зажим 14 подключен также к выходному зажиму 21 фильтра 4 нижних частот непосредственно, а к общему зажиму 29 - через третий конденсатор 27. Первую петлю обратной связи операционного усилителя 23 образует четвертый конденсатор 28, а вторую - последовательное соединение пятого 25 и шестого 26 резисторов.As shown in FIG. 2, the low-pass filter 4 is an active second-order low-order filter with two-loop feedback, which contains an operational amplifier 23, a fourth 24, a fifth 25 and a sixth 26 resistors, as well as a third 27 and a fourth 28 capacitors. The input terminals of the filter 4 are the output terminals 13 and 14 of the negative sequence voltage filter 1. To the node 29 common to the input and output circuits of the operational amplifier 23, the first terminals of the resistors 24, 25, and 26 are connected, the second terminals of which are connected respectively to the input terminal 13 of the filter 1, the inverting terminal 30, and the output terminal 31 of the operational amplifier 23. The terminal 31 is connected also directly to the output terminal 20 of the low-pass filter 4, and to the inverting terminal 30 of the amplifier 23 through the fourth capacitor 28. The non-inverting terminal 32 of the amplifier 23 is connected to the input terminal 14 of the low-pass filter 4. The terminal 14 is also connected directly to the output terminal 21 of the low-pass filter 4, and to the common terminal 29 through the third capacitor 27. The first feedback loop of the operational amplifier 23 is formed by the fourth capacitor 28, and the second is the series connection of the fifth 25 and sixth 26 resistors.

Измерительный преобразователь тока обратной последовательности работает следующим образом.The measuring transducer current negative sequence operates as follows.

Мгновенные значения ЭДС еА и еВ, которые наводятся в катушках 5 и 6 ДИИПТ равны произведениям взаимной индуктивности М на производные по времени d i А d t

Figure 00000012
и d i В d t
Figure 00000013
токов фаз А и В, проходящих по токопроводам 7 и 8. Рассмотрим случай, когда фазные токи и ЭДС, которые наводятся в катушках 5 и 6 ДИИПТ от действия этих токов, созданы подключением к источнику напряжения неискажающей нагрузки. При этом они имеют в установившемся режиме синусоидальную форму, а векторы ЭДС E _ А
Figure 00000014
и E _ В
Figure 00000015
, которые наводятся в катушках 5 и 6 ДИИПТ токами I _ А
Figure 00000016
и I _ В
Figure 00000017
, проходящими по токопроводам 7 и 8, определяются выражениямиThe instantaneous values of the EMF e A and e B , which are induced in coils 5 and 6 of the DIIPT, are equal to the products of the mutual inductance M and the derivatives with respect to time d i BUT d t
Figure 00000012
and d i AT d t
Figure 00000013
the currents of phases A and B passing through the conductors 7 and 8. Consider the case when the phase currents and EMF that are induced in the DIIPT coils 5 and 6 from the action of these currents are created by connecting a non-distorting load to the voltage source. Moreover, they have a steady state sinusoidal shape, and the EMF vectors E _ BUT
Figure 00000014
and E _ AT
Figure 00000015
, which are induced in coils 5 and 6 DIIPT currents I _ BUT
Figure 00000016
and I _ AT
Figure 00000017
passing through the conductors 7 and 8 are determined by the expressions

E _ А = j X m I _ А

Figure 00000018
, E _ В = j X m I _ В ,                                                    ( 1 )
Figure 00000019
E _ BUT = j X m I _ BUT
Figure 00000018
, E _ AT = - j X m I _ AT , ( one )
Figure 00000019

где j - мнимая единица, которая указывает на дополнительный поворот вектора E _ А

Figure 00000020
по отношению к вектору I _ А
Figure 00000021
в положительном направлении на угол π/2. Знак минус перед вторым выражением поставлен для учета того, что к входному зажиму 12 подключен конец, а не начало катушки 6, тогда как к входному зажиму 10 подключено начало катушки 5. Поэтому вектор E _ В
Figure 00000022
повернут по отношению к вектору I _ В
Figure 00000023
в отрицательном направлении на угол π/2.where j is the imaginary unit that indicates an additional rotation of the vector E _ BUT
Figure 00000020
in relation to the vector I _ BUT
Figure 00000021
in the positive direction by the angle π / 2. A minus sign in front of the second expression is taken to account for the fact that the end rather than the beginning of the coil 6 is connected to the input terminal 12, while the beginning of the coil 5 is connected to the input terminal 10. Therefore, the vector E _ AT
Figure 00000022
rotated relative to the vector I _ AT
Figure 00000023
in the negative direction by the angle π / 2.

При анализе работы фильтра 1 напряжений обратной последовательности вполне допустимо не учитывать пренебрежимо малые значения следующих величин: активных сопротивлений катушек ДИИПТ и входной проводимости фильтра 4 нижних частот. При этом напряжения U _ a

Figure 00000024
и U _ b
Figure 00000025
входных зажимов 10 и 12 фильтра 1, по отношению к зажиму 11, с учетом приведенных выше соотношений между параметрами фильтра 1, определяются выражениямиWhen analyzing the operation of the filter of negative voltage sequence 1, it is quite acceptable not to take into account the negligibly small values of the following quantities: the active resistances of the DIIPT coils and the input conductivity of the low-pass filter 4. At this voltage U _ a
Figure 00000024
and U _ b
Figure 00000025
input terminals 10 and 12 of the filter 1, with respect to the terminal 11, taking into account the above relations between the parameters of the filter 1, are determined by the expressions

U _ a = 3 2 X m I _ А exp ( π 2 + π 6 ) ,

Figure 00000026
U _ a = 3 2 X m I _ BUT exp ( π 2 + π 6 ) ,
Figure 00000026
U _ b = 3 2 X m I _ В exp ( π 2 π 6 ) .                      ( 2 )
Figure 00000027
U _ b = 3 2 X m I _ AT exp ( - π 2 - π 6 ) . ( 2 )
Figure 00000027

Если измеряемые токи I _ А

Figure 00000028
и I _ В
Figure 00000029
являются составляющими прямой последовательности, то ток фазы В отстает от тока фазы А на угол 2π/3, то есть I _ В = I _ А exp ( 2 π / 3 )
Figure 00000030
. Тогда векторы обоих напряжений на зажимах 10 и 12 фильтра 1 равны между собой: U _ a = U _ b = 3 2 X m I _ А exp ( 2 π 3 )
Figure 00000031
. При этом входное напряжение фильтра 4 нижних частот U _ a b = U _ a U _ b
Figure 00000032
равно нулю. Естественно, что при этом и выходное напряжение фильтра 4 нижних частот также равно нулю.If the measured currents I _ BUT
Figure 00000028
and I _ AT
Figure 00000029
are components of a direct sequence, the phase B current lags behind the phase A current by an angle of 2π / 3, i.e. I _ AT = I _ BUT exp ( - 2 π / 3 )
Figure 00000030
. Then the vectors of both voltages at the terminals 10 and 12 of the filter 1 are equal to each other: U _ a = U _ b = 3 2 X m I _ BUT exp ( 2 π 3 )
Figure 00000031
. In this case, the input voltage of the low pass filter 4 U _ a b = U _ a - U _ b
Figure 00000032
equals zero. Naturally, in this case, the output voltage of the low-pass filter 4 is also equal to zero.

