Прилад для вимірювання параметрів якості електричної енергії трифазної мережі

Изобретение относится к области контроля качества электроэнергии трехфазной сети переменного тока. Известно устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети, содержащее измерительный трехфазный трехстержневой трансформатор, два сумматора, два фазовращателя на 90°, два фильтра основной гармоники, два конденсатора и лагометр [1]. Недостаток известного устройства - узкие функциональные возможности. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать устройство так, чтобы обеспечить более полный учет при измерениях информативных составляющих трехфазных напряжений, за счет этого повысить точности измерения, а также значительно расширить функциональные возможности устройства, Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем измерительный трехфазный трехстержневой трансформатор, имеющий две основные группы вторичных обмоток, и две цепочки из последовательно соединенных фазовращателя на 90°, сумматора, фильтра основной гармоники и конденсатора, подключенные к лагометру, причем в первой группе - основной, вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соединены последовательно-согласно, а во второй группе вторичные обмотки второго и третьего стержней соединены последовательно-встречно и подключены к точке, объединяющей входы фазовращателя обеих цепочек, согласно изобретению в него введены усилитель-вычитатель, дополнительный фильтр основной гармоники, два дополнительных конденсатора и переключатель, а измерительный трансформатор содержит дополнительную группу вторичных обмоток, а которой вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней снабжены соответственно числом витков, соответствующим 1/3, 1/6 и 1/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем обмотка первого стержня соединена последовательно-встречно с обмотками включенными согласно второго и третьего стержней и подключена к точке, объединяющей вторые входы сумматоров двух цепочек, во второй основной группе вторичные обмотки второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующим V3/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, а в первой основной группе вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующим 1/3 напряжения их первичных обмоток, и подключены через дополнительный фильтр основной частоты к входу одного дополнительного конденсатора, выходы сумматора и фильтра основной гармоники первой цепочки соединены с входами усилителя-вычитателя, выход которого подключен к входу другого дополнительного конденсатора, при этом выходы обоих дополнительных конденсаторов, а также конденсатора второй цепочки соединены с соответствующими входами переключателя, выход которого подключен к другому входу логометра. Наличие в устройстве усилителя-вычитателя, переключателя и дополнительных фильтра основной гармоники, конденсаторов, а также дополнительной группы во вторичных обмотках измерительного трансформатора позволяет обеспечить измерение симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательности, и тем самым коэффициентов несимметрии и неуравновешенности, а также несинусоидальности трехфазных напряжений, что способствует значительному расширению функциональных возможностей устройства. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети. Устройство для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети содержит измерительный трансформатор 1, имеющий первую 2, вторую 3 и третью 4 группы вторичных обмоток. При этом, в первой группе 2 вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующим 1/3 напряжения их первичных обмоток, и соединены последовательносогласно. Во второй группе 3 вторичные обмотки второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков, соответствующи х V3/6 напряжения их первичных обмоток, и соединены последовательновстречно. В третьей группе 4 вторичные обмотки первого, второго и третьего стержней соответственно снабжены числом витков соответствующим 1/3, 1/6 и 1/6 напряжения первичных обмоток этих стержней, причем обмотка первого стержня соединена последовательно-встречно с обмотками включенными согласно второго и третьего стержней. Вторая группа 3 вторичных обмоток подключена к точке, объединяющей входы двух цепочек из последовательно соединенных фазовращателя 5 на 90°, сумматора 6, фильтра 7 основной гармоники и конденсатора 8, подключенных к логометру 9. Выходы сумматора 6 и фильтра 7 основной гармоники первой цепочки соединены с соответствующими входами усилителя-вычитателя 10, выход которого подключен к входу третьего конденсатора 11. Первая группа 2 вторичных обмоток подключена через дополнительный фильтр 12 основной гармоники у входу дополнительного конденсатора 13, При этом выходы дополнительных конденсаторов 11, 13, а также конденсатора 8 второй цепочки соединены с соответствующими входами переключателя 14, выход которого подключен ко второму входу логометра 9. В основу работы устройства для измерения параметров качества электрической энергии трехфазной сети при