Устройство для измерения активной и реактивной мощности

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих активной и реактивной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Цель - изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит фильтры 7-10 сверхнизких частот, перемножители П - 14 и сумматоры 15 и 16. Для достижения поставленной цели в устройство введены блоки 1 и 2 формирования косоуголыых координат, умножитель 3 частоты , нормирукщие сумматоры 17 и 18, цифровой задатчик 4 опорных сигналов, задатчики 5 и 6 частоты и фазы с образованием но вых функциональных связей между элементами устройства. 3 3.п, ф-лы, 4 ил. с 9 СО а со ел к cpas.l

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,Я0„„1296952

А1 (51) 4 G Ol R 21/06

Ф у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3968348/24-21 (22) 24.10.85 (46) 15.03.87. Бюл. У 10 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А. В, Парамзин и В. Г. Шахов (53) 621. 317. 7 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 613262, кл. G 01 R 21/06, 1979.

Авторское свидетельство С6СР

У 739426, кл. G Ol R 21/06, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих активной и реактивной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Цельизобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит фильтры 7 — 10 сверхнизких частот, перемножители 11 — 14 и сумматоры 15 и 16, Для достижения поставленной цели в устройство введены блоки 1 и 2 формирования косоугольных координат, умножитель 3 частоты, нормирующие сумматоры 17 и 18, цифровой задатчик 4 опорных сигналов, задатчнки 5 и 6 частоты и фазы с образованием нбвых функциональных связей между элементами устройства.

3 з,п. ф-лы, 4 ил.! 129

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих активной и реактивной мощности в трехфаэных сетях переменного тока, в частности в сетях с нелинейными и резкопеременными нагрузками, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на r. 2 — структурная схема блока формирования косоугольных координат; на фиг. 3 — структурная схема цифрового задатчика опорных сигналов; на фиг ° 4 — структурная схема нормирующего сумматора.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 блоки формирования косоугольных координат, умножитело 3 частоты, цифровой задатчик 4 опорных сигналов, задатчик 5 частоты, задаток 6 фазы, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 фильтры сверхнизких частот, первый 11 второй 12, третий 13 и четвертый l4 перемножите" ли, первый 15 и второй 16 сумматоры, первый 17 и второй 18 нормирующие сумматоры, причем входы первого блока 1 формирования косоугольных координат связаны соответственно с фаэными напряжениями контролируемой сети, а выходы соединены со входами первого 17 и второго 18 фильтров сверхнизких частот, входы второго блока 2 формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными токами контролируемой цепи, а выходы соединены со входами третьего 9 и четвертого 10 фильтров сверхнизких частот, первые управляюпще входы первого l и второго 2 блоков формирования косоугольных координат объединены и подключены к первому выходу цифрового задатчика 4 опорных сигналов, второй выход которого связан с объединенными вторыми управляют ми входами первого 1 и второго 2 блоков формирования косоугольных координат, первый вход цифрового задатчика 4 опорных сигналов подключен через умножитель 3 частоты к одному иэ фаэных напряжений, второй управляющий вход соединен с задатчиком 5 частоты, а третий управляющий вход соединен с эадатчиком 6 фазы, выход первого фильтра 7 сверхнизких частот

6952

50

t5

25 соединен с первыми входами первого 11 и второго 12 перемножителей, выход второго фильтр а 8 с верхниз ких частот соединен с первыми входами третьего 13 и четвертого 14 перемножителей, выход третьего фильтра 9 сверхнизких частот соединен со свторыми входами первого 11 и третьего

13 перемножителей, а выход четвертого фильтра 10 сверхнизких частотсо вторыми входами второго 12 и четвертого 14 перемножителей, выходы первого 11 и четвертого 14 перемножителей подключены ко входам первого сумматора 15, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 16, выход которого является первым выходом устройства, выход второго перемножителя 12 соединен с первыми входами первого 17 и второго 18 нормирующих сумматоров, а выход третьего перемножителя 13 соединен с их вторыми входами, выход первого нормирующего сумматора подключен ко второму входу второго сумматора 16, выход второго нормирующего сумматора является вторым выходом устройства., Блок формирования косоугольных координат содержит первый 19, второй

20, третий 21, четвертый 22, пятый

23 и шестой 24 модуляторы, первый 25 и второй 26 сумматоры, причем информационные входы первого 19, второго 20, третьего 21, четвертого 22, пятого 23 и шестого 24 модуляторов попарно объединены и являются тремя информационными входами блока формирования косоугольных координат, управляющие входы первого 19, третьего 21 и пятого 23 модуляторов соединены и образуют первый управляющий вход блока формирования косоугольных координат, управляющие входы второго 20, четвертого 22 и шестого 24 модуляторов соединены и образуют второй управляющий вход блока формирования косоугольных координат, выходы первого !9, четвертого 22, пятого 23 и шестого 24 модуляторов соединены соответственно с первым, вто- . рым, третьим и четвертым входами первого сумматора 25, выход которого является первым выходом блока формирования косоугольных координат, выходы второго 20, третьего 2! четвертого 22 и пятого 23 модуляторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами

3 1296952 второго сумматора 26, выход которого является вторым выходом блока формирования косоугольных координат.

