SU1721549A1 - Устройство дл измерени показателей качества электрической энергии в трехфазных сет х - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет повысить точность измерений показателей качества электрической энергии в трехфазных сет х путем использовани  одного трехэлементного измерительного механизма поочередно в двух тактах. В течение одного из них производитс  уравновешивание системы путем замыкани  цепи обратной св зи, в течение другого - собственно измерение. Устройство включает трехэлементный измеритель- . ный механизм с общей осью, датчик угла поворота этой оси, выполненный в виде преобразовател  угол-код, эталонный регулируемый генератор трехфазного синусоидального напр жени , блок сдвига фаз на 90 эл.град., логический блок, блок усилителей , а также тактовый генератор, триггер, два регистра и индикатор измер емой величины . Тактовый генератор управл ет двум  регистрами и логическим блоком, в результате чего при уравновешивании системы в качестве модулирующих сигналов на трехэлементный измерительный механизм подаетс  сдвинутое на 90 эл.град. трехфазное напр жение от блока сдвига фаз на 90 эл.град., а при выполнении измерени  - непосредственно от эталонного регулируемого генератора. 1 ил.ч

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  несимметрии, несинусоидальности и отклонений напр жени  в трехфазных сет х, т.е. дли оценки качества электрической энергии в промышленных услови х, автономных системах электроснабжени , а также в лабораторной практике.

Известно устройство дл  измерени  показателей качества электрической энергии в трехфазных сет х. Недостатком этого устройства  вл ютс  ограниченные функцио- нальные возможности, так как оно

позвол ет измер ть только несимметрию в трехфазных сет х.

Известно также устройство дл  измерени  параметров качества электрической энергии в трехфазных сет х, основанное на использовании трехэлементного измерительного механизма. Недостатком этого устройства  вл етс  ручна  настройка прибора и св занна  с этим задержка во времени получени  результатов измерени .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  показателей качества элект Х|

Ю

СЛ 4 Ю

рической энергии в трехфазных сет х, содержащее трехэлементный измерительный механизм электродинамической системы с подвижными и неподвижными катушками и общей осью, причем обмотки неподвижных катушек подключены к фазным проводам трехфазной сети, датчик угла поворота указанной оси, эталонный регулируемый генератор трехфазного напр жени , выход которого подключен к входу трехфазного устройства сдвига фаз на 90 эл.град. Это устройство имеет невысокую точность измерений вследствие наличи  дополнительного трехэлементного измерительного механизма электродинамической системы, который настраиваетс  на нуль показаний при максимальном показаний основного механизма . При неизбежной неидентичности обоих измерительных механизмов нулева  настройка дополнительного механизма не со- ответствует максимальной настройке основного и, следовательно, по вл етс  погрешность измерений, фиксируемых по по- казани м максимальной настройки основного измерительного механизма. В процессе изготовлени  трехэлементных измерительных механизмов их идентичности достичь невозможно, т.е. принципиально погрешность измерений не может быть устранена .

Цель изобретени  - повышение точно- сти измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  показателей качества электрической энергии трехфазных сет х, содержащее трехэлементный измерительный механизм электродинамической системы с подвижными и неподвижными катушками и общей осью, причем обмотки неподвижных катушек подключены к фаз- ным проводам трехфазной сети, датчик угла поворота указанной оси, индикатор отсчета измер емой величины, эталонный регулируемый генератор трехфазного напр жени  и трехфазный блок сдвига фаз на 90 эл.град., введены тактовый генератор, триггер, два регистра, логический блок и блок усилителей , причем датчик угла поворота выполнен в виде преобразовател  угол-код, разр дные выходы которого подключены к разр д- ным входам данных первого и второго регистров, тактовые входы которых подсоединены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггера, счетный вход которого соединен с выходом тактового ге- нератора, разр дные выходы первого регистра подключены к управл ющим входам эталонного генератора, второго регистра - к индикатору отсчета измер емой величины , выходы триггера, эталонного генератора и блока сдвига фаз подключены к входам логического блока, выходы которого через блок усилителей соединены с обмотками подвижных катушек трехэлементного измерительного механизма.

