SE424113B

SE424113B - DEVICE FOR DETERMINING ACTIVE EFFECT FOR A THREE PHASE LOAD

Info

Publication number: SE424113B
Application number: SE7800547A
Authority: SE
Inventors: T Salzmann; W Timpe
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1982-06-28
Also published as: DE2704764B1; DE2704764C2; CH620999A5; SE7800547L

Description

-10 _ fs ' zø 25 .'30 35 40' ~ mäta den reaktiva effekten vid trefasbelastningen. 78005-47-7 fektändringar inte har kunnat fastställas. De sedvanliga elektroniska mätanordningarna har däremot visserligen kort inställningstid, med de är tillverkningstekniskt och prismässigt ofördelaktiga pá grund av sin komplikation. -10 _ fs 'zø 25 .'30 35 40' ~ measure the reactive power at the three-phase load. 78005-47-7 effect changes could not be determined. The usual electronic measuring devices, on the other hand, have a short set-up time, but they are technically and price-disadvantageously due to their complication.

Uppfinningen utgar från en elektronisk anordning av det i inled- ningen angivna slaget. Ändamálet med uppfinningen är att utforma an- ordningen sa, att man med förhållandevis ringa atgàng av komponenter och till låg kostnad kan erhålla en sa langt möjligt tröghetsfri och frekvensoberoende mätning av aktiv effekt vid grundton för en trefas- belastning, varvid mätningen särskilt skall vara möjlig att genomföra vid.laga frekvenser.The invention is based on an electronic device of the type stated in the introduction. The object of the invention is to design the device so that with relatively little access to components and at low cost one can obtain as far as possible inertia and frequency-independent measurement of active power at fundamental tone for a three-phase load, whereby the measurement should be particularly possible to implement wide frequencies.

Detta problem finner sin lösning enligt uppfinningen genom de àt- gärder, som är redovisade i den kännetecknande delen av bifogade pa- tentkrav 1 och i underkraven.This problem finds its solution according to the invention through the measures which are described in the characterizing part of the appended patent claim 1 and in the subclaims.

Enligt uppfinningen är två strömberoende ingàngsstorheter till- förda till den-aritmetiska enheten, vilka storheter representerar be- lastningsströmmen i ett ortogonalt koordinatsystem. Vidare är även tva spänningsberoende ingangsstorheter, som representerar belastnings- spänningen i samma koordinatsystem, tillförda till den aritmetiska en- heten. Denna senare innefattar en första multiplikator, som bildar en produktsignal av spänningskomponenten och av strömkomponenten i den ena koordinataxelns riktning, och en andra multiplikator, som bildar produktsignalen av spänningskomponenten och av strömkomponenten i den andra koordinataxelns riktning. Vidare ingar en adderana från vilken såsom utgangsstorhet fran den aritmetiska enheten summan av de bada produktsignalerna är uttagen.According to the invention, two current-dependent input quantities are supplied to the arithmetic unit, which quantities represent the load current in an orthogonal coordinate system. Furthermore, two voltage-dependent input quantities, which represent the load voltage in the same coordinate system, are also applied to the arithmetic unit. The latter comprises a first multiplier, which forms a product signal of the voltage component and of the current component in the direction of one coordinate axis, and a second multiplier, which forms the product signal of the voltage component and of the current component in the direction of the other coordinate axis. Furthermore, an adderana is formed from which, as an output quantity from the arithmetic unit, the sum of the two product signals is taken.

Vid manga användningsfall är dessutom önskvärt att även kunna Detta möjliggöres enkelt genom en vidareutveckling av uppfinningen, genom att den arit- metiska enheten vidare innefattar en tredje multiplikator, som bildar en produktsignal av spänningskomponenten i den förstnämnda koordinat- axelns riktning och av strömkomponenten i den andra koordinataxelns riktning, och innefattar en fjärde multiplikator, som bildar en pro- duktsignal av spänningskomponenten i den andra koordinataxelns rikt- ning och av strömkomponenten i den första koordinataxelns riktning.In many applications it is also desirable to be able to This is made possible easily by a further development of the invention, in that the arithmetic unit further comprises a third multiplier, which forms a product signal of the voltage component in the direction of the first-mentioned coordinate axis and of the current component in the second direction of the coordinate axis, and includes a fourth multiplier, which forms a product signal of the voltage component in the direction of the second coordinate axis and of the current component in the direction of the first coordinate axis.

Vidare ingar en subtraherare, från vilken såsom utgángsstorhet fran den aritmetiska enheten skillnaden mellan dessa båda senare produkt- signaler är uttagen.Furthermore, it subtracts a subtractor from which the difference between these two later product signals is taken as the output quantity from the arithmetic unit.

Såsom aritmetisk enhet för beräkning av aktiv grundtonseffekt och reaktiv grundtonseffekt kan med särskild fördel en i och för sig 10 15 -20 25 30 35 l'm 7800547-7 känd vektorvridare användas (jfr tidskriften "Siemens-Zeitschrift" ß5(19?1):10, s. 761 - 768, särskilt fig. 5).As an arithmetic unit for calculating active fundamental tone effect and reactive fundamental tone effect, a vector turner known per se 10 15 -20 25 30 35 l'm 7800547-7 can be used with particular advantage (cf. the magazine "Siemens-Zeitschrift" ß5 (19? 1) : 10, pp. 761 - 768, especially fig. 5).

