SU1383224A1 - Панорамный анализатор частотных характеристик входного сопротивлени промышленных электрических сетей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  и исследовани  частот ных хара к те ри с тик в ход ных с о п- ротивлений электроэнергетических систем и систем электроснабжени  промышленных предпри тий.

Известен анализатор .полных гармонических сопротивлений многофазной электрической системы с нелинейной и несимметричной нагрузкой, содержащий два блока делени , блок управлени , генератор двух симметричных взаимоортогональных т-фазных пр моугольных систем напр жений и четыре идентичных канала, выполненных -в виде последовательно соединенных сумматора и фильтра нижних частот, 2га ключей дл  переноса спектра, 2тфиль- трон низкой частоты, 4п1 ключей, причем щ-входы анализатора чер ез ключи дл  переноса спектра соединены с фильтрами низкой частоты, выходы которых через 4т ключей соединены с сумматорами первого И второго каналов и другие 4т - с сумматорами третьего и четвертого .каналов соответственно , управл ющие- входы 4т ключей

0

0

50 Гц), так как сетевые нелинейные нагрузки генерируют в сеть гармоники токов с ,частотами в 100, 150 Гц и т.д. Следовательно, частотна  характеристика входного сопротивлени  может быть измерена только в дискретных точках, отсто щих друг от друга, не менее чем на 50 Гц. Низка  точность измерени  обусловлена тем-, что кроме нелинейной нагрузки, подключенной в исследуемом узле, в сети, как правило, имеетс  множество других нелинейных нагрузок (сварочные машины, 5 вентильный электропривод, люминесцентное освещение и др.), причем гармоники , которые они генерируют,  вл ютс  паразитными по отношению к гар моникам, генерируемым основной нелинейной нагрузкой,, и внос т дополнительную погрешность в измерени . Кроме згого, дл  получени  приемлемой точности измерени  необходимо, чтобы гармоники тока и напр жени , используемые в измерении, все имели достаточную величину. В реальных системах электроснабжени  это условие не выполн етс  и гармоники с увеличением их пор дкового номера, как правило.

5

соединены с выходами генератора двух зо быстро уменьшаютс  по величине.

симметричных взаимоортогональных т-фазных пр моугольных систем -напр жени , вход которого соедин.ен с вы- ходом блока управлени , другой выход которого соединен с управл ющими входами 2т ключей дл  переноса спектра .

Особенностью этого анализатора  вл етс  то, что- его принцип действи основан на анализе уже имеющихс  в данном узле сети искажени х напр жени  и тока, создаваемых нелинейной нагрузкой сетиб Результатом анализа  вл етс  измерение высших гармоник напр жени  и тока, по величинам которых определ ют значени  частотной зависимости входного сопротивлени  электрической .сети в -дискретных точках на оси частот, так называемые гармонические сопротивлени  ll..

Недостатками известного анализатора  вл ютс  низка  разрешающа  способность по частоте и низка  точност измерени .

Низка  разрешающа  способность вызвана тем, что измерение входного сопротивлени  сети может быть осуществлено только на частотах, кратных основной частоте- сети (с шагом в

5

0

5

0

5

Наиболее .близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту  вл етс  устройство дл  измерени  частотной характеристики модул  входного сопротивлени  распределительной сети, содержащее управл емую нелинейную нагрузку , к которой подключен анализатор спектра напр жени  и тока блок управлени  нелинейной нагрузкой и делитель частоты напр жени  сети, вы- -ход которого подключен к входу блока управлени  нелинейной нагрузкой,.

С помощью такого-устройства производитс  измерение входного сопротивлени  электрической сети на частотах , не кратных основной частоте сети, а именно на частотах 75, 125, 175 Гц и т.д. Это позвол ет отстроитьс  от вли ни  паразитных гармоник, создаваемых другими нелинейными нагрузками - 2. Однако известное устройство имеет низкую разрешающую способность по частоте , так как измерение может быть осуществлено только в дискретных точках на оси частот, из-за чего мо- гут быть пропущены резонансные всплески и провалы на кривой искомой частотной характеристики. Кроме того, устройство имеет большую погрешность измерени , возрастающую с увеличение частоты из-за уменьшени  амплитуд гармоник с увеличением их пор дкового номер а.