Логический блок реализует следующие зависимости:

Xi

Yi Y2 Y3

+ X,

Y Y5 Ye

(1)

где Zi, Z2, Za - сигналы на выходах логического блока;

Yi, Y2, Ya - сигналы на выходах эталонного генератора трехфазного напр жени ;

Y4, YS, Ye - сигналы на выходах блока сдвига фаз на 90 эл.град.;

Xi, Xi - сигналы на пр мом и инверсном выходах триггера.

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

Устройстгэ содержит эталонный регулируемый генератор 1 трехфазного напр жени , выходы Yi-Уз которого подключены к входам блока 2 сдвига фаз на 90 эл.град и логического блока 3. Выходы Y4-Ye блока 2 также подключены к входам логического блока 3. Устройство содержит также тактовый генератор 4, выходом подсоединенный к счетному ВХ.ОДУ 5 триггера 6, пр мой Xi и инверсный Xi выходы которого также подключены к входам логического блока 3. Выходы Zi-Za логического блока 3 подключены к входам блока 7 усилителей, выходы которого подключены к обмоткам подвижных катушек 8-10 трехэлементного измерительного механизма 11 электродинамической системы.Обмотки 1244 неподвижных катушек механизма 11 подключены к фазным А, В, С и нулевому О проводам трехфазной измер емой сети. Обща  ось 15 трех элементов механизма 11 присоединена к преобразователю 16 угол-код, выполн ющему функции датчика поворота оси 15. Разр дные выходы 17 преобразовател  16 подключены к разр дным входам данных первого 18 и второго 19 регистров. Тактовый регистра 18 подсоединен к инверсному Xi, а тактовый вход 21 регистра 19 - к пр мому Xi выходам триггера 6. Разр дные выходы. 22 первого регистра 18 присоединены к управл ющим входам 23 эталонного генератора 1, а разр дные выходы 24 второго регистра 19 - к входам индикатора 25 отсчета измер емой величины.

Принцип работы устройства может быть рассмотрен на примере, измерени  симметричных составл ющих трехфазной сети. Напр жени  отдельных фаз трехфазной измер емой сети А, В, С, О можно представить следующим образом;

UA-UO sln(ot+)b}+ Ui. jta(«)t -yO + lh 4n(o)t +И): f Ua-U««sln +)fe) + Ui.3lnf j)t + ) i) + Uj,,sM« + ): (2) i Oc-U«« ln(ot+yiJ + Ui.«in{et + -.4-yi)(a4-4j +}i),

где Uom, Uim, U2m - амплитуды составл ющих нулевой, пр мой и обратной последовательностей соответственно:

(о - кругова  частота трехфазной сети;

YO , У1. Хг-Фазовые углы составл ющих нулевой , пр мой и обратной последовательностей соответственно. ,

Эти напр жени  подаютс  на обмотки неподвижных катушек 12-14 трехэлементного измерительного механизма 11.

С помощью эталонного генератора 1 трехфазного напр жени  формируетс  трехфазна  система симметричных напр жений , например, с частотой сети (о .Пусть пор док чередовани  фаз этой системы выбран обратным

Yi ( + (5);

Y2 Um sin (ftA+ - +6);

Y3 Umsin(tot+4f- +(5).

где б-угол регулировани .

Через логический блок 3 и блок 7 усилителей сигналы Yi-Ys в соответствии с выра- жени ми (3) поступают на обмотки подвижных катушек 8-10 трехэлементного измерительного механизма 11.

В результате взаимодействи  магнитных полей, создаваемых токами обмоток по-, двйжных и неподвижных катушек, в каждом элементе измерительного механизма 11, происходит модул ци  фазных напр жений UA, UB. Uc измер емой сети симметричными сигналами Yi, Y2, Уз. Результатом модул ции в каждом элементе  вл етс  вращающий момент

Мер- -Ки,пиЯтС08(-б) . (4)

где К - коэффициент, завис щий от активных сопротивлений обмоток подвижных и неподвижных катушек,

М - взаимна  индуктивность между подвижными и неподвижными катушками;

а угол поворота оси 15.