I princip är det även möjligt att bestämma samtliga ingangsstor- heter för den aritmetiska enheten genom ström- ooh spänningsmätningar och anslutande koordinattransformering. En ytterligare utföringsform av uppfinningen använder sig av denna möjlighet. Denna ligger däri, att de bada strömberoende ingångsstorheterna till den aritmetiska en- heten är bildade i en koordinatomvandlare, vilken är matad från en strömtransformator i en första och från en strömtransformator i en andra fasledning till trefasbelastningen, samt att de bada spännings- beroende ingangsstorheterna till den aritmetiska enheten är bildade i en ytterligare koordinatomvandlare, vilken är matad fran ett spännings- uttag från var sin av två spänningar vid trefasbelastningen.In principle, it is also possible to determine all input quantities for the arithmetic unit by current and voltage measurements and connecting coordinate transformation. A further embodiment of the invention makes use of this possibility. This lies in the fact that the two current-dependent input quantities to the arithmetic unit are formed in a coordinate converter, which is fed from a current transformer in a first and from a current transformer in a second phase line to the three-phase load, and that the two voltage-dependent input quantities to the arithmetic unit is formed in a further coordinate converter, which is fed from a voltage outlet from each of two voltages at the three-phase load.

Enligt en annan möjlighet kan man även bilda samtliga eller at- minstone vissa av ingangsstorheterna för den aritmetiska enheten i en regulator för trefasbelastningen. Särskilt vid reglerade trefas- maskiner skall börvärden användas, vilka är representerade i kartesi- anska koordinater. Utgående därifrån utmärker. sig sålunda en ytter- ligare utföringsform av uppfinningen därav, att de bada strömberoende och/eller de bada spänningsberoende ingångsstorheterna består av från en regulator uttagna börvärden, varvid nämnda regulator är anordnad för ström- och/eller spänningsreglering.According to another possibility, it is also possible to form all or at least some of the input quantities for the arithmetic unit in a regulator for the three-phase load. Especially for regulated three-phase machines, setpoints must be used, which are represented in Cartesian coordinates. Based on that excels. thus a further embodiment of the invention is that the both current-dependent and / or the two voltage-dependent input quantities consist of setpoints taken from a regulator, said regulator being arranged for current and / or voltage regulation.

Anordningen är med särskild fördel lämpad för effektmätning vid en reglerad drivanordning, som är matad fran en strömriktare med va- riabel spänning och frekvens.The device is with particular advantage suitable for power measurement in a regulated drive device, which is supplied from a converter with variable voltage and frequency.

Utföringsexempel på uppfinningen skall i det följande närmare förklaras i anslutning till följande beskrivning av figurerna på bi- fogade ritningar; fig. 1 en anordning enligt upp- finningen för effektbestämning med tva koordinatomvandlare och en till dessa ansluten vektorvridare, fig. 2 ett vektordiagram, och fig. Q ett blockschema, vid vilket ingàngsstorheterna för en aritme- tisk enhet är hämtade fràn en regulator.Exemplary embodiments of the invention will be explained in more detail in the following in connection with the following description of the figures in the accompanying drawings; Fig. 1 shows a device according to the invention for determining power with two coordinate converters and a vector rotor connected thereto, Fig. 2 a vector diagram, and Fig. Q a block diagram, in which the input quantities for an arithmetic unit are taken from a controller.

Fig. 1 visar en anordning för mätning av aktiv effekt och sam- tidigt även för mätning av reaktiv effekt hos en symmetrisk trefas- belastning 2. Sasom sadan kan särskilt en trefasig roterande maskin användas. Trefasbelastningen 2 matas via ett trefasigt nät 3, som innehaller de tre fasledarna B, S, T med variabel belastningsspänning och varierbar frekvens. Frekvensen kan därvid variera inom exempel- vis omradet 0 - 50 Hz. Denna inställning av belastningsspänning och frekvens kan ske med hjälp av en i denna figur icke visad strömriktare.Fig. 1 shows a device for measuring active power and at the same time also for measuring reactive power of a symmetrical three-phase load 2. As such, a three-phase rotating machine in particular can be used. The three-phase load 2 is supplied via a three-phase network 3, which contains the three phase conductors B, S, T with variable load voltage and variable frequency. The frequency can then vary within, for example, the range 0 - 50 Hz. This setting of load voltage and frequency can be done by means of a converter not shown in this figure.

På dessa visar: 10 15 ' 20 25 30 gas to 7800547-7 Med den i fig. 1 visade anordningen är det möjligt att mycket moggrant mäta effekten vid grundtonen inom hela frekvensområdet. För det ändamalet härledes belastningsströmmen och belastningsspänningen.On these shows: With the device shown in Fig. 1, it is possible to very accurately measure the power at the fundamental tone within the entire frequency range. For this purpose, the load current and the load voltage are derived.

För mätning av fasströmmarna ik och is.i fasledarna R och S är ström- transformatorer 4 och 5 anordnade. Dessa är via filter eller glätt- ningsenheter 6, 7 anslutna till den aritmetiska enheten. Glättnings- enheterna 6 och 7 kan i princip utelämnas, om övertonshalten, i fas- strömmarna iR och is är mycket lag.For measuring the phase currents ik and is in the phase conductors R and S, current transformers 4 and 5 are provided. These are connected to the arithmetic unit via filters or smoothing units 6, 7. The smoothing units 6 and 7 can in principle be omitted, if the harmonic content in the phase currents iR and ice is very low.