Цифровой задатчик опорных сигналов состоит из коммутатора 27, блока 28 памятиу накапливающего сумматора 29, причем выходы блока 28 памяти соединены со входами коммутатора 27, выходы которого являются выходами цифрового задатчика опсрных fg сигналов, а управляющий вход — тре" тьим входом цифрового задатчика опорных сигналов, первый вход накапливающего сумматора 29 является первым управляющим входом цифрового задат- !5 чика опорных сигналов, второй - вторым управляющим входом цифрового задатчика опорных сигналов, а выход соединен со входом блока 28 памяти.

Нормирующий сумматор состоит из 20 сумматора 30 с подключенным к его выходу нормирующего усилителя 31, выход которого является выходом нормируюшего сумматора.

2А

sin

---- — +

23

+ Вl

2R

sin-3

sin М

sin(V+

А 2=!А2+В2 и sin y

2>

s in(Ó-—

С2 -т — — — — — C l

sin Ч

2 з п—

3 — — — ) sin g (2) /3.

В общем случае выражение (21 сложно для реализации, но легко упрощается при значениях Ч, совпадающих с фазовыми сдвигами в трехфазной системе.

Так, при Ч =2Т/3

А„ 1=(А1 Ñl+Ñ2-B2)/3;

А„2=(А2-В2+Вl-С1)/3. (3) Координаты составляющих обратной последовательности вычисляются по

2П выражению (3), если

Координаты симметричной составляющей вектора тока (II I2) и напряжения (Бl, U2) представляют два вектора, I u U. Активная мощность P основного потока (прямой последовательности фаз) выразится как скалярное произведение векторов I и О

P=I U=(EI Il+E2 I2) (Е! Ul+E2 ° U2)=

35 =(Е! Ul+I2 U2)+(Il; U2+Ul I2)cosg, (4) Реактивная мощность Q определяется как модуль векторного произведения векторов I u V

sine

sin Р

Алгоритм работы устройства поясняется математическим описанием пре-! о образователей в устройстве. Пусть начальные координаты (Х, Х ) некоторого вектора в косоугольной системе координат с углом р между ортами

Е, и F.. (в частном случае прямоугольных координат М =90 ) . При повороте этого вектора на угол 8 новые „его координаты в той же косоугольной системе определяются выражениями

sin (Ч-9) Х =Х ---.- — — — Х

sin+

23

А 1=(A l+Â! 3 и — —.--- — — — В 2

sing

23 2R

s in (+—

sin

3 3

C1 — —.— — — — + C2 --.— — )/3

sin Ч sin 4

Q=(I U)=lI1 U2-Ul:2 j sing, (5) sin(ö+ß) sin 8

Х =Х вЂ” -. — - -+ Х --.— —. (1)

sing < sing

Предположим .теперь, что в этих координатах задана тройка векторов

А, В, С, представляющих собой, в частности, фазные напряжения или то ки, их координаты обозначим соответственно (Al, А2), (Вl, В2), (Cl, С2). 0

Для отыскания составляющей прямой последовательности фаз вектора необ" ходимо повернуть вектор В на угол

28/3, а вектор С - на угол -23/3, после чего сложить их. Используя выражение (1), получим координаты вектора симметричной составляющей прямой последовательности в виде

Выражение (5) с подстановкой кон2Я станты sin 9 =sin — = 3 /2 служит

3 для определения реактивной мощности прямой последовательности фаз.

Для определения активной и реактивной мощности обратной последовательности фаз используются те же выражения (4) и (5), только в выражение (1) подставляется значение угла

Y= -2З/3, Устройство работает следующим образом.

На блок 1 формирования косоугольных координат поступают фазные на" пряжения U !! и U . Каждое из наА пряжений подается одновременно на два модулятора (например, Ug пода5 129 ется на первый 19 и второй 20 модуляторы), На цифровой вход первого модулятора 19 подаются с высокой частотой коды от цифрового задатчика 4 опорных сигналов с его первого выхода, а на аналогичный вход второго модулятора 20 — коды со второго его выхода, в результате чего на выходах первого 19 и второго 20 модуляторов формируются сигналы, пропорциональные произведению напряжения UÄ па два образцовых цифровых синусоидальных сигнала, Аналогично на третьем 21 и четвертом 22 модуляторах происходит преобразование напряжения U а на пятом 23 и шестом

24 модуляторах - напряжения U, Аналогичное преобразование осуществляется блоком 2 формирования косоугольных координат, на вход которого подаются фазные токи i, i и л а на управляющие входы — те же сигналы от цифрового задатчика 4 опорных сигналов.

Цифровой задатчик 4 опорных сигналов работает следующим образом. В блоке 28 памяти хранятся коды значений синусоидального сигнала. На накапливающий сумматор 29 поступают счетные импульсы от умножителя 3 частоты. В результате на накапливающем сумматоре 29 нарастающим итогом накапливается число, которое в блок 28 памяти поступает как адрес соответствующего кода синусоиды. Коммутатор

27 слуяжт для формирования нужного фазового сдвига (измерение для прямой или обратной последовательности фаз). Его положение устанавливается с помощью задатчика 6 фазы. Если необходимо осуществлять измерение на высших гармониках (например ° на второй), то от задатчика 5 частоты на накапливающий сумматор 29 поступает команда, в соответствии с которой он с приходом каждо.о импульса от умножителя 3 частсгы суммирует не одну„ а несколько единиц постоянного запоминающего устройства.

Сумматоры 25 и 26 реализуют алго-. ритма (3), В результате на выходах первого 7 и второго 8 фильтров сверхнизких частот формируются координаты

Il и Х2. Аналогично на выходах третьего 9 и четвертого 10 фильтров сверхнизких частот формируются координаты Ul и U2, Работа последующих устройств связана с реализацией выражений (4) и

6952 6

10

55 (5), Так, перемножители 11 — 14 формируют произведения соответственно

Vl I1; U1 Х2; II U2; L2, U2, С помощью сумматора 15 формируется выражение в первой скобке формулы (4), нормирующего сумматора 17 — выражение во второй скобке, умноженное на константу, сумматора 16 — полностью выражение (4), а нормирующего сумматора 18 - выражение (5).

Формула изобретения

1, Устройство для измерения активной и реактивной мощности, содержащее четыре фильтра сверхнизких частот, четыре перемножителя и два сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнено двумя нормирующими сумматорами, двумя блоками формирования косоугольных координат, умножителем частоты, цифровым задатчиком опорных сигналов, задатчиками частоты и фазы, причем . информационные входы первого блока формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными напряжениями контролируемой сети, а выходы соединены с. входами первого и

I второго фильтров сверхнизких частот, информационные входы второго блока формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными токами контролируемой сети, а выходы соединены с входами третьего и четвертого фильтров сверхнизких частот, первые управляющие входы первого и второго блоков формирования косоугольных координат объединены и подключены к первому выходу цифрового задатчика опорных сигналов, второй выход которого связан с объединенными вторыми управляющими входами первого и второго блоков формирования косоугольных координат, первый управляющий вход цифрового задатчика опорных сигналов подключен через умножитель частоты к одному из фазных напряжений, второй управляющий вход соединен с задатчиком частоты, а третий управляющий вход — с задатчиком фазы, выход первого фильтра сверхиизких частот соединен с первыми входами первого и второго перемножителей, выход второго фильтра сверх" низких частот соединен с первыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход третьего фильтра

129 сверхнизких частот соединен с вторыми входами первого и третьего перемножителей, а выход четвертого фильтра сверхнизких частот — с вторым входами второго и .четвертого перемножителей, выходы первого и четвертого перемножителей подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого является первым выходом устройства, выход второго перемножителя соединен с первыми входами первого и второго нормирующих сумматоров, а выход третьего перемножителя соединен с их вторыми входами, выход первого нормирующего сумматора подключен к второму входу второго сумматора, выход второго нормирующего сумматора является вторым выходом устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования косоугольных координат состоит из шести модуляторов и двух сумматоров, причем информационные входы первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого модуляторов попарно объединены и являются тремя информационными входами блока формирования косоугольных координат, управляющие входы первого, третьего и пятого модуляторов соединены и образуют первый управляющий вход блока формирования косоугольных координат, управляющие входы второго, четвертого и шестого модуляторов соединены и образуют второй управляющий вход блока формирования косоугольных

6952 8 координат, выходы первого, четвертого, пятого и шестого модуляторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами перВОГО сумматОра ВыхОд KQTopoI О яВля ется первым выходом блока форьирования косоугольных координат, выходы второго, третьего, четвертого и пятого модуляторов соединены соответ10 ственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго сумматора, выход которого является вторым выхо дом блока формирования косоугольных координат.

f5 3. Устройство по и. I о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что цифровой задатчик опорных сигналов состоит из коммутатора, накапливающего сумматора, блока памяти, причем его выходы

20 соединены с входами коммутатора, выходы которого являются выходами цифрового задатчика опорных сигналов, а управляющий вход — третьим входом цифрового задатчика опорных сигналов, первый вход накапливающ го сумматора является первым управляющим входом цифрового задатчика опорных сигналов, второй является вторым управляющим . входом цифрового задатчика опорных

ЗО сигналов, а выход соединен с входом блока памяти.

4. Устройство по п. l о т л ич а ю щ е е с я тем, что нормируюgg шнй сумматор состоит из сумматора с подключенным к его выходу нормирующим усилителем, выход которого является выходом нормирующего сумматора.

1296932

Составитель С. Сафокин

Техред А.Кравчук Корректор М, Шароши

Редактор А. Ренин.

Заказ 17 3I47 Тираж 73 ) Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4