При б - yi средний момент МСр оказываетс  пропорциональным амплитуде (Jzm составл ющей обратной последовательности по частоте о), а угол регулировани  д, задаваемый в генераторе 1, при максимальном угле поворота сгоси 15, отсчитываю3 - Ј-амплитуду

щем в масштабе -Ј- KU

Item, равен фазовому углу этой последовательности YiСигналы YI-YS на выходе эталонного генератора 1 подаютс  на входы блока 2 сдвига фаз на 90 эл.град. В итоге на выходе блока 2 формируютс  сигналы

-JY4 - Urn Sin (О) t +-7Jr) Um COS ( ):

2 

(5)

jYs-Um sM«t+ + 5+ -;)-Umcos (): .Ye - Um sin (a t + + 5+ -у) - Um cos (со t + + (5).

В результате описанной ранее модул ции средний момент может быть представлен в виде

15 MCp -|-KUmU2mSln(ft-d) (6)

Здесь при д -yi средний момент оказыва-. етс  равным нулю.

Таким образом, .при нулевом моменте

20 Мер, возникающем на оси 15 при модулирующих сигналах Y/j-Ye, момент МСр. возникающий на оси 15 при модулирующих сигналах Yr-Ya, будет максимальным и пропорциональным измер емой величине U2m,

25 а угол 5 поворота оси 15 - измер емому углу Yi

Однако при неидентичных трехэлемент тных измерительных механизмах по формуле (4) нулевые вращающие моменты на оси

30

одного из них не соответствуют максимальным моментам на оси другого. Полна  идентичность может быть достигнута только в том случае, когда функции обоих измерительных механизмов выполн ет один из

них. Этот принцип реализуетс  в приведенной схеме. Здесь трехэлементный измерительный механизм 11 в одном такте дает максимальное отклонение с моментом на оси 15 по формуле (4). При этом значение

измер емой величины U2m фиксируетс  индикатором 25 отсчета измер емой величины . В качестве модулирующих сигналов в этом такте подаетс  трехфазна  симметрична  система напр жени  (3) от эталонного

генератора 1. В другом такте измерительный механизм 11 работает на достижение нулевого отклонени  с моментом на оси 15 по формуле (6). При этом замыкаетс  отрицательна  обратна  св зь через первый регистр 18 и генератор 1. В качестве модулирующих сигналов в этом такте подаетс  сдвинута  на 90 эл.град. система напр жений (5) от блока 2.

По схеме устройства указанные режимы

реализуютс  следующим образом. Генератор 4 вырабатывает тактовые импульсы, которые по счетному входу 5 поступают на запуск триггера 6. На пр мом Xi и инверсном Xi выходах триггера 6 по вл ютс  противофазные пр моугольные импульсы, дли тельность которых определ ет длительность такта. Пусть в первом такте на Xi будет нулевой (запрещающий) уровень (Xi.0), а наХ1-единичный (разрешающий) уровень (Xi 1). Тогда, суд  по зависимост м (1), логический блок 3 пропускает на выходы Zi, Z2, Za сигналы Y4, Ys, Ye от блока 2 сдвига фаз на 90 эл.град., т.е. Zi - , Zz Ys, Za e Ye. Исход  из зависимости (6), система стремитс  к нулевому повороту оси 15. При этом отработка нулевого угла 5 производитс  следующим образом. При угле поворота оси 15, не равном нулю, преобразователь 16 преобразует этот угол в двоичный код, который через разр дные выходы 17 поступает на разр дные входы данных первого 18 и второго 19 регистров. Единичный уровень Xi - 1, поступающий на тактовый вход 20 первого регистра 18, разрешает непрерывную , запись кода, поступающего на разр дные входы данных регистра 18 от разр дных выходов 17 преобразовател  16. Одновременно этот код по вл етс  на разр дных выходах 22 регистра 18 и на управл ющих входах 23 эталонного генератора 1. В соответствие со значением кода на входах 23 генератор 1 устанавливает такой угол сдвига 5 сигналов Yi-Ys, чтобы, согласно принципу действи  отрицательной обратной св зи, уменьшить значение кода от регистра 18. В установившемс  режиме поворот оси 15 стремитс  к нулю, код преобразовател  16 и регистра 18 - также к нулю, а угол д сдвига сигналов в соответствии с системой (3). суд  по выражению (6), - к углу у%. Код с разр дных выходов 17 преобразовател  16 одновременно поступает нз разр дные входы данных второго регистра 19 и при нулевом управл ющем сигнале Xi 0 на его тактовом входе 21 не по вл етс  на разр дных выходах 24. На индикатор 25 не посту- пает код измер емой величины. Длительность первого такта выбираетс  достаточной дл  установлени  процессов в замкнутой системе регулировани : генератор 1, блок 2 сдвига, логический блок 3, блок 7 усилителей, измерительный механизм 11, - преобразователь 16, регистр 18.