De båda glättningsenheterna 6 och 7 är närmast anslutna till en- Denna har till uppgift att omvandla de bada till koordinatomvandlare 8. strömstorheterna iR, is, som ligger i ett 120°-koordinatsystem tva i ett 90°-koordinatsystem belägna storheter ia, ip. En sådan koordinatomvandlare 8 är vanlig vid fältorienterad reglering av tre- fasmaskiner i andra sammanhang (Jfr åter "Siemens-Zeitschrift" 45 (19?1):10, s. 761 - 768, särskilt fig. 2). Verkningssättet hos den- na koordinatomvandlare 8 kommer att närmare förklaras i anslutning tﬂl fig. 2. 2 Den visade koordinatomvandlaren 8 innehåller en fast inställd potentiometer 10, från vilken halva värdet av signalen för fasström- men iR uttages. Detta anges i figuren genom talet 1/2. Detta uttag- na halva värde tillföres tillsammans med signalen för fasströmmen is till en adderare 11. Dennas utgàngssignal matas till en ingång på en förstärkare 12, vilken kan vara utförd såsom operationsförstärkare.The two smoothing units 6 and 7 are most closely connected to one- This has the task of converting the two to coordinate converter 8. the current quantities iR, ice, which are located in a 120 ° coordinate system, two quantities ia, ip located in a 90 ° coordinate system. Such a coordinate converter 8 is common in field-oriented control of three-phase machines in other contexts (Cf. again "Siemens-Zeitschrift" 45 (19? 1): 10, pp. 761 - 768, especially Fig. 2). The mode of operation of this coordinate converter 8 will be explained in more detail in connection with Fig. 2. 2 The coordinate converter 8 shown contains a preset potentiometer 10, from which half the value of the signal for the phase current iR is taken. This is indicated in the figure by the number 1/2. This extracted half value is supplied together with the signal for the phase current ice to an adder 11. Its output signal is fed to an input of an amplifier 12, which can be designed as an operational amplifier.

Den avger en utgàngssignal som är förstärkt i proportionen 2/VÉÄ Den- na utgángssignal utgör därvid storheten iß . Storheten ica är den 1 koordinatomvandlaren 8 oförändrade signalen för fasströmmen iR. De båda signalerna LR, iß är i tiden föränderliga. De utgör strömkom- ponenter i ett ortogonalt koordinatsystem med koordinataxlarna ag ß.It emits an output signal which is amplified in the proportion 2 / VÉÄ This output signal then constitutes the quantity iß. The quantity ica is the 1 unchanged signal for the phase current iR in the coordinate converter 8. The two signals LR, iß are variable over time. They constitute current components in an orthogonal coordinate system with the coordinate axes ag ß.

De båda storheterna ica ooh iß tillföres såsom strömberoende in- gàngsstorheter till en aritmetisk enhet 13.The two quantities ica ooh iß are supplied as current-dependent input quantities to an arithmetic unit 13.

För mätning av stjärnspänningarne uR och us vid trefasbelast- ningen 2 är en stjärnkopplad sparkopplad transformator 1ü anordnad.A star-coupled transformer 1ü is provided for measuring the star voltages uR and us at the three-phase load 2.

De uttagna stjärnspänningarna uR och us är de, som är samordnade med fasströmmarna ia och is, som uppmätts. Spänningsuttaget för stjärn- I princip kan i stället för stjärn- De uttagna ba- spänningen uR är betecknad 15. spänningarna uR, us även två huvudspänningar uppmätas. da stjärnspänningarna uR, us tillföres via filter 16 och 17 eller glättningsenheter, vilka även kan utelämnas, om endast sme eller inga övertoner föreligger, till en ytterligare koordinatomvandlare 18.The star voltages uR and us are those that are coordinated with the phase currents ia and ice that are measured. The voltage socket for star- In principle, instead of star- The charged base voltage uR is denoted 15. the voltages uR, us also two main voltages can be measured. since the star voltages uR, us are applied via filters 16 and 17 or smoothing units, which can also be omitted, if only small or no harmonics are present, to an additional coordinate converter 18.