.Недостатком устройства  вл етс  также сложность и трудоемкость процесса измерени  - дл  его осуществле ни  необходимо иметь анализатор дл  одновременного определени  спектра напр жени  и тока. Использование одного анализатора спектра обычного

-типа приводит к необходимости измер т гармоники напр жени  н тока в разные моменты времени. В результате по вл етс  погрешность из-за неодновременности измерени , так как в паузу между двум  циклами измерени  искома частотна  характеристика может изменитьс  (коммутации электрооборудовани , изменени  режима работы нагрузо и т.д.). Использование двух анализаторов спектра также практически не- Возможно из-за трудностей по их синхронизации .

Известное устройство может быть

Iприменено только дл  грубой оценки частотной характеристики входного сопротивлени  электрической сети в нескольких точках на оси частот.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и увеличение разрешающей способности анализатора по частоте.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в панорамный анализатор частотных характеристик входного сопротив- лени  промьшшенных электрических сетей , содержащий управл емую нелинейную нагрузку, первый зажим которой подключен к исследуемой сети, второй зажим соединен с корпусом (землей), управл ющие входы соединены соответственно с выходами блока управлени  нагрузкой, индикатор, измерительньй трансформатор напр жени , первична  обмотка которого подключена к исследуемой сети, введены задатчик кода, последовательно соединенные генера- тор пр моугольных импульсов, упрар- л емьй двоичный, счетчик и цифроана- логовый преобразователь, а также последовательно соединённые режекторный фильтр, выпр митель и фильтр нижних частот. Причем выход цифроаналоговог преобразовател  соединен с входом блока управлени  нагрузкой и входом

о

0

5

управлени  электронным лучом по горизонтали индикатора, вход управлени  электронным лучом по вертикали которого соединен с выходом фильтра нижних частот, вторична  обмотка измерительного трансформатора напр жени  подключена к входу режекторного фильтра , дополнительньй вход управл емо- .го двоичного счетчика соединен с выходом задатчика кода, вход которого соединен с выходом переполнени  счетчика .

Блок управлени  нагрузкой содержит последовательно соединенные преобразователь напр жени  в частоту следовани  импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с выходами блока управлени  нагрузкой, входом которого  вл етс  вход преобразовател  напр жени  в частоту следовани  импульсов.

Управл ема  нелинейна  нагрузка выполнена в виде параллельных цепей, состо щих из последовательно соединенных весового резистора и электронного ключа, управл ющие входы элек- , тронных ключей соединены с соответствующими выходами блока управлени  нагрузкой, общие вьшоды весовых резисторов соединены с первым зажимом управл емой нелинейной нагрузки, общие выходы электронных ключей соединены с вьшодом дополнительного переменного резистора, второй вьшод которого соединен с вторым зажимом управл емой нелинейной нагрузки.

На фиг.1 представлена блок-схема панорамного анализатора; на фиг.2 - принципиальна  схема управл емой нелинейной нагрузки; на фиг.З - график функции изменени  сопротивлени  нелинейной нагрузки;ана фиг.4 - спектр функции изменени  сопротивлени  нелинейной нагрузки по системе орто- гональных базисных функций Уолша.

Анализатор (фнг.1) содержит управл емую нелинейную, нагрузку 1, блок 2 управлени  нагрузкой, состо щий из последовательно соединенных генератора 3 пр моугольных функций Уолша и преобразовател  4 напр жени  в частоту следовани  импульсов, цифроана- логовый преобразователь 5, управл емый двоичный счетчик 6, задатчик 7 кода, генератор 8 пр моугольных импульсов , индикатор 9 электронно-лучевой , фильтр 10 нижних частот, выпр митель 11, режекторный фильтр 12,

трансформатор 13 напр жени  и вольтметр . 14 действующего значени  напр - ени .

Выход генератора 8 пр моугольных импульсов соединен с последовательно соединенными управл емым двоичным счетчиком 6 и цифроаналоговым преобразователем 5, выход которого соединен.с входом блока 2 управлени  нагрузкой и с одним из входов индикатора 9j выход задатчика 7 кода соединен с дополнительным входом управл емого двоичного счетчика 6, выход переполнени  которого соединен с входом задатчика 7 кода, первична  обмотка трансформатора 13 напр жени  и первьй зажим управл емой нелинейной нагрузки 1 подключены к исследуемой сети, вторична  обмотка трансформатора 13 напр жени  подключена к входу режекторного фильтра 12, к выходу которого через выпр митель 11 и фильтр 10 нижних частот подключен индикатор 9.

Сущность изобретени  состоит в следующем..