В противном случае, когда измеряемые токи I _ А

Figure 00000033
и I _ В
Figure 00000034
являются составляющими обратной последовательности, ток фазы В опережает ток фазы А на угол 2π/3, то есть I _ В = I _ А exp ( 2 π / 3 )
Figure 00000035
. Тогда вектор напряжения на зажиме 12 фильтра 1 определяется выражением: U _ b = 3 2 X m I _ А
Figure 00000036
. То есть векторы U _ a
Figure 00000037
и U _ b
Figure 00000038
имеют равные модули, а угол между ними составляет 2π/3. При этом модуль входного напряжения U _ a b
Figure 00000039
фильтра 1 в 3 / 2
Figure 00000040
раз превосходит модули ЭДС катушек 5 и 6 ДИИПТ и составляет 3 2 X m I А
Figure 00000041
.Otherwise, when the measured currents I _ BUT
Figure 00000033
and I _ AT
Figure 00000034
are components of the reverse sequence, the phase B current is ahead of the phase A current by an angle of 2π / 3, i.e. I _ AT = I _ BUT exp ( 2 π / 3 )
Figure 00000035
. Then the voltage vector at the terminal 12 of the filter 1 is determined by the expression: U _ b = 3 2 X m I _ BUT
Figure 00000036
. I.e. vectors U _ a
Figure 00000037
and U _ b
Figure 00000038
have equal moduli, and the angle between them is 2π / 3. In this case, the input voltage module U _ a b
Figure 00000039
1v filter 3 / 2
Figure 00000040
times superior to the EMF modules of coils 5 and 6 DIIPT and is 3 2 X m I BUT
Figure 00000041
.

Таким образом, при синусоидальной форме токов трехфазной трехпроводной системы выходные напряжения фильтра 1 напряжения обратной последовательности и фильтра 4 нижних частот в установившемся режиме отличаются от нулевого значения только при наличии в указанных токах составляющих обратной последовательности, в частности, при наличии токов только в двух фазах (в неполнофазном режиме). Во время переходного процесса, возникающего после изменения принужденной составляющей в системе фазных токов, соответствующих симметричной неискажающей нагрузке, выходные напряжения фильтра 1 напряжения обратной последовательности и фильтра 4 нижних частот не равны нулю. Эти напряжения практически достигают нулевого значения за время порядка одного-двух периодов напряжения источника после практического завершения указанного переходного процесса в системе фазных токов.Thus, in the sinusoidal form of the currents of a three-phase three-wire system, the output voltages of the filter of the negative sequence voltage filter 1 and the low-pass filter 4 in the steady state differ from zero only if there are components of the negative sequence in the indicated currents, in particular, if there are currents in only two phases ( out of phase). During the transient process that occurs after a change in the forced component in the system of phase currents corresponding to a symmetrical non-distorting load, the output voltages of the negative sequence voltage filter 1 and the low-pass filter 4 are not equal to zero. These voltages practically reach zero during a time of the order of one or two periods of the source voltage after the practical completion of the specified transient in the system of phase currents.

Токи в электрических цепях, которые получают питание от источника с синусоидальными напряжениями и содержат нелинейные элементы, отличаются от синусоидальных. Токи силовых нелинейных трехфазных цепей, как правило, содержат только нечетные высшие гармоники. При этом в цепях без нулевого провода отсутствуют гармоники, кратные трем. К таким цепям, в частности, относятся цепи с мостовыми полупроводниковыми преобразователями. Номера n высших гармоник в таких случаях определяются формулой: n = 6 k 1, k = 1,2,3,

Figure 00000042
Гармоники с номерами 6k+1 (седьмая, тринадцатая, девятнадцатая и т.д.) входят в составляющую прямой последовательности. А гармоники с номерами 6 k-1 (пятая, одиннадцатая, семнадцатая и т.д.) - в составляющую обратной последовательности.Currents in electric circuits that receive power from a source with sinusoidal voltages and contain non-linear elements differ from sinusoidal ones. Currents of power nonlinear three-phase circuits, as a rule, contain only odd higher harmonics. Moreover, in circuits without a neutral wire there are no harmonics that are multiples of three. Such circuits, in particular, include circuits with bridge semiconductor converters. The numbers n of the highest harmonics in such cases are determined by the formula: n = 6 k one, k = 1,2,3 ...
Figure 00000042
Harmonics with numbers 6k + 1 (seventh, thirteenth, nineteenth, etc.) are included in the direct sequence component. And harmonics with numbers 6 k-1 (fifth, eleventh, seventeenth, etc.) - into the component of the reverse sequence.

Каждая гармоника токов с действующим значением In, проходящих по токопроводам 7 и 8, в катушках 5 и 6 ДИИПТ наводит ЭДС, действующее значение которой равно InХmn. Фильтры 1 напряжений обратной последовательности обычно выполняют с привлечением дополнительного соотношения между параметрами его элементов: R2=X1-Xk. Тогда n-ая гармоника выходного напряжения этого фильтра, выраженная в относительных величинах (в качестве базисного значения принята ЭДС ДИИПТ InХmn), определяется формулойEach harmonic of currents with an effective value of I n passing through current conductors 7 and 8 in coils 5 and 6 of the DIIPT induces an EMF whose effective value is I n X m n. Filters 1 voltage reverse sequence is usually performed with the involvement of an additional relationship between the parameters of its elements: R 2 = X 1 -X k . Then the n-th harmonic of the output voltage of this filter, expressed in relative values (the EMF DIIPT I n X m n is taken as the base value), is determined by the formula

U a c = 3 n 3 j ( 1 + m n m n ) + 3 ( m n j ) exp ( 2 π 3 ) 1 + 3 m j ( 3 n m n ) , m = X k / R 2 .                      ( 3 )

Figure 00000043
U a c = 3 n 3 - j ( one + m n - m n ) + 3 ( m n - j ) exp ( 2 π 3 ) one + 3 m - j ( 3 n - m n ) , m = X k / R 2 . ( 3 )
Figure 00000043

Знак минус у аргумента экспоненты соответствует номерам гармоник n=6k+1 (прямой последовательности), а гармоникам с номерами n=6k-1 (обратной последовательности) соответствует знак плюс. Для первой гармоники индуктивное сопротивление катушек ДИИПТ мало: параметр m не превосходит 0,1.The minus sign of the exponent argument corresponds to the harmonic numbers n = 6k + 1 (direct sequence), and the harmonics with the numbers n = 6k-1 (reverse sequence) correspond to the plus sign. For the first harmonic, the inductive resistance of the DIIPT coils is small: the parameter m does not exceed 0.1.