Denna koordinatomvandlare 18 har till uppgift att omvandla de 10 15 20 25 30 35 40 780054747 bada i ett 120°-koordinatsystem liggande storheterna uﬁ, us till tva i ett 90°-koordinatsystem liggande storheter ua, uß. Den är uppbyggd pa samma sätt som koordinatomvandlaren 8 och innehåller salunda även en potentiometer 20, en adderare 21, och en förstärkare 22. Vid po- tentiometern 20 uttages halva värdet av signalen för stjärnspänningen uR. Detta anges genom talet 1/2. Detta halva värde tillföres tillsam- mans med signalen för stjärnspänningen us till adderaren 21. Dennas utgangssignal förstärkas i förstärkaren 22 med faktorn 2/Vä och utgör storheten uß. Storheten u“_är lika med den oförändrade signalen för stjärnspänningen un. De bada storheterna uu, uß är i tiden föränder- liga. De representerar spänningskomponenterna i samma ortogonala koor- dinatsystem med koordinataxlarna|u,p , som det i vilket även storheter- na ia, ip är bestämda med hjälp av koordinatomvandlaren 8.This coordinate converter 18 has the task of converting the quantities ua, us into two quantities ua, uß lying in a 120 ° coordinate system lying in a 120 ° coordinate system. It is constructed in the same way as the coordinate converter 8 and thus also contains a potentiometer 20, an adder 21, and an amplifier 22. At the potentiometer 20, half the value of the signal for the star voltage uR is taken out. This is indicated by the number 1/2. This half value is supplied together with the signal for the star voltage us to the adder 21. Its output signal is amplified in the amplifier 22 by the factor 2 / Vä and constitutes the quantity uß. The magnitude u "_ is equal to the unchanged signal of the star voltage un. The two quantities uu, uß are variable over time. They represent the voltage components of the same orthogonal coordinate system with the coordinate axes | u, p, as that in which the quantities ia, ip are also determined by means of the coordinate converter 8.

De bada storheterna u,_och uß tillﬂöres såsom spänningsberoende ingangsstorheter även till den aritmetiska enheten 13.The two quantities u, _ and uß to ﬂ öres as voltage-dependent input quantities also to the arithmetic unit 13.

Den aritmetiska enheten 13 är utförd som en så kallad vektorvri- dare. Denna vektorvridare har till uppgift att pa visst sätt samman- länka de fyra ingángsstorheterna rm, iß, u“_, uß med varandra och att därvid möjliggöra bestämning av aktiv och reaktiv effekt ur de karte- sianska koordinaterna för den roterande ström- och spänningsvektorn.The arithmetic unit 13 is designed as a so-called vector knob. This vector rotor has the task of linking the four input quantities rm, iß, u “_, uß with each other in a certain way and thereby enabling the determination of active and reactive power from the Cartesian coordinates of the rotating current and voltage vector.

En sådan vektorvridare är i och för sig känd vid fältorienterad regle- ring av trefasmaskiner (Jfr "Siemens-Zeitschrift" 45(19?1):10, s. 757 - 760, särskilt fig. 7 och den tyska patentskriften 1 941 312, fig. 6).Such a vector turner is known per se in field-oriented control of three-phase machines (Cf. "Siemens-Zeitschrift" 45 (19? 1): 10, pp. 757 - 760, in particular Fig. 7 and German Patent Specification 1 941 312, Fig. 6).

Den används dock där för en annat ändamål, nämligen för transformering av storheter från ett fältkoordinatsystem till ett statorkoordinatsys- tem. I föreliggande fall bildar däremot vektorvridaren dels produk- ten av spänning och aktiv ström och dels produkten av spänning. och reaktiv ström.However, it is used there for another purpose, namely for transforming quantities from a field coordinate system to a stator coordinate system. In the present case, on the other hand, the vector rotor forms the product of voltage and active current and the product of voltage. and reactive current.

Den aritmetiska enheten 13 innefattar en första multiplikator 23, som av de bada ingángsstorheterna im och u0¿bildar en produktsig- nal. Multiplikatorn 23 mottar därvid den spänningskomponent uu,ooh den strömkomponent io., som bada ligger i samma koordinataxels Q.rikt- nng. Den aritmetiska enheten 13 innefattar vidare en andra multipli- kator 24, som av ingángsstorheterna_iß och uê bildar en produktsignal.The arithmetic unit 13 comprises a first multiplier 23, which of the two input quantities im and u forms a product signal. The multiplier 23 then receives the voltage component uu, and the current component io, both of which lie in the Q. direction of the same coordinate axis. The arithmetic unit 13 further comprises a second multiplier 24, which of the input quantities_iß and uê forms a product signal.

Multiplikatorn 2ß mottar därvid den spänningskomponent up och den strömkomponent ip , som bada ligger i den andra koordinataxelns ß riktning. De bada produktsignalerna från multiplikatorerna 23, 24 adderas med varandra i en adderare 25. Vid utgången pa adderaren 25 uttas den ena utgångsstorheten Ujtcosp från den aritmetiska enheten 13 och denna utgángsstorhet är proportionell mot den aktiva effekten 17o 15 20 25 30 35 #0 780054747 Pw. Utgàngsstorheten föres via en förstärkare 26 till ett indikerings- eller mätinstrument 27, som visar den aktiva effekten PN.. Förstär- karen 26 är här endast använd för anpassning till mätinstrumentet 27.The multiplier 2ß then receives the voltage component up and the current component ip, both of which lie in the direction of the second coordinate axis ß. The two product signals from the multipliers 23, 24 are added to each other in an adder 25. At the output of the adder 25, one output quantity Ujtcosp is taken from the arithmetic unit 13 and this output quantity is proportional to the active power 17o 15 20 25 30 35 # 0 780054747 Pw . The output quantity is fed via an amplifier 26 to an indicating or measuring instrument 27, which shows the active effect PN. The amplifier 26 is here only used for adaptation to the measuring instrument 27.