В установившемс  режиме напр жени в исследуемом узле электрической сети может быть описано синусоидальной функцией

Uc(t) , (1) где амплитудное значение напр жени  сети;

ы 2i7f - углова  частота напр жени  сети (f 50 Гц).

Если к исследуемому узлу сети подключить нелинейную нагрузку 1, проводимость g(t) которой измен етс  во времени по следующему закону

g(t) 1 - G,cosat, (2) где. G - посто нна  величина, значение которой удовлетвор ет условию -Off, 1j а - углова  частота, t - текущее врем ,

то мгновенное значение потребл емого (генерируемого) этой нагрузкой 1 ток определитс  из выражени 

i(t) Uc(t)g(t) U sinujt +

+ sin(u- a)t + sin(w+a)t. (3)

Протекание этого тока приведет к возникновению падени  напр жени  на входном сопротивлении электрической сети, внешней По отношению к ветви с нелинейной нагрузкой 1. Это падени напр жени  в соответствии с законом Ома описываетс  выражением

,

(w+a)t,

(4)

где Z, Z, модули входного

сопротивлени , электрической сети соответ . ственно на частотах W, о - а и о + а.

Падение напр жени , описываемое формулой (4), накладьшаетс  на сину- сойду основного напр жени  сети,описываемого вьфажением (1), и приводит к его искажению. Результирующее напр жение имеет вид

Uc(t) Uc(t) + Ue(t) (

+ Z Ujsinu t + .«sin(u,- a)t +

45)

+ ,Zw.c,sin(w+ a)t.

Если :;из вьфажени  (5) отфильтро- составл ющую основной частоты сети U , то получим напр жение

U(t) .«sin(u)- a)t +

0

5

+ Z,,,,„sin(w + a)t .

(6)

Эффективное U, (действующее) значение напр жени  (6) пропорционально эквивалентному сопротивлению сети в полосе частот ы - а и w + а, так как величины U,

и G заданы

и

Ф

4/2 +

W-a

ZI,

(7)

Очевидно, что если осуществл ть плавную перестройку частоты а, с которой измен етс  нелинейна  нагрузка 1, то величина U эф будет описйвать во времени кривую, соответствующую искомой частотной характеристике входного сопротивлени  электрической сети.

Практически можно управл ть только сопротивлением нагрузки 1. Закон изменени  сопротивлени  нелинейной нагрузки 1 имеет вид

zCt)

(8)

J

g(t) График функции Z(t) приведен на фиг.3.

Нелинейна  нагрузка 1, проводимость которой измен етс  во времени по закону (2), может быть реализована схемой, представленной на фиг.2, где каждый из,ключей К, ..., К „(запираемые тиристоры, транзисторы и др.) управл етс  своей пр моугольной функцией Уолша, а номиналы резисторов R, ..., R численно равны значе- ни м соответствующих спектральных коэффициентов функции Уолша, коммутируемой данным ключом.

Дополнительный резистор R необходим дл  плавной регулировки величины суммарного тока, протекающего через нагрузку 1.

Анализатор работает следующим образом .

С момента включени  питани  им- пульсы с выхода задающего генератора 8 начинают заполн ть счетчик 6. С поступлением каждого им.пульса происходит увеличение кода в счетчике 6 на единицу. Соответственно на выходе цифроаналогового преобразовател  5 имеет место линейно-ступенчатый рост аналогового напр жени . Преобразователь 4 преобразует это напр жение в частоту следовани  импульсов.

По мере поступлени  импульсов с выхода генератора 8 на вход счетчика 6 на выходе преобразовател  4 имеет место линейный рост частоты сле- .довани  импульсов. Соответственно из- мен етс  и длительность функций Уолша , генерируемых генератором 3. Последнее приводит к такому же постепен- ндму (линейному) росту частоты, с которой измен етс  нелинейна  нагруз- ка 1 .