В таблице 1 приведены рассчитанные по формуле (3) для высших гармоник с пятой по девятнадцатую относительные значения выходного напряжения фильтра 1. Эти значения даны для двух значений параметра m: 0,05 и 0,1. Для всех гармоник, входящих в состав прямой последовательности токов (седьмая, тринадцатая и т.д.), выходное напряжение фильтра 1 не равно нулю, как для первой гармоники. Для седьмой гармоники при m=0,05 относительное значение этого напряжения равно 5,3, а при m=0,1 оно составляет 5,0. Указанные величины меньше, чем для предыдущей пятой гармоники, входящей в состав обратной последовательности. Для номеров гармоник, больших семи, относительное значение выходного напряжения фильтра 1 нарастает с увеличением номера, без проявления влияния того, к какой последовательности принадлежит гармоника: прямой или обратной. При m=0,05 и n≥7 значение напряжения Uac примерно равно номеру n гармоники, а при m=0,1 оно несколько меньше такой оценки. На основании формулы (3) найдено выражение, определяющее предел модуля относительного значения выходного напряжения фильтра 1 при стремлении n к бесконечности: 3 m 1 m + m 2

Figure 00000044
. При m=0,05 этот предел равен 33,8, а при m=0,05 он снижается до 16,5.Table 1 shows the relative values of the output voltage of filter 1 calculated by formula (3) for higher harmonics from the fifth to nineteenth. These values are given for two values of the parameter m: 0.05 and 0.1. For all harmonics included in the direct sequence of currents (seventh, thirteenth, etc.), the output voltage of filter 1 is not equal to zero, as for the first harmonic. For the seventh harmonic at m = 0.05, the relative value of this voltage is 5.3, and at m = 0.1 it is 5.0. The indicated values are less than for the previous fifth harmonic, which is part of the reverse sequence. For harmonic numbers greater than seven, the relative value of the output voltage of filter 1 increases with increasing number, without showing the influence of whether the harmonic belongs to the sequence: direct or inverse. For m = 0.05 and n≥7, the voltage value U ac is approximately equal to the harmonic number n, and for m = 0.1 it is slightly less than this estimate. Based on formula (3), an expression is found that determines the modulus limit of the relative value of the output voltage of filter 1 when n tends to infinity: 3 m one - m + m 2
Figure 00000044
. For m = 0.05, this limit is 33.8, and for m = 0.05 it decreases to 16.5.

Таблица 1Table 1 Зависимости относительного значения выходного напряжения фильтра 1 от номера высшей гармоникиDependences of the relative value of the output voltage of filter 1 on the number of higher harmonics nn 55 77 11eleven 1313 1717 1919 m=0,05m = 0.05 6,26.2 5,35.3 11,711.7 13,413,4 16,416,4 17,717.7 Uac U ac m=0,1m = 0.1 6,06.0 5,05,0 10,310.3 11,311.3 12,812.8 13,413,4

Таким образом, форма выходного напряжение прототипа искажается значительно сильнее, чем форма измеряемых им токов. Это свойство прототипа и является причиной указанного его недостатка, который проявляется в снижении селективности и чувствительности измерительного преобразователя тока обратной последовательности с увеличением содержания высших гармоник в измеряемых токах.Thus, the shape of the output voltage of the prototype is distorted much more than the shape of the currents measured by it. This property of the prototype is the reason for its indicated drawback, which is manifested in a decrease in the selectivity and sensitivity of the measuring transducer current negative sequence with an increase in the content of higher harmonics in the measured currents.

При форме токов трехфазной цепи, близкой к трапецеидальной, селективность измерительного преобразователя-прототипа может полностью отсутствовать, что подтверждается следующим примером. На фиг.3,а показаны входные токи неуправляемого выпрямителя, подключенного к источнику трехфазного синусоидального напряжения. Амплитуда этого напряжения равна 145 В. Индуктивность цепи нагрузки выпрямителя сглаживает его выходной ток. При анализе работы такого выпрямителя обычно полагают, что пульсации выходного тока отсутствуют. При этом выходную цепь выпрямителя можно заменить источником неизменного постоянного тока. В примере ток этого источника равен 35 А. Фазные входные токи выпрямителя образуют симметричную систему: ток фазы В отстает на угол 2 3 π

Figure 00000045
ток фазы А и на тот же угол опережает ток фазы С. Вершины импульсов фазных входных токов выпрямителя (фиг.3,а) - это отрезки выходного тока, а передний и задний фронты этих импульсов являются отрезками синусоид. Длительность указанных импульсов, в радианах, равна 2 3 π + γ
Figure 00000046
, где γ - угол коммутации, в течение которого ток проводят не два, а три вентиля выпрямителя. В рассматриваемом случае γ=0,506 радиана (29 градусов). Соответствующее углу γ время коммутации равно 1,6 мс.When the shape of the currents of a three-phase circuit is close to trapezoidal, the selectivity of the prototype measuring transducer may be completely absent, which is confirmed by the following example. Figure 3, a shows the input currents of an uncontrolled rectifier connected to a three-phase sinusoidal voltage source. The amplitude of this voltage is 145 V. The inductance of the load circuit of the rectifier smoothes its output current. When analyzing the operation of such a rectifier, it is usually assumed that there are no ripples in the output current. In this case, the output circuit of the rectifier can be replaced by a constant current source. In the example, the current of this source is 35 A. The phase input currents of the rectifier form a symmetrical system: the phase B current lags by an angle 2 3 π
Figure 00000045
the current of phase A and by the same angle is ahead of the current of phase C. The vertices of the pulses of the phase input rectifier currents (Fig. 3, a) are segments of the output current, and the leading and trailing edges of these pulses are segments of sinusoids. The duration of these pulses, in radians, is equal to 2 3 π + γ
Figure 00000046
, where γ is the switching angle during which the current is conducted not by two, but by three rectifier valves. In the case under consideration, γ = 0.506 radians (29 degrees). The switching time corresponding to the angle γ is 1.6 ms.