Den särskilda bestämningen av den till trefasbelastningen 2 tillförda reaktiva effekten möjliggöres genom att den aritmetiska en- heten 13 även innefattar följande element: en tredje multiplikator 29, som bildar en produktsignal av spänningskomponenten ua i koordi- nataxelnsil riktning och-av strömkomponenten iß i den andra koordinat- axelns ß riktning. Här inmatas sålunda komponenter för koordinataxlar med skilda riktningar. Den aritmetiska enheten 13 innefattar vidare en fjärde multiplikator 30, vilken bildar en produktsignal av spän- ningskomponenten up i koordinataxelns ß riktning och av strömkomponen- ten ia i koordinataxelns azriktning. Även i detta fall inmatas sålun- da komponenter för koordinataxlar med skilda riktningar. Slutligen innefattar den aritmetiska enheten 13 en subtraherare 31. I denna subtraheras produktsignalen från den fjärde muütiplikatorn 30 fran produktsignalen frán den tredje multiplikatorn 29. Vid utgången pa subtraheraren 31 uttas den andra utgàngsstorheten U Isinç från den aritmetiska enheten 13, vilken utgángsstorhet är proportionell mot den reaktiva effekten Pb1. Denna andra utgángsstorhet tillföras via en ytterligare förstärkare 32 till ett indikerings- eller mätinstru- ment 33, som visar den reaktiva effekten Pb..The specific determination of the reactive power applied to the three-phase load 2 is made possible by the arithmetic unit 13 also comprising the following elements: a third multiplier 29, which forms a product signal of the voltage component ua in the coordinate axis direction and of the current component iß in the second coordinate axis ß direction. Components for coordinate axes with different directions are thus entered here. The arithmetic unit 13 further comprises a fourth multiplier 30, which forms a product signal of the voltage component up in the direction of the coordinate axis ß and of the current component ia in the direction of the coordinate axis. Even in this case, components for coordinate axes with different directions are thus input. Finally, the arithmetic unit 13 comprises a subtractor 31. In this, the product signal from the fourth multiplier 30 is subtracted from the product signal from the third multiplier 29. At the output of the subtractor 31, the second output variable U Isinç is taken from the arithmetic unit 13, which output is proportional to the arithmetic unit. reactive effect Pb1. This second output quantity is supplied via an additional amplifier 32 to an indicating or measuring instrument 33, which shows the reactive power Pb.

Det bör redan här betonas, att de bada utgångsstorheterna fràn den aritmetiska enheten 13, Uﬁïoosç och UI[sin9,inte innehåller någon tidsvariabilitet. Det rör sig sålunda här om likspänningssignaler.It should already be emphasized here that the two output quantities from the arithmetic unit 13, U ﬁ ïoosç and UI [sin9, do not contain any time variability. These are thus DC signals.

Härefter skall verkningssättet för anordningen enligt fig. 1 förklaras. Vi utgår därvid från ett symmetriskt trefasigt spännings- system och från ett symmetriskt trefasigt strömsystem.Hereinafter, the mode of operation of the device according to Fig. 1 will be explained. We start from a symmetrical three-phase voltage system and from a symmetrical three-phase current system.

De tre stjärnspänningarna uñ, uS“ooh uT uR =üR cos wt _ (1) US =ﬁs eoswt - 2fc/3) (2) UT ='üT cos(¿>t + 27C/3) (3) för det symmetriska trefasiga spänningssystemet kan betraktas som tre sinsemellan 120° förskjutna koordinater för en med vinkelfrekven- sen w roterande plan spänningsvektor Û. Pa motsvarande sätt kan de tre ledningsströmmarna 13, is, iT iR = TH cosh.) t -¶>) I (4) is = is cos(aJt - y - 2fï/3) (5) iT 5 TT cos(aJt _ y + 2?ï/3) (5) för det symmetriska trefasiga strömsystemet betraktas som tre sins- 10 15 20 25 30 35 #0 78005 47-7 emellan 120° förskjutna koordinater för en med vinkelfrekvensen¿» ro- terande plan strömvektor ï. Beloppet av spänningsvektorn 1Ü[=1ïR'=íïS='GT=-1ï (7) motsvarar amplituderna Én, íïs och 'BT för de enskilda stjärnspänningar- na un, us och uT, och beloppet av strömvektorn 1ï|= 1* -i -â -i (s) R S motsvarar amplituderna tiR, lä och'ïà för de enskilda ledningsström- marna in, is och iT.The three star voltages uñ, uS “ooh uT uR = üR cos wt _ (1) US = ﬁ s eoswt - 2fc / 3) (2) UT = 'üT cos (¿> t + 27C / 3) (3) for the symmetric the three-phase voltage system can be considered as three coordinates offset by 120 ° from each other by a planar voltage vector Û rotating with the angular frequency w. Correspondingly, the three line currents 13, is, iT iR = TH cosh.) T -¶>) I (4) is = is cos (aJt - y - 2fï / 3) (5) iT 5 TT cos (aJt _ y + 2? ï / 3) (5) for the symmetrical three-phase current system is considered as three sense coordinates of a plane vector rotating with the angular frequency¿ »rotating with the angular frequency¿» The amount of the voltage vector 1Ü [= 1ïR '= íïS =' GT = -1ï (7) corresponds to the amplitudes Én, íïs and 'BT for the individual star voltages un, us and uT, and the amount of the current vector 1ï | = 1 * - i -â -i (s) RS corresponds to the amplitudes tiR, lä and'ïà for the individual line currents in, is and iT.