Несинусоидальный ток нелинейной нагрузки 1 порождает искажение напр жени  сети, описываемое выражением (5). Это напр жение через трансфор- матор 13 поступает на вход режекторного фильтра 12, которьй подавл ет в напр жении сети составл ющую частоты 50 Гц. На выходе фильтра 12 выдел етс  напр жение, описьюаемое выра- жением (6). После выпр млени  мителем 11 и вьщелени  посто нной составл ющей фильтром 10 напр жение пропорциональное входному сопротивле икоо сети в полосе частот и - а, ..., U + а, поступает на вход управлени  лучом индикатора 9 по вертикали. Так как на вход управлени  лучом индикатора 9 по горизонтали поступает ли- нейно возрастающее напр жение с вы

хода цифроаналогового преобразовате л  5, то отклонение луча по горизонтали пропорционально Частоте, с которой измен етс  нелинейна  нагрузка

с

to

5 20 25

ЗО .,

Дд д ,

55

1. Соответственно отклонение луча по вертикали пропорционально входному сопротивлению сети, описываемому выражением (7),. Следовательно, по мере изменени  частоты изменени  нагрузки 1, луч на экране индикатора 9 будет . описывать плавную кривую, соответствующую искомой частотной характеристике входного сопротивлени  электрической сети.

После переполнени  счетчика 6 опи- санньй процесс работы анализатора циклически повтор етс , что обеспечивает непрерьшное изображение частотной характеристики сети на экране индикатора 9. Скорость сканировани  луча индикатора 9 может быть изменена путем изменени  частоты следовани  импульсов с выхода генератора 8. Дл  панорамного исследовани  отдельных участков частотной характеристики в схеме анализатора имеетс  задатчик 7 кода. С его помощью в счетчике 6 исходно фиксируетс  код, соответствующий требуемому моменту начала сканировани . Задатчик 7 кода обеспечивает перепись заданного кода в счетчик 6 сразу после по влени  очередного , импульса переполнени  этого счетчика . Тем самым осуществл етс  циклическое изменение напр жени  на выходе преобразовател  5 с заданного уровн .

Таким образом, может быть визуаль-т; но просмотрен произволый1й участок искомой частотной характеристики сети . Если нет необходимости в визуальном наблюдении частотной характеристики на экране индикатора, 9, то индикатор 9, фильтр 10, вьшр митель 11 могут быть исключены из схемы на фиг,1. Вместо них может быть подключен вольтметр 14 эффективного (действующего ) значени  напр жени  непосредственно к выходу фи.пьтра 12, В этом случае ,.на врем  измерени  входного сопротивлени  электрической , сети в одной (требуемой) точке частотной характеристики целесообразно блокировать поступление импульсов генератора 8 на вход счетчи;5:а 6.

Предлагаемый панорамный анализатор по сравнению с известным имеет более высокую точность измерени  входного сопротивлени  электрической сети, обусловленную тем, что искажение ,, вносимое нелинейной нагрузкой, сосредоточено в узкой частотной об%W

Фиг.г

z(t)

м)а1(в)

г.I 1,1

10Щ

ФигЛ

Фиг, 5

I f f I

f If.

e

18

22

26

Claims (3)

1. ПАНОРАМНЫЙ АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, содержащий.управляемую нелинейную нагрузку, первый зажим которой подключен к исследуемой сети, второй зажим соедийен с корпусом (землей), управляющие входы соединены соответственно с выходами блока управления нагрузкой, индикатор, измерительный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к исследуемой сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и увеличения разрешающей способности анализатора на частоте, введены задатчик кода, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, управляемый двоичный счетчик и цифреаналоговый преобразователь, а также последовательно соединенные режекторный фильтр, выпрямитель и фильтр нижних частот, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом блока управления нагрузкой и с входом управления электронньгм лучом по горизонтали ин дикатора, вход управления электронным лучом по вертикали которого соединен с выходом фильтра нижних час тот, вторичная обмотка измерительного трансформатора напряжения подклю чена к входу режекторного фильтра, дополнительный вход управляемого дво ичного счетчика соединен с выходом задатчика кода, вход которого соединен >с выходом переполнения счетчика.

2. Панорамный анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок управления нагрузкой содержит последовательно соединенные преобра зователь напряжения в частоту следования импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с выходами блока управления нагрузкой, входом которого является вход преобразователя напряжения в частоту следования импульсов.

3. Панорамный анализатор по п.1, отличающийс я тем, что управляемая нелинейная нагрузка выполнена в виде параллельных цепей, сос-» тоящих из последовательно соединенных весового резистора и электронного ключа, управляющие входы электронных ключей соединены с соответствующими выходами блока управления нагрузкой, общие выводы весовых резисторов соединены с первым зажимом управляемой нелинейной нагрузки, общие выходы электронных ключей соединены с выводом дополнительного переменного резистора, второй вывод которого соединен с вторым зажимом управляемой нелинейной нагрузки.

SU ,1383224