Показанные на фиг.3,б осциллограммы ЭДС, которые наводятся в катушках 5 фазы А (верхний график) и 6 фазы В (нижний график), имеют вид последовательностей импульсов, близких по форме к треугольным. Амплитуда этих импульсов равна 25,7 В, а их угловая длительность равна γ. Если бы токи, измеряемые ДИИПТ, имели синусоидальную форму, то при амплитуде этих токов, равной 35 А, амплитуда синусоидальных ЭДС катушек ДИИПТ составила бы 7 В.The EMF waveforms shown in Fig. 3b, which are induced in the coils of phase 5 A (upper graph) and phase 6 B (lower graph), have the form of pulse sequences close in shape to triangular. The amplitude of these pulses is 25.7 V, and their angular duration is γ. If the currents measured by DIIPT had a sinusoidal shape, then with an amplitude of these currents equal to 35 A, the amplitude of the sinusoidal EMF of the DIIPT coils would be 7 V.

Как показывает осциллограмма, показанная на фиг.3,в, выходное напряжение фильтра 1 не равно нулю, как положено для прямой последовательности токов первой гармоники. Высшие гармоники этих токов проявились в выходном напряжении, которое 10 раз за время одного периода источника (0,02 с) изменяет свою полярность. Этот факт свидетельствует о том, что наиболее выражена в указанном напряжении его пятая гармоника. Наибольший максимум абсолютного значения этого напряжения равен 17,7 В. Если бы выходные зажимы 13 и 14 являлись выходными зажимами всего измерительного преобразователя тока обратной последовательности, то подключенное к этим зажимам реле защиты сработало, как будто в измеряемой системе токов имеется несимметрия. Такое срабатывание реле было бы ложным. Оно отражает не несимметричность системы измеряемых токов, а наличие в ней токов высших гармоник.As the oscillogram shown in Fig. 3c shows, the output voltage of the filter 1 is not equal to zero, as it should be for a direct sequence of currents of the first harmonic. The higher harmonics of these currents were manifested in the output voltage, which changes its polarity 10 times during one source period (0.02 s). This fact indicates that its fifth harmonic is most pronounced in the indicated voltage. The maximum maximum of the absolute value of this voltage is 17.7 V. If the output terminals 13 and 14 were the output terminals of the entire measuring transformer of the current in the reverse sequence, then the protection relay connected to these terminals worked, as if there was an asymmetry in the measured current system. Such a relay would be false. It reflects not the asymmetry of the system of measured currents, but the presence of higher harmonics currents in it.

Отличие осциллограмм, приведенных на фиг.4, от рассмотренных выше обусловлено тем, что эти осциллограммы относятся к случаю, когда разорвана цепь, соединяющая выходной зажим фазы С с соответствующим входным зажимом выпрямителя. У противоположно направленных входных токов фаз А и В мгновенные абсолютные значения равны друг другу (фиг.4,а). Эти токи изменяют свое направление через половину периода трехфазного источника. За время коммутации (2,3 мс) происходит изменение тока не на 35 А, как на фиг.3,а, а на 70 А. Из-за этого угол коммутации у больше, чем на фиг.3,а, и составляет 0,723 радиана (41,4 градуса). Амплитуда показанных на фиг.4,б импульсов ЭДС, которые наводятся в катушках 5 фазы А (верхний график) и 6 фазы В (нижний график), равна 35,8 В.The difference between the waveforms shown in Fig. 4 from those discussed above is due to the fact that these waveforms relate to the case when the circuit connecting the output terminal of phase C to the corresponding input terminal of the rectifier is broken. For oppositely directed input currents of phases A and B, the instantaneous absolute values are equal to each other (Fig. 4, a). These currents change their direction after half the period of the three-phase source. During the switching time (2.3 ms), the current changes not by 35 A, as in Fig. 3, but, but by 70 A. Because of this, the switching angle y is larger than in Fig. 3, a, and is 0.723 radian (41.4 degrees). The amplitude of the EMF pulses shown in Fig. 4, b, which are induced in the coils of phase 5 A (upper graph) and phase 6 B (lower graph), is 35.8 V.

Как показывает осциллограмма, показанная на фиг.4,в, наибольший максимум абсолютного значения выходного напряжения фильтра 1 равен 20,2 В. Высшие гармоники этих токов проявились в выходном напряжении, которое 6 раз за время одного периода источника (0,02 с) изменяет свою полярность. Форма выходного напряжения фильтра 1 показывает, что в этом напряжении явно проявляется наличие первой гармоники.As the oscillogram shown in Fig. 4c shows, the highest maximum of the absolute value of the output voltage of filter 1 is 20.2 V. The higher harmonics of these currents are manifested in the output voltage, which changes 6 times during one source period (0.02 s) its polarity. The shape of the output voltage of the filter 1 shows that the presence of the first harmonic is clearly manifested in this voltage.

Для исключения ложных срабатываний защиты при измерении токов, имеющих значительное искажение формы, между выходными зажимами 13 и 14 фильтра 1 и выходными зажимами всего измерительного преобразователя токов обратной последовательности включен фильтр 4 нижних частот, как показано на фиг.1.To eliminate false positives when measuring currents with significant shape distortion, a low-pass filter 4 is connected between the output terminals 13 and 14 of the filter 1 and the output terminals of the entire inverse sequence current transducer, as shown in FIG.

Наиболее простым фильтром нижних частот является RС-фильтр первого порядка. В его состав входит конденсатор, который подключен к выходным зажимам фильтра 1 через резистор. Зажимы конденсатора являются выходными зажимами всего измерительного преобразователя тока обратной последовательности. Амплитудная частотная характеристика такого фильтра определяется выражением: 1 / 1 + ω 2 Т 2