измерении напряжений прямой, обратной и нулевой последовательности положен следующий принцип. По методу симметричных составляющих, комплексы напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей записываются где - комплексы действующи х значений напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно; - комплексы действующи х значении Фазных напряжений: - оператор поворота угла. Преобразовав выражения (1) и (2) получают соотве тственно Подставив выражение (6) и (7) в уравнение (4) и (5). получают соотве тственно Где , - комплексы действующи х значений действительной и мнимой составляющих комплексов действующи х значений прямой и обратном последовательностей. Мгновенные значения напряжений прямой и обратной последовательностей соответственно имеют вид и обратной последовательностей; - мгновенное значение действительной части напряжений прямой мгновенное значение мнимой части прямой последовательности; - мгновенное значение мнимой части обратной последовательности; Τ - период изменения напряжения. Мгновенное значение напряжения нулевой последовательности записывается Таким образом, напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности могут быть получены путем суммирования исходной трехфазной системы напряжений с определенным весовым коэффициентом. Принцип действия устройства следующей. Исследуемая трехфазная система напряжений Ua, Ub, Uc подается на первичные обмотки измерительного трансформатора 1, на втором выводе которого, т.е. на зажимах последовательного встречного и согласно соединений трех вторичных обмоток образуется суммарно-разностное напряжение встречного соединения двух На первом выводе трансформатора 1, т.е. на зажимах последовательного вторичных обмоток трансформатора 1 формируется разностное напряжение Напряжение w(t) поступает на одни входы сумматоров 6 и 11, а напряжение w(t) — на оба фазовращателя 5 и 10, осуществляющи х соотве тственно фазовые сдвиги напряжения на+90° и -90°. Напряжение w(t+ Τ/4) с выхода фазовращателя на +90° поступает на другой вход сумматора 6. На выходе этого сумматора образуется напряжение U1(t) = =v(t) + w(t+ Т/4), которое одновременно поступает на суммирующий вход усилителя-вычитателя 16 и на фильтр 7, выделяющий из напряжения U1(t) его основную гармонику U1(1)(t). Напряжение с выхода фильтра 7 первой гармоники поступает одновременно на вычитающий вход усилителявычитателя 16 и на конденсатор 8, включенный к первому входу логометра 9. На выходе усилителявычитателя 16 формируется разносное напряжение представляющее собой сумму напряжений всех высших гармоник прямой последовательности которое подается на конденсатор 17, включенный через переключатель 18 ко второму входу логометра 9. При этом показания логометра пропорциональны отношению действующего значения суммы напряжений всех высших гармоник к действующему значению напряжения основной прямой последовательности, т.е. коэффициенту несинусоидальности трехфазной системы напряжений. Для измерения коэффициента несимметрии, напряжение w(t-Τ/4) с выхода фазовращателя 10 на -90° поступает на другой вход сумматора 11. На выходе этого сумматора образуется напряжение U2(t) = v(t) + +w(tT/4), которое поступает на фильтр 12, выделяющий из него составляющую основной гармоники. Напряжение с выхода этого фильтра поступает на конденсатор 13, включенный через переключатель 18 ко второму входу логометра 9. При этом показания логометра пропорциональны отношению действующи х значений напряжений обратной и прямой последовательностей основной частоты, т.е. коэффициенту несимметрии трехфазной системы напряжения. Для измерения коэффициента неуравновешенности, на третьем выводе трансформатора 1, т.е. на зажимах последовательного согласного соединения трех вторичных обмоток формируется суммарное напряжения которое поступает на фильтр 14, выделяющий из него составляющую основной гармоники. Напряжение с выхода этого фильтра подается на конденсатор 15, включенный также через переключатель 18 ко второму входу логометра 9. При этом показания логометра пропорциональны отношению действующи х значений напряжений нулевой и прямой последовательностей основной частоты, т.е. коэффициенту неуравновешенности трехфазной системы напряжений. Напряжение на выходах фильтров, очевидно, является напряжением прямой, обратной и нулевой последовательностей основной частоты, а напряжение на выходе усилителя-вычитателя - суммой напряжений всех высши х гармоник прямой последовательности. Их действующие значения могут быть измерены любым вольтметром переменного тока. Таким образом, предлагаемое устройство, в отличие от известного, позволит обеспечить измерение напряжений прямой, обратной и нулевой последовательности трехфазной системы напряжений, что способствует повышению точности измерения, а также значительному расширению функциональных возможностей устройства. Экономическая эффективность предлагаемого устройства определяется теми регулирующими воздействиями на показатели качества электрической энергии, которые осуществляются на основании измерений.