Den aktiva grundtonseffekten PW1 och den reaktiva grundtonsef- fekten Pb1 för de trefasiga ström- och spënningssystemen beräknas en- ligt följande ekv. 9 och 10 till Pw1= HÛR - TB +'1ïs ~ TS +fxïT - 'ïïJcosga = BUIoosgo (9) Pb1 = 11633 - 'in Müs - 'is +füT - 'tTnnnp = auïeinp (10) Anordningen enligt fig. 1 beräknar nu inte den aktiva effekten PW1 och den reaktiva effekten Pb1 direkt enligt ekv. 9 och 10 genom multiplikationer av ström- och spänningsamplituder, utan genom multi- plikationer och additioner efter transformering av den roterande spän- ningsvektorn Û och den roterande strömvektorn T i kartesianska koordi- nater.The active fundamental tone effect PW1 and the reactive fundamental tone effect Pb1 for the three-phase current and voltage systems are calculated according to the following eq. 9 and 10 to Pw1 = HÛR - TB + '1ïs ~ TS + fxïT -' ïïJcosga = BUIoosgo (9) Pb1 = 11633 - 'in Müs -' is + füT - 'tTnnnp = auïeinp (10) The device according to Fig. 1 calculates now not the active effect PW1 and the reactive effect Pb1 directly according to eq. 9 and 10 by multiplications of current and voltage amplitudes, but by multiplications and additions after transforming the rotating voltage vector Û and the rotating current vector T into Cartesian coordinates.

Man kan uppställa två av de tre 120° förskjutna stjärnspänning- arna uR, us, uT enligt följande ekv. 11 och 12 och tva av de tre 120° förskjutna ledningsströmmarna enligt följande ekv. 13 och 111: u., = uR = 'ü coswt up 2/1/ï~(3¿uR+ us) 'H sinuñt i°g= iR = 'i cos(wt - 50) (13) ia = z/Vï-(àiﬂ + is) ”i” einuot - go) (14) och sålunda erhålla parvis 90° förskjutna storheter um, up och ia, ip.You can set two of the three 120 ° offset star voltages uR, us, uT according to the following eq. 11 and 12 and two of the three 120 ° offset line currents according to the following eq. 13 and 111: u., = UR = 'ü coswt up 2/1 / ï ~ (3¿uR + us)' H sinuñt i ° g = iR = 'i cos (wt - 50) (13) ia = z / Vï- (ài ﬂ + is) "i" einuot - go) (14) and thus obtain in pairs 90 ° offset quantities um, up and ia, ip.

Enligt fig. 2 representerar storheterna um, up de kartesianska aug-koordinaterna för den roterande spänningsvektorn Û. Ett motsva- rande visardiagram kan uppställas för storheterna ia, i(¿ . storheter- na ia, ip, är alltså d_e kartesianska koordinaterna för den roterande strömvektorn f. Ekv. 11, 12 och 13, 111- astadkommer sålunda en trans- formering till ett ortogonalt koordinatsystem med koordinataxlarna oaß.According to Fig. 2, the quantities um, up represent the Cartesian aug coordinates of the rotating voltage vector Û. A corresponding pointer diagram can be set up for the quantities ia, i (¿. The quantities ia, ip, are thus the Cartesian coordinates of the rotating current vector f. Eq. 11, 12 and 13, 111- thus bring about a transformation to an orthogonal coordinate system with the coordinate axes oaß.

Med hjälp av koordinatomvandlarna 8 och 18 realiseras enligt fig. 1 ekv. 11, 12 resp. 13, 11+. Man inser, att potentiornetrarna 10 och 20 bestämmer faktorn ir och att förstärkarna 12 och 22 bestämmer faktorn 2/1/'3 i ekv. 12 resp. 111. Adderarna 11 och 21 realiserar plus- tecknet i dessa ekv. 12 resp. 11+.By means of the coordinate converters 8 and 18, according to Fig. 1, eq. 11, 12 resp. 13, 11+. It will be appreciated that the potentiometers 10 and 20 determine the factor ir and that the amplifiers 12 and 22 determine the factor 2/1 / '3 in eq. 12 resp. 111. Adders 11 and 21 realize the plus sign in these equations. 12 resp. 11+.

I vektorvridaren 13 sammanllinkas därefter oz-(j -kocrdinaterna för spänning och ström enligt ekv. 15 och 16 enligt följande: (11) (12) II “1o -15 20 25 30 Bs 40 7800547-7 uæ-iu+-up- in uïcosç 2UIcosp (15) uw :få - up- 1,3, = 'di smq» zuïsingø (16) För realisering av ekv. 15 används de båda multiplikatorerna 23 och Zü och adderaren 25, och för realisering av ekv. 16 används de bå- da multlplikatorerna 29 och 30 och subtraheraren 31.In the vector turner 13, the oz (j) coordinates for voltage and current according to equations 15 and 16 are then linked together as follows: (11) (12) II "1o -15 20 25 30 Bs 40 7800547-7 uæ-iu + -up- in uïcosç 2UIcosp (15) uw: få - up- 1,3, = 'di smq »zuïsingø (16) For the realization of equation 15 the two multipliers 23 and Zü and the adder 25 are used, and for the realization of equation 16 they are used both the multipliers 29 and 30 and the subtractor 31.