Figure 00000047
, где постоянная времени Т равна произведению сопротивления резистора на емкость конденсатора этого фильтра. Исследования показывают, что для рассмотренных в примере токов трапецеидальной формы, такой фильтр не обеспечивает достаточное подавление высших гармонических составляющих в выходном напряжении фильтра 1. Так при постоянной времени Т = 1 / ω 1
Figure 00000048
выходное напряжение фильтра нижних частот становится более сглаженным, по сравнению с показанной на фиг.3, в осциллограммой. Но максимальная амплитуда этого напряжения остается достаточно большой: она составляет 2,2 В. Аналогичным образом изменилась и форма выходного напряжения фильтра 1 при отключении от входа выпрямителя фазы С. Максимальная амплитуда выходного напряжения фильтра нижних частот снизилась до 6,7 В. Близость максимальных амплитудных значений у выходного напряжения фильтра нижних частот при симметричной системе измеряемых токов (2,2 В) и при обрыве одной фазы (6,7 В) Позволяет сделать следующий вывод. Селективность и чувствительность измерительного преобразователя тока обратной последовательности с фильтром нижних частот первого порядка при трапецеидальной форме измеряемых токов явно недостаточны.The simplest low-pass filter is a first-order RC filter. It includes a capacitor, which is connected to the output terminals of the filter 1 through a resistor. Capacitor terminals are the output terminals of the entire negative sequence current transducer. The amplitude frequency response of such a filter is determined by the expression: one / one + ω 2 T 2
Figure 00000047
where the time constant T is equal to the product of the resistance of the resistor and the capacitance of this filter. Studies show that for the trapezoidal currents considered in the example, such a filter does not provide sufficient suppression of the higher harmonic components in the output voltage of filter 1. So with a time constant T = one / ω one
Figure 00000048
the output voltage of the low-pass filter becomes smoother, compared with that shown in figure 3, in the waveform. But the maximum amplitude of this voltage remains quite large: it is 2.2 V. The shape of the output voltage of filter 1 also changed in the same way when disconnecting phase C from the input of the rectifier. The maximum amplitude of the output voltage of the low-pass filter decreased to 6.7 V. The proximity of the maximum amplitude values at the output voltage of the low-pass filter with a symmetrical system of measured currents (2.2 V) and when one phase breaks (6.7 V) Allows you to make the following conclusion. The selectivity and sensitivity of the measuring transducer of the reverse sequence current with a first-order low-pass filter with a trapezoidal shape of the measured currents is clearly insufficient.

Частотная передаточная функция фильтра 4 второго порядка нижних частот имеет видThe frequency transfer function of the second-order low-pass filter 4 has the form

W ( j ω ¯ ) = b 1 + j a 1 ω ¯ a 2 ω ¯ 2 ,

Figure 00000049
W ( j ω ¯ ) = b one + j a one ω ¯ - a 2 ω ¯ 2 ,
Figure 00000049
ω ¯ = ω ω 1 ,                                                            ( 4 )
Figure 00000050
ω ¯ = ω ω one , ( four )
Figure 00000050

где ω ¯

Figure 00000051
- относительное значение угловой частоты, которое для номинальной частоты источника равно единице, ω - текущее значение угловой частоты, ω1 - угловая частота первой гармоники или номинальная угловая частота источника, от действия которого образованы измеряемые токи, а b, а1 и а2 - коэффициенты нормированной передаточной функции фильтра 4 нижних частот. Из (4) можно получить передаточную функцию путем замены j ω ¯
Figure 00000052
на s ¯
Figure 00000053
- приведенный к номинальной угловой частоте аргумент изображения функций времени с помощью преобразования Лапласа.Where ω ¯
Figure 00000051
is the relative value of the angular frequency, which is equal to unity for the nominal frequency of the source, ω is the current value of the angular frequency, ω 1 is the angular frequency of the first harmonic or the nominal angular frequency of the source, from the action of which measured currents are generated, and b, a 1 and a 2 - the coefficients of the normalized transfer function of the low pass filter 4. From (4), one can obtain the transfer function by replacing j ω ¯
Figure 00000052
on s ¯
Figure 00000053
- the argument of the image of time functions reduced to the nominal angular frequency using the Laplace transform.

Согласно формуле изобретения амплитудная частотная характеристика фильтра 4 на частоте источника имеет максимум. Следовательно, полюсы передаточной функции являются комплексно-сопряженными. При этом добротность q полюса (отношение половины модуля полюса к модулю его действительной части) превосходит 0,5. Для принятой формы (4) записи частотной передаточной функции добротность полюса определяется формулой q = a 2 / a 1

Figure 00000054
. Выполнение требования о наличии максимума амплитудной частотной характеристики фильтра 4 на частоте источника позволяет минимизировать те отклонения коэффициента передачи через фильтр 4 напряжения первой гармоники, которые вызваны отличием частоты источника от номинальной. При определении параметров фильтра 4 целесообразно выполнять еще одно требование: максимум амплитудной частотной характеристики равен единице. Тогда первая гармоника напряжения, подаваемого на вход фильтра 4, проходит через него без изменения своего действующего значения. При соблюдении обоих указанных требований любые два коэффициента частотной передаточной функции (4) могут быть выражены через третий. В частности, коэффициенты b и а1 выражаются через коэффициент а2 According to the claims, the amplitude frequency response of the filter 4 at the source frequency has a maximum. Therefore, the poles of the transfer function are complex conjugate. In this case, the Q factor of the pole (the ratio of half the pole module to the module of its real part) exceeds 0.5. For the accepted form (4) of recording the frequency transfer function, the quality factor of the pole is determined by the formula q = a 2 / a one
Figure 00000054
. Fulfillment of the requirement that there is a maximum in the amplitude frequency response of filter 4 at the source frequency allows to minimize those deviations of the transmission coefficient through the filter 4 of the first harmonic voltage that are caused by the difference between the source frequency and the nominal one. When determining the parameters of the filter 4, it is advisable to fulfill one more requirement: the maximum amplitude frequency response is equal to unity. Then the first harmonic of the voltage supplied to the input of the filter 4 passes through it without changing its effective value. Subject to both of these requirements, any two coefficients of the frequency transfer function (4) can be expressed in terms of the third. In particular, the coefficients b and a 1 are expressed in terms of the coefficient a 2

b = 1 a 2 2 ,

Figure 00000055
b = one - a 2 2 ,
Figure 00000055
a 1 = 2 a 2 ( 1 a 2 ) .                                                    ( 5 )
Figure 00000056
a one = 2 a 2 ( one - a 2 ) . ( 5 )
Figure 00000056

Схемная реализация аналоговых фильтров второго порядка, построенных на основании операционных усилителей, зависит от значения добротности полюса. Наибольшей простотой отличаются фильтры низкодобротные (q≤2) фильтры, в состав которых, помимо операционного усилителя, входят два конденсатора и три резистора. Такой фильтр может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.2. В состав среднедобротных (q≤20) фильтров дополнительно вводятся еще два резистора. Самыми сложными являются высокодобротные (q>20) фильтры: они строятся на основе двух или трех операционных усилителей.The circuit implementation of second-order analog filters built on the basis of operational amplifiers depends on the value of the quality factor of the pole. Low-Q filters (q≤2) filters, which, in addition to the operational amplifier, include two capacitors and three resistors, are most simplicity. Such a filter can be performed according to the circuit shown in figure 2. The composition of mid-Q (q≤20) filters are additionally introduced two more resistors. The most complex are high-quality (q> 20) filters: they are built on the basis of two or three operational amplifiers.

Задавшись добротностью полюса можно найти коэффициент а2 Given the quality factor of the pole, you can find the coefficient a 2

a 2 = 1 1 2 q 2 .                                                                                    ( 6 )

Figure 00000057
a 2 = one - one 2 q 2 . ( 6 )
Figure 00000057

Затем по формулам (5) рассчитываются остальные два коэффициента передаточной функции фильтра 4 нижних частот. Чем выше добротность полюса q, тем сильнее подавляются высшие гармоники. Этот результат хорошо виден на фиг.5, где показаны амплитудные частотные характеристики фильтров нижних частот при q=2 (сплошная линия) и q = 4 / 3

Figure 00000058
(штриховая линия), и в данных, которые помещены в таблицу 2. В ней приведены значения этих амплитудных частотных характеристик, соответствующие номерам гармоник с 1 по 13.Then, according to formulas (5), the remaining two coefficients of the transfer function of the low-pass filter 4 are calculated. The higher the Q factor of the pole q, the stronger the higher harmonics are suppressed. This result is clearly visible in figure 5, which shows the amplitude frequency characteristics of the low-pass filters at q = 2 (solid line) and q = four / 3
Figure 00000058
(dashed line), and in the data that are placed in table 2. It shows the values of these amplitude frequency characteristics corresponding to the harmonic numbers 1 to 13.

Таблица 2table 2 Зависимости относительного значения выходного напряжения фильтра 4 второго порядка от номера высшей гармоникиDependences of the relative value of the output voltage of the second-order filter 4 on the number of higher harmonics nn 0,950.95 1one 1,051.05 55 77 11eleven 1313 kk q=4/3q = 4/3 0,9950,995 1,01,0 0,9940,994 0,0400,040 0,0200,020 0.00810.0081 0,00580.0058 q=2q = 2 0,9850.985 1,01,0 0,9830.983 0,0230,023 0,0120.012 0,00460.0046 0.00330.0033

Но с увеличением q все сильнее проявляются следующие негативные последствия. Во-первых, увеличивается требуемая точность установки расчетных параметров резисторов и конденсаторов фильтра, усложняется процедура настройки заданных значений модуля и добротности полюсов передаточной функции фильтра. Во-вторых, увеличивается снижение коэффициента передачи фильтра по первой гармонике источника, вызванное отклонение частоты этой гармоники от номинального значения. В автономных электроэнергетических системах, например судовых, допускается отклонение частоты в статических режимах в пределах ±5% от номинальной. В таблице 2 этим границам соответствуют значения n: 0,95 и 1,05. Видно, что для низкодобротных фильтров соответствующее снижение коэффициента передачи невелико: не превосходит 1,7%. Но для среднедобротных фильтров, при q=20, это снижение выходит за пределы допустимых: оно достигает 56%. В третьих, пропорционально добротности растет время переходных процессов в фильтре. При q=2 оно равно продолжительности трех периодов напряжения источника (0,06 с для частоты 50 Гц), а при q=20 достигает тридцати этих периодов (0,6 с для частоты 50 Гц). Столь большие значения времени переходных процессов при использовании среднедобротных фильтров требуют введения не меньших значений выдержки времени при срабатывании защиты. Такое снижение быстродействия защиты следует избегать, и по этой причине отказаться от применения средне- и высокодобротных фильтров.But with increasing q, the following negative consequences are more and more apparent. Firstly, the required accuracy of installation of the calculated parameters of the resistors and capacitors of the filter increases, the procedure for setting the set values of the module and the quality factor of the poles of the transfer function of the filter is complicated. Secondly, the decrease in the filter transmission coefficient at the first harmonic of the source is caused by the deviation of the frequency of this harmonic from the nominal value. In autonomous electric power systems, such as ship systems, the frequency deviation in static modes is allowed within ± 5% of the nominal. In table 2, these boundaries correspond to the values of n: 0.95 and 1.05. It can be seen that for low-Q filters, the corresponding decrease in the transmission coefficient is small: it does not exceed 1.7%. But for medium-quality filters, with q = 20, this decrease goes beyond the acceptable range: it reaches 56%. Thirdly, in proportion to the quality factor, the time of transients in the filter increases. At q = 2, it is equal to the duration of three periods of source voltage (0.06 s for a frequency of 50 Hz), and at q = 20 it reaches thirty of these periods (0.6 s for a frequency of 50 Hz). Such large values of the transient time when using medium-Q filters require the introduction of no less values of the time delay when the protection is activated. Such a decrease in the speed of protection should be avoided, and for this reason, abandon the use of medium and high quality filters.

Для рассматриваемого примера с измерением трапецеидальных токов достаточно применение низкодобротного фильтра с наибольшим значением добротности: q=2. На фиг.3,в показано входное напряжение фильтра 4 нижних частот при измерении симметричных трапецеидальных токов, а на фиг.3,г - его выходное напряжение. Применение фильтра 4 позволило уменьшить максимальную амплитуду выходного напряжения измерительного преобразователя обратного тока в 59 раз: с 17,7 В до 0,3 В. На фиг.4,в показано входное напряжение фильтра 4 нижних частот при измерении трапецеидальных токов в системе с оборванной фазой С, а на фиг.4,г - его выходное напряжение. Фильтр 4 уменьшил максимальную амплитуду выходного напряжения измерительного преобразователя обратного тока в 3,5 раза: с 20,2 В до 5,8 В. При этом форма выходного напряжения фильтра 4 стала практически синусоидальной. Таким образом, применение низкодобротного фильтра второго порядка с добротностью q=2 обеспечивает высокую избирательность измерительного преобразователя тока обратной последовательности при измерении трапецеидальных токов: выходное напряжение преобразователя при обрыве одной фазы увеличивается в 19 раз.For the considered example with the measurement of trapezoidal currents, it is sufficient to use a low-Q filter with the highest figure of merit: q = 2. Figure 3, c shows the input voltage of the low-pass filter 4 when measuring symmetrical trapezoidal currents, and figure 3, d shows its output voltage. The use of filter 4 made it possible to reduce the maximum amplitude of the output voltage of the reverse current transducer by 59 times: from 17.7 V to 0.3 V. Figure 4, shows the input voltage of the low-pass filter 4 when measuring trapezoidal currents in a dangling phase system C, and figure 4, g - its output voltage. Filter 4 reduced the maximum amplitude of the output voltage of the reverse current transducer by 3.5 times: from 20.2 V to 5.8 V. Moreover, the shape of the output voltage of filter 4 became almost sinusoidal. Thus, the use of a second-order low-Q filter with a q factor of q = 2 ensures high selectivity of the measuring transducer of the current in the reverse sequence when measuring trapezoidal currents: the output voltage of the transducer increases by 19 times when one phase is cut off.

Избирательность такого фильтра может быть недостаточна при измерении токов с большим искажением формы измеряемых токов, чем в рассмотренном примере. В частности, это могут быть входные токи тиристорного преобразователя при угле управления тиристорами, близком к π/2. В этом случае угол коммутации сокращается в несколько раз, по сравнению с рассмотренным примером. Форма импульсов ЭДС катушек ДИИПТ становится близкой к прямоугольной. Амплитуды этих импульсов, максимумы экстремальных значений выходного напряжения фильтра 1 и амплитуды высших гармоник в этом напряжении значительно возрастают. Амплитудные же значения выходных напряжений фильтра 4 нижних частот, выполненного как низкодобротный фильтр с добротностью q=2, при симметричной системе токов и при обрыве одной фазы становятся соизмеримыми.The selectivity of such a filter may be insufficient when measuring currents with a greater distortion of the shape of the measured currents than in the considered example. In particular, these may be the input currents of the thyristor converter at a thyristor control angle close to π / 2. In this case, the switching angle is reduced several times, compared with the considered example. The pulse shape of the EMF of the DIIPT coils becomes close to rectangular. The amplitudes of these pulses, the maximums of the extreme values of the output voltage of the filter 1, and the amplitudes of the higher harmonics in this voltage increase significantly. The amplitude values of the output voltages of the low-pass filter 4, made as a low-Q filter with a quality factor of q = 2, become symmetric with a symmetrical system of currents and with a break in one phase.

В таких случаях вместо применения среднедобротных или высокодобротных фильтров с присущими им недостатками, которые перечислены выше, следует использовать фильтр четвертого порядка, имеющий две пары низкодобротных комплексно-сопряженных полюсов. Зависимость коэффициента передачи такого фильтра от частоты при q = 4 / 3

Figure 00000059
показана в таблице 3,а график его амплитудной частотной характеристики изображен на фиг.5 пунктирной линией.In such cases, instead of using medium-quality or high-quality filters with the inherent disadvantages listed above, a fourth-order filter should be used, having two pairs of low-quality complex conjugate poles. The dependence of the gain of such a filter on the frequency at q = four / 3
Figure 00000059
shown in table 3, and a graph of its amplitude frequency response is shown in figure 5 by a dashed line.

Таблица 3Table 3 Зависимость относительного значения выходного напряжения фильтра 4 четвертого порядка при q=4/3 от номера высшей гармоникиThe dependence of the relative value of the output voltage of the fourth-order filter 4 at q = 4/3 on the number of higher harmonics nn 0,950.95 1one 1,051.05 55 77 11eleven 1313 kk 0,990.99 1,01,0 0,990.99 0,00160.0016 0,000410,00041 0.0000650.000065 0,0000330.000033

Видно, что выходное напряжение первой гармоники снижается всего на 1%, при отклонении ее частоты от номинальной на ±5%. Наибольшая же по амплитуде пятая гармоника уменьшается примерно в 625 раз (в 25 раз по сравнению с фильтром второго порядка с теми же полюсами). Время переходного процесса в фильтре 4 четвертого порядка при q=4/3 практически такое же, что и для фильтра второго порядка с теми же полюсами: оно составляет около трех периодов частоты источника (0,06 с).It can be seen that the output voltage of the first harmonic decreases by only 1%, with a deviation of its frequency from the nominal by ± 5%. The fifth harmonic, which is largest in amplitude, decreases approximately 625 times (25 times compared to a second-order filter with the same poles). The transition time in the fourth-order filter 4 at q = 4/3 is practically the same as for the second-order filter with the same poles: it is about three periods of the source frequency (0.06 s).

Таким образом, измерительный преобразователь, снабженный фильтром нижних частот четвертого порядка с двукратными низкодобротными полюсами способен выявлять первую гармонику токов обратной последовательности для любых, встречающихся на практике, сильно искаженных токов.Thus, a measuring transducer equipped with a fourth-order low-pass filter with double low-Q poles is capable of detecting the first harmonic of the reverse sequence currents for any highly distorted currents encountered in practice.

Claims (2)

1. Измерительный преобразователь тока обратной последовательности, содержащий первый и второй дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока, имеющие одинаковые параметры своих катушек, в том числе одинаковые взаимные индуктивности соответственно с первым и вторым токопроводами трехфазной цепи, причем для прямой симметричной составляющей синусоидальных напряжений этой цепи фазное напряжение первого токопровода на
Figure 00000060
опережает фазное напряжение второго токопровода, и фильтр напряжения обратной последовательности, представляющий собой резисторно-конденсаторную цепь, подключенную к первому, второму и третьему входным зажимам, а также к первому и второму выходным зажимам этого фильтра, к первому и третьему входным зажимам которого подключены соответственно начало катушки первого и конец катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока, а конец катушки первого и начало катушки второго дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей тока подключены ко второму входному зажиму этого фильтра, при этом между первым входным и первым выходным зажимами этого фильтра подключен первый конденсатор, между первым выходным и вторым входным зажимами фильтра - первый резистор, между вторым входным и вторым выходным зажимами фильтра - последовательное соединение второго конденсатора и второго резистора и между вторым выходным и третьим входным зажимами фильтра - третий резистор, причем при номинальном значении частоты трехфазной цепи, с которой связан указанный измерительный преобразователь, и при отключенной от выходных зажимов фильтра нагрузке ток участка резисторно-конденсаторной цепи, включенной между первым и вторым входными зажимами фильтра, опережает синусоидальную ЭДС катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, подключенной между этими зажимами, на π/6, сопротивление второго конденсатора
Figure 00000061
раз больше сопротивления третьего резистора, сопротивление второго резистора в
Figure 00000062
раз больше индуктивного сопротивления катушки второго дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока, а емкостное сопротивление первого конденсатора равно сумме индуктивного сопротивления катушки первого дифференцирующего индукционного измерительного преобразователя тока и деленного на
Figure 00000063
сопротивления первого резистора, отличающийся тем, что введен фильтр нижних частот, который имеет порядок не ниже второго, а максимум амплитудной частотной характеристики этого фильтра соответствует номинальной частоте источника, причем первый и второй входные зажимы указанного фильтра нижних частот подключены соответственно к первому и второму выходным зажимам упомянутого фильтра напряжения обратной последовательности, а выходные зажимы указанного фильтра нижних частот являются выходными зажимами измерительного преобразователя тока обратной последовательности.
1. A negative-sequence current measuring transducer containing the first and second differentiating induction measuring current transducers having the same parameters of their coils, including the same mutual inductances, respectively, with the first and second current conductors of a three-phase circuit, and for the direct symmetrical component of sinusoidal voltages of this circuit, the phase voltage first conductor on
Figure 00000060
ahead of the phase voltage of the second current lead, and the negative sequence voltage filter, which is a resistor-capacitor circuit connected to the first, second and third input terminals, as well as to the first and second output terminals of this filter, to the first and third input terminals of which the beginning is connected coils of the first and the end of the coil of the second differentiating induction measuring current transducers, and the end of the coil of the first and the beginning of the coil of the second differentiating induction current measuring current transducers are connected to the second input terminal of this filter, while the first capacitor is connected between the first input and first output terminals of this filter, the first resistor is connected between the first output and second input terminals of the filter, and the serial connection of the second is connected between the second input and second output terminals of the filter a capacitor and a second resistor, and between the second output and third input terminals of the filter, a third resistor, and at a nominal frequency of a three-phase circuit with which the specified measuring transducer is occupied, and when the load is disconnected from the output terminals of the filter, the current of the resistor-capacitor circuit connected between the first and second input terminals of the filter is ahead of the sinusoidal EMF of the coil of the first differentiating induction measuring current transducer connected between these terminals by π / 6, second capacitor resistance
Figure 00000061
times the resistance of the third resistor, the resistance of the second resistor is
Figure 00000062
times the inductive resistance of the coil of the second differentiating induction current measuring transducer, and the capacitance of the first capacitor is equal to the sum of the inductive resistance of the coil of the first differentiating induction measuring current transducer and divided by
Figure 00000063
the resistance of the first resistor, characterized in that a low-pass filter is introduced, which has an order of at least the second, and the maximum amplitude frequency response of this filter corresponds to the nominal frequency of the source, and the first and second input terminals of the specified low-pass filter are connected to the first and second output terminals, respectively said negative sequence voltage filter, and the output terminals of said low-pass filter are output terminals of the transmitter reverse sequence current.
2. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что передаточная функция упомянутого фильтра нижних частот выполняется с двукратными комплексно-сопряженными полюсами. 2. The measuring transducer according to claim 1, characterized in that the transfer function of said low-pass filter is performed with double complex conjugate poles.
RU2012129925/28A 2012-07-13 2012-07-13 Reverse sequence current transducer RU2510514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012129925/28A RU2510514C1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 Reverse sequence current transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012129925/28A RU2510514C1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 Reverse sequence current transducer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012129925A RU2012129925A (en) 2014-01-20
RU2510514C1 true RU2510514C1 (en) 2014-03-27