Во втором такте на выходе Xi триггера 6 будет единичный (разрешающий) уровень {Xi 1), Xi - нулевой (запрещающий) уровень (Xi 0). Тогда, суд  по зависимост м (1), логический блок 3 пропускает на выходы Zi, 22, 2з сигналы Yi, Y2. Ys от эталонного генератора 1, т.е. Zi Yi, Zz Y2. Zs Уз. Исход  из зависимости (4), система стремитс  к максимальному повороту оси 15. При этом в генераторе 1 сохран етс 

угол сдвига 6 yi, установленный в предыдущем первом такте. В этих услови х ось 15 измерительного механизма 11 поворачиваетс  на максимальный угол, соответственно к максимальному стремитс  код на разр дных выходах 17 преобразовател  16 и на разр дных входах данных регистров 18, 19. При нулевом (запрещающем) уровне Xi на тактовом входе 20 первого регистра 18

этот код не записываетс  в регистр 18. При единичном уровне Xi на тактовом входе 21 код преобразовател  16 записываетс  во второй регистр 19 и по вл етс  на его разр дных выходах 24. Индикатор 25 фиксирует значение измер емой величины U2m.

В следующем такте процесс уравновешивани  повтор етс .

Таким образом осуществл етс  измерение в предлагаемом устройстве. Логический

блок 3 предназначен дл  поочередной по тактам подачи на обмотки подвижных кату- шек 8-10 через блок 7 усилителей модулирующих сигналов Yi-Ya и Y4-Ye, т.е. реализует логическую зависимость (1).

Функциональные схемы отдельных узлов и блоков устройства могут быть реализованы на основе известных практических решений. Так, эталонный регулируемый генератор 1 трехфазного напр жени  может

быть построен по известным схемам трехфазных RC- или LC-генераторов синусоидального напр жени  с регулируемым сдвигом фаз. Блок сдвига фаз на 90 эл.град может быть реализован на основе сдвигающих RC-или RL-цепочек в трехфазном исполнении , логический блок 3 - на основе разнообразных логических элементов И, ИЛИ. Тактовый генератор 4, триггер 6, блок 7 усилителей в технической реализации, в

том числе и с использованием микросхемотехники , затруднений не вызывают. Трехэлементный измерительный механизм 11 может быть вз т из типового трехфазного ваттметра Д582. Реализаци  преобразовател  16 угол-код, первого и второго регистров 18, 19 и индикатора 25 отсчета также хорошо освещена в технической литературе .

Использование предлагаемого устройства , по сравнению с прототипом, позволит повысить точность измерений показателей качества электрической энергии в трехфазных сет х.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  показателей качества электрической энергии в трехфазных сет х, содержащее трехэлементный измерительный механизм электродинамической системы с подвижными и неподвижными катушками и общей осью, причем обмотки неподвижных катушек подключены к фазным проводам трехфазной сети, датчик угла поворота указанной оси, индикатор отсчета измер емой величины, эталонный регулируемый генератор трехфазного напр жени  и трехфазный блок сдвига фаз, вход которого подключен к выходу регулируемого генератора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены тактовый генератор, триггер, два регистра, логический блок и блок усилителей, причем датчик угла поворота выполнен в виде преобразовател  угол-код, разр дные выходы которо0

   5

   го подключены к разр дным входам данных первого и второго регистров, тактовые входы которых подсоединены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггера, счетный вход которого соединен с выходом тактового генератора, разр дные выходы первого регистра подключены к управл ющим входам эталонного генератора, разр дные выходы второго регистра - к индикатору отсчета измер емой величины, выходы триггера, эталонного генератора, блока сдвига фаз подключены к входам логического блока, выходы которого через блок усилителей соединены с обмотками подвижных катушек трехэлементного измерительного механизма.