De enligt ekv. 15 och 16 bildade storheterna är proportionella mot dem i ekv. 9 och 10 och är sålunda proportionella mot den aktiva grundtonseffekten PW1 resp. den reaktiva grundtonseffekten Pb1. De kan direkt eller via förstärkare 26, 32 tillföras till lämpligt kali- brerade mätinstrument 27, 33.According to Eq. The quantities formed in 15 and 16 are proportional to those in Eq. 9 and 10 and are thus proportional to the active fundamental tone effect PW1 resp. the reactive fundamental tone effect Pb1. They can be applied directly or via amplifiers 26, 32 to appropriately calibrated measuring instruments 27, 33.

Betraktas ekv. 15 och 16 inses, att grundtonsfrekvensen o)inte uppträder. Därmed blir sålunda anordningen i huvudsak frekvensobe- roende, om för bestämningen av stjärnspänningarna un, us även i hu- vudsak frekvensoberoende mätanordningar används, såsom exempelvis shunttransformatorer.Considered eq. 15 and 16 it will be appreciated that the fundamental frequency o) does not occur. Thus, the device becomes substantially frequency-dependent, if for the determination of the star voltages un, us also substantially frequency-independent measuring devices are used, such as, for example, shunt transformers.

Innehåller belastningsströmmen eller belastningsspänningen över- toner, kan dessa förvanska det önskade mätresultatet enligt ekv. 15 och 16. För att detta skall förhindras, kan man allt efter behov använda tre skilda åtgärder: 1¿ glättning av övertonerna i de mätta spänningarna och strömmarna.If the load current or the load voltage contains harmonics, these can distort the desired measurement result according to eq. 15 and 16. To prevent this, three different measures can be used as required: 1¿ smoothing of the harmonics in the measured voltages and currents.

Detta àstadkommes enligt fig. 1 av glättningsenheterna 16, 1? resp. 6, Glättningen medför dock ett svagt frekvensberoende hos anordningen, g¿ användning av medelvärdesinstrument såsom mätinstrument 27, 33.This is achieved according to Fig. 1 by the smoothing units 16, 1? resp. 6, However, the smoothing results in a weak frequency dependence of the device, using average value instruments such as measuring instruments 27, 33.

Därigenom kommer inflytandet av övertoner, vilka enligt ekv. 15 och 16 endast har en växelspänningskomponent med hög frekvens, att elimi- neras, ' i, man glättar endast u- g-komponenterna uu , u(¿ av strömmen med hjälp av ett vektor- 7, vilka är avstämda på övertonerna. av spänningen ochoc-ß -komponenterna io, , iß filter. Detta vektorfilter möjliggör en vinkelnoggrann glättning och ger 1 huvudsak frekvensoberoende. Ett sådant vektorfilter är redan känt 1 litteraturen, jfr. "Siemens-Zeitschrift" 45(1971):10, s. 761 - 7689 fiåo 3. ' Alltefter de uppställda kraven på anordningen och alltefter de befarande övertonerna kan en av de bada glättningsmetoderna enligt punkterna 1 och 3 ovan användas. .Thereby comes the influence of harmonics, which according to eq. 15 and 16 have only one high frequency AC component to be eliminated, only the u- g components uu, u (¿of the current are smoothed by means of a vector 7, which are tuned to the harmonics of the voltage). ochoc-ß -components io,, iß filters. This vector filter enables angular smoothing and gives 1 mainly frequency independence. Such a vector filter is already known in the literature, cf. "Siemens-Zeitschrift" 45 (1971): 10, p. 761 - 7689 fiåo 3. 'Depending on the requirements of the device and the harmonics used, one of the two smoothing methods according to paragraphs 1 and 3 above may be used.

Sammanfattningsvis kan man fastställa, att den i fig. 1 visade anordningen för mätning av den aktiva grundtonseffekten Pw1 eller den reaktiva grundtonseffekten Pb, eller båda dessa effekter, exempelvis för mätning av dessa storheter på en trefasmaskin, ger möjlighet här- 10 15 20 25 30 7800547-7 till, varvid trefasmaskinen drivs via en strömriktare med variabel frekvens, i synnerhet även vid mycket laga frekvenser, med fördelar- na av en mycket kort inställningstid och förhållandevis lag kostnad.In summary, it can be stated that the device shown in Fig. 1 for measuring the active fundamental tone effect Pw1 or the reactive fundamental tone effect Pb, or both of these effects, for example for measuring these quantities on a three-phase machine, makes it possible here. 7800547-7, whereby the three-phase machine is driven via a variable frequency converter, in particular even at very low frequencies, with the advantages of a very short setting time and relatively low cost.