Family

ID=49945025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012129925/28A RU2510514C1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 Reverse sequence current transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510514C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU265237A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт электроэнергетики, RETURN DIRECTION POWER REVERSE SEQUENCE
SU456321A1 (en) * 1972-12-08 1975-01-05 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Three Phase Reverse Power Directional Relay
US4689735A (en) * 1985-02-06 1987-08-25 Associated Electrical Industries Limited Power supply for single-phase traction system
JPH07229943A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Meidensha Corp Negative-phase current detecting circuit
RU2426138C1 (en) * 2010-03-09 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева), ГОУВПО ДВГТУ Measuring converter of negative sequence current
RU2428705C1 (en) * 2010-03-09 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) (ГОУВПО ДВГТУ) Measuring negative sequence current converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU265237A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт электроэнергетики, RETURN DIRECTION POWER REVERSE SEQUENCE
SU456321A1 (en) * 1972-12-08 1975-01-05 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Three Phase Reverse Power Directional Relay
US4689735A (en) * 1985-02-06 1987-08-25 Associated Electrical Industries Limited Power supply for single-phase traction system
JPH07229943A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Meidensha Corp Negative-phase current detecting circuit
RU2426138C1 (en) * 2010-03-09 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева), ГОУВПО ДВГТУ Measuring converter of negative sequence current
RU2428705C1 (en) * 2010-03-09 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) (ГОУВПО ДВГТУ) Measuring negative sequence current converter

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Соловьев Д.Б. и др. Замена трансформаторов тока на дифференцирующие измерительные преобразователи тока в релейной защите и автоматике электротехнических комплексов и систем // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010, N 4. Соловьев Д.Б. и др. Моделирование режимов работы измерительного преобразователя тока обратной последовательности, выполненного на основе дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010, N 3. Соловьев Д.Б. Новые фильтры симметричных составляющих для релейной защиты электроприводов горных машин и механизмов // Горное оборудование и электромеханика. - 2011, N 7. *
Соловьев Д.Б. и др. Замена трансформаторов тока на дифференцирующие измерительные преобразователи тока в релейной защите и автоматике электротехнических комплексов и систем //Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010, N 4. *
Соловьев Д.Б. и др. Моделирование режимов работы измерительного преобразователя тока обратной последовательности, выполненного на основе дифференцирующих индукционных измерительных преобразователей // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010, N 3. *
Соловьев Д.Б. Новые фильтры симметричных составляющих для релейной защиты электроприводов горных машин и механизмов // Горное оборудование и электромеханика. - 2011, N 7. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012129925A (en) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7834643B2 (en) Systems and methods for reducing distortion in a power source using an active harmonics filter
US7212930B2 (en) Method and apparatus for phase determination
KR101630591B1 (en) Leakage current calculation device and method for calculating leakage current
KR101781817B1 (en) Hybrid Harmonic Filter and Control Method thereof
Solovev et al. Instrument current transducer for measurements in asymmetrical conditions in three-phase circuits with upper harmonics
Wang et al. Frequency-response characteristics and error estimation in RMS measurement
EP3035511B1 (en) Method for damping resonant component of common-mode current of multi-phase power converter
JPH06253540A (en) Polyphase input dc power supply circuit
KR20170110103A (en) Electronic integrator for Rogowski coil sensor
Niklaus et al. High-bandwidth high-cmrr current measurement for a 4.8 mhz multi-level gan inverter ac power source
TW201547151A (en) Power conversion system and voltage sampling device thereof
EP3690453A1 (en) Control circuit and control method for a three phase vienna converter
EP1300686B1 (en) Method and device for determining current value using a current transformer which operates in the saturation region
US3671859A (en) Frequency transducer
RU123539U1 (en) REVERSE SEQUENCE MEASURING CONVERTER
RU2510514C1 (en) Reverse sequence current transducer
Mihalache Improved load disturbance rejection method for 400 Hz GPU inverters
RU2428705C1 (en) Measuring negative sequence current converter
Bosch et al. Self-adaptive resonance frequency tracking for digital notch-filter-based active damping in LCL-filter-based active power filters
RU2426138C1 (en) Measuring converter of negative sequence current
JPH08107700A (en) Output voltage detector for inverter
Ziegler et al. Optimization Approaches for the Signal Processing of Hybrid Current Sensors
CN107589297B (en) Active current detection and frequency tracking circuit of ultrasonic transducer
JP2778976B2 (en) Harmonic suppression device using both AC filter and active filter for power
RU2536784C1 (en) Negative-sequence current measuring transducer for three-phase three-wire circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180714