Vid reglerade, via strömriktare matade drivanordningar med tre- fasmaskin star i den använda regulatorn olika storheter, ofta såsom börvärden, till förfogande. Dessa redan befintliga storheter kan med fördel användas för effektmätning enligt ovan angivna princip eller för inmatning i en speciellt utförd aritmetisk enhet, särskilt i sådana fall, da en så kallad transvektor-reglering för fältorienterad drift av trefasmaskiner används. - I bifogade fig. 3 visas en utföringsform av uppfinningen, vilken kan användas, när i en regleranordning #0, som hör till den matande strömriktaren M, börvärdena få och få för u- (fi-komponenterna i tre- fassystemet star till förfogande och även börvärdena uå_och uíåför ou-Q-komponenterna i styrspänningssystemet, vilka är proportionella mot börvärdena för utgangsspänningen. De ända befintliga börvärdena ii, iš och nä, nä tillföres till en aritmetisk enhet 13, som är ut- förd pa det sätt som visas i fig. 1. Vid denna utföringsform inbespa- ras särskilda uttag för belastningsström och belastningsspänning, ävensom särskilda koordinatomvandlare och glättningsanordningar, ef- tersom börvärdena inte innehåller nagra övertoner.In the case of regulated, drive devices with a three-phase machine fed via converters, different quantities, often as setpoints, are available in the used regulator. These already existing quantities can advantageously be used for power measurement according to the above principle or for input into a specially designed arithmetic unit, especially in such cases, when a so-called transvector control for field-oriented operation of three-phase machines is used. Fig. 3 shows an embodiment of the invention, which can be used when in a control device # 0, which belongs to the supply converter M, the setpoints get and get for the u- (fi components in the three-phase system are available and also the setpoints uå_and uíåfor the ou-Q components of the control voltage system, which are proportional to the setpoints of the output voltage.The only existing setpoints ii, iš and nä, nä are supplied to an arithmetic unit 13, which is designed in the manner shown in fig. In this embodiment, special sockets for load current and load voltage are saved, as well as special coordinate converters and smoothing devices, as the setpoints do not contain any harmonics.

Det finns regler- och styranordningar 40, 1 vilke den ena av de bada komponentparen Qi, qâ och må, uä används och sålunda star till förfogande för effektbestämning. I dylikt fall kan det andra komponentparet ofta erhållas ur andra fältorienterade börvärden ge- nom framàt- eller bakattransformering med hjälp av vektorvridare.There are control and control devices 40, 1 in which one of the two component pairs Qi, qâ and må, uä is used and thus is available for power determination. In such a case, the second component pair can often be obtained from other field-oriented setpoints by forward or reverse transformation by means of vector rotators.

En fördel med sådana utföringsformer, vid vilka ingangsstor- heter för den aritmetiska enheten, vilka hämtats ur en regulator, används för effektbestämningen, ligger i inbesparingen av apparater, framförallt glättningsenheter och anordningar för ärvärdesbestämning (mättransformatorer).An advantage of such embodiments, in which input quantities for the arithmetic unit, which are taken from a controller, are used for the power determination, lies in the saving of devices, in particular smoothing units and devices for determining the value (measuring transformers).

Claims

7800547-7 Patent claims

Device for determining active power applied to a three-phase load, using an arithmetic unit, to which at least one input current dependent on the load current and at least one of the load voltage is applied and at the output of which one against the active the effect of proportional output quantity is taken, characterized in that two current-dependent input quantities (ia, iß; Q:, få) are supplied to the arithmetic unit (13), which quantities represent the load current (i) in an orthogonal coordinate system (u, ß), and that two voltage-dependent input quantities (va, uß), representing the load voltage (u) in the same coordinate system, are also applied to the arithmetic unit (13), the latter comprising a first multiplier (23), which forms a product signal of the voltage component (uu) and of the current component (im) in the direction of one (a,) coordinate axis, that the arithmetic unit further comprises a second multiple which forms the product signal of the voltage component (u¿Q and of the current component (iß) in the direction of the other (ß) coordinate axis, and that an adder (25) is provided, from which as the output quantity of the arithmetic unit (13) the sum of the both product signals are taken (fig. 1 and 3).

Device according to claim 1, characterized in that in addition, for determining reactive power applied to the three-phase load, (2), the arithmetic unit (13) comprises a third multiplier (29, which forms a product signal of the voltage component (uu) in the direction of the first (NJ coordinate axis and of the current component (iß) in the direction of the second (Q) coordinate axis, and that the arithmetic unit (13) comprises a fourth multiplier (30), which forms a product signal of the voltage component ( mg) in the direction of the second (Q) coordinate axis and of the current component (ia) in the direction of the first (ct) coordinate axis, and that a subtractor (31) is provided, from which as the output quantity of the arithmetic unit (13) the difference between these both product signals are taken (Figs. 1 and 3).

Device according to Claim 2, characterized in that the arithmetic unit (13) consists of a vector knob known per se (Figs. 1 and 3).

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the two current-dependent input quantities (lg, 7800547-7 11 1) of the arithmetic unit (13) are formed in a coordinate converter (8), which is supplied from a current transformer (4) in a first (R) and from a current transformer (5) in a second (S) phase line to the three-phase load (2), and that the two voltage-dependent input quantities (now, uß) to the the arithmetic unit (13) is formed in a further coordinate converter (18), which is supplied from a voltage outlet (15) from each of two voltages at the three-phase load (2) (Fig. 1).

Device according to claim 4, characterized in that a smoothing unit (6, 7; 16, 17) is connected between each current transformer (4, 5) resp. between each voltage socket (15) and the associated coordinate converter (8; 18) (Fig. 1).

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the both current-dependent and / or the two voltage-dependent input quantities consist of setpoints taken from a regulator (40) (lä, lä; nä, uäé ), wherein said regulator is arranged for current and / or voltage regulation (Fig. 3).

Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a three-phase machine is arranged as a three-phase load (2), which is fed from a converter (41) with variable voltage and frequency (Fig. 3). ). REQUIRED PUBLICATIONS: