Пристрій для виміру вторинного потоку енергії вищих гармонік

МПК-6 G01R 21/00 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ПОТОКА ЭНЕРГИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения вторичного потока энергии высших гармоник нелинейных нагрузок и может найги применение для измерения энергии имиульсно-реверсивных режимов нелинейных нагрузок. Повышение точности измерения мощности и энергии требует учета особенностей энергетических процессов в системах электроснабжения ухудшающих форму кривой напряжения и создающих при наличии нагрузок, колебания напряжения и ассимегрию. Поток энергии от генератора, распределяющийся по сети и потребляемый нагрузками, называется основным потоком, а его мощность - мощность основного потока. Та часть энергии, которая преобразуется искажающими нагрузками и передается обратно в сеть, определяет искажение и приводит к ухудшению качества электроэнергии. Этот поток и его мощность, распространяющиеся от искажающих нагрузок энергосистеме, называется вторичным потоком энергии и мощностью по вторичного потока или просто вторичной мощностью. Нелинейные нагрузки являются источниками высших гармоник. Основной поток энергии определяется первыми гармониками напряжения и тока, вторичный поток высшим и гармониками. Суммарные активные и реактивные мощности нагрузок будут состоять из мощностей основного потока и вторичных мощностей. Для нелинейных нагрузок вторичные мощности будут отрицательными, т.к. потоки энергии гармоник будут обратными основному потоку энергии, определяемому первыми гармониками напряжения и тока. Для линейных нагрузок потоки энергии, определяемые высшими гармониками, будут положительными, т.е. энергия высших гармоник потребляется линейными нагрузками. Нелинейные нагрузки являются генераторами высших гармоник: получая энергию из системы по каналу первой гармоники, они частично преобразуют ее в энергию высших гармоник, ко торая возвращается обратно в сеть. z Вторичная мощность определяется мощностью модуляции при резкопеременных нагрузках, мощностями обратной и нулевой последовательностей при асимметрии режимов, мощностями высших гармоник при нелинейных нагрузках или их комбинациях. Вторичная мощность характеризует дополнительные потери энергии, возникающие при искажениях режимов. Известно «Устройство для измерения электрической энергии» ( а с. СССР 708251, МПК G 01 R 21/06, БИ-1-80 ), содержащее переключатель полярности мощности, выход которого соединен через интегратор с двумя пороговыми элементами, первый триггер, выход которого связан с управляющим входом переключателя полярности мощности и с первыми входами двух схем совпадения, к выходу каждой из которых подключено регистрирующее устройство, второй триггер, выход которого присоединен ко вторым входам схем совпадения, и элемент ИЛИ, причем дополнительно введены логический блок и дискриминатор длительности, при этом выходы первого и второго, пороговых элементов соединены со входами логического блока и элемента ИЛИ, выход которого через дискриминатор длительности связан со входом второго триггера, причем выход второго триггера соединен с третьим входом логического блока, выход которого связан со в ходом первого триггера, кроме того, дискриминатор длительности связан со вторым триггером через дополнительно введенный элемент ИЛИ, один вход которого соединен с выходом дискриминатора длительности непосредственно, а второй - через также введенный в устройство управляемый генератор. Недостатком этого устройства является невозможность измерения вторичного потока энергии высших гармоник, несмотря на высокую точность измерения основного потока, которая обеспечивается достаточно сложной схемотехникой устройства. Известно « Устройство измерения электрической энергии » ( а.с. СССР 737855, МПК МПК G 01 R 21/00, БИ-20-80 ), содержащее переключатель полярности мощности, выход которого через интегратор присоединен к двум пороговым элементам, выходы которых последовательно соединены с входами триггера, а выходы соединенными триггера связаны элементом 2ИЛИ и отсчетным устройством с и с управляющим входом переключателя полярности мощности, и два элемента ЗИ, при этом устройство снабжено вторым элементом 2ИЛИ дискриминатором длительности, генератором импульсов, реверсивным счетчиком, индикатором знака и генератором ступенчатого напряжения, при этом выходы триггера соединены с первыми входами элементов ЗИ, вторые входы которых связаны с выходом генератора импульсов, а * J выходы подключены к входам реверсивного счетчика, выход реверсивного соединен с входом индикатора знака, два выхода которого соединены счетчика с входами управляемого генератора ступенчатого напряжения, а выход последнего присоединен к входу интегратора, выходы пороговых элементов через второй элемент 2ИЛИ соединены с дискриминатором длительности, выход которого подключен к третьим входам схем совпадения. Недостатком этого устройства является невозможность измерения вторичного потока энергии высших гармоник, несмотря на высокую точность измерения основного потока, которая обеспечивается достаточно сложной схемотехникой устройства. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным в качестве прототипа является «Устройство для измерения активной энергии» (а.с.СССР содержащее 1659876, МПК — 5 МПК G 01 R 11/00, БИ — 24 — 91 ), первый и второй пороговые элементы, преобразователь напряжение чатота, реверсивный счетчик, отсчетный блок, причем в устройство введены первый и второй перемножители, первый и второй сумматоры, фильтр нижних частот, первый и второй выпрямители, при этом выходы перемножителей соединены соответствующими входами первого сумматора, выходом подключенного с к входам первого и второго выпрямителей, выход первого выпрямителя соединен с первым входом второго сумматора и входом первого порогового элемента, выход второго выпрямителя соединен с входом второго порогового элемента и вторым входом второго сумматора, выход которого через фильтр нижних частот и преобразователь напряэ/сение-частота соединен с первым входом блока совпадения, второй и третий входы которого подключены к выходым первого и второго пороговых элементов соответственно, первый и старой выходы блока совпадения подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика соответственно, соединенного выходом с входом отсчетного блока. Недостатком прототипа является невозможность измерения вторичного потока энергии высших гармоник, несмотря на повышенную точность измерения энергии прямого и обратного направления и суммарной энергии при импульсно-реверсивных режимах. Задачей изобретения является разработка новой конструкции устройства для измерения вторичного потока энергии высших гармоник с достижением техническог о результата - повышением точности измерения вторичного потока энергии высших 4 гармоник, за счет селектированыя прямого и обратного вторичных потоков энергии высших гармоник и суммирования их. Поставленная задача решается тем, что в устройство измерения вторичного потока энергии высших гармоник, содержащее перемножитель, первый и второй выпрямители, сумматор, преобразователь «напряжение-частота», счетчик импульсов, при этом выход сумматора соединен со входом фильтра низких частот, выход которого соединен со входом преобразователя «напряжение-частота», дополнительно введены два І раждакицих и два полосовых фильтра, инвертирующий усилитель, при этом выход первого заграждающего фильтра соединен со входом первого полосового фильтра, выход второго заграждающего фильтра подключен ко входу второго полосового фильтра, а выходы первого и второго полосовых фильтров соединены со входами перемножителя, выход которого подключен к входам первого и второго выпрямителей, причем выход первого выпрямителя соединен с первым входом сумматора, выход второго выпрямителя соединен со входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а выход преобразователя «напряжение-частота» соединен со входом счетчика импульсов. Существенными признаками, совпадающими с прототипом, являются : перс множитель; первый и второй выпрямители; сумматор; фильтр низких частот; преобразователь напряжение-частота; счетчик импульсов: выход сумматора соединен со входом фильтра низких частот; выход фильтра низких частот соединен со входом преобразователя «напряжениечастота». Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого изобретения являются следующие признаки: два заграждающих фильтра; два полосовых фильтра; инвертирующий усилитель; выход первого заграждающего фильтра соединен со входом первого полосового фильтра; выход второго заграждающего фильтра подключен ко входу второго полосового фильтра; 5 выходы первого и второго полосовых фильтров соединены со входами перемножителя; выход перемножителя подключен к входам первого и второго выпрямителей; •• выход первого выпрямителя соединен с первым входом сумматора; выход второго выпрямителя соединен со входом инвертирующего усилителя; выход инвертирующего усилителя соединен со вторым входом сумматора; выход преобразователя «напряжение-частота» соединен со входом счетчика импульсов. Совокупность вышеуказанных существенных признаков является необходимой и достаточной для выполнения задачи, поставленной в изобретении, с достижением технического результата - повышением точности измерения вторичного потока энергии высших гармоник, за счет селектирования прямого и обратного вторичных потоков энергии высших гармоник и суммирования их. Действительно, введение новых функциональных электронных блоков и наличие новых коммутационных связей между всеми блоками обеспечивает раздельное ( селективное) измерение прямого и обратного вторичных потоков энергии высших гармоник, а затем их суммирование и преобразование величины выходного напряжения в соответствующее количество импульсов, которые подсчитываются счетчиком и см пульсов, что позволяет значительно повысить точноть измерения вторичного потока энергии высших гармоник. Как следует из вышеописанного, существенными отличительными только выполнение признаками, позволяет аппарата с новыми достичь технического результата, указанного в изобретении, что позволяет сделать вывод о существовании причинно-следственной связи между признаками, указанными в формуле изобретения, и достигаемым с их помощью техническим результатом. Изобретение иллюстрировано чертежом. На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого устройства. Устройство содержит два заграждающих фильтра 1 и 2 , которые пропускают соответственно напряжение или ток с частотами выше 50 Гц. Выход заграждающего фильтра 1 подсоединен ко входу полосового фильтра 3, а выход заграждающего фильтра 2 — ко входу полосового фильтра 4. Полосовые фильтры 3 и 4 предназначены для пропускания Соответственно напряжения или тока в диапазоне от 60 Гц до 1550 Гц. Выходы полосовых фильтров 3 и 4 подсоединены ко входам перемножителя 5 мгновенных значений напряжения и тока, к выходу которого подсоединены входы двух выпрямителей 6 и 7 положительного и отрицательного напряжений. Выход выпрямителя 6 7 соединен со входом инвертирующего усилителя 8. Выход выпрямителя 6 подключен к первому входу сумматора 9, ко второму входу которого подключен выход усилителя 8. Выход сумматора 9 подключен к фильтруЮ низких чатот, выход которого присоединен ко входу преобразователя 11 напряжения в частоту. Выход преобразователя 11 соединен со входом счетчика импульсов 12. Устройство работает следующим образом. Контролируемое напряжение поступает на заграждающий фильтр 1, пропускающий напряжения высших гармоник с частотой выше 50 Гц, которые проходят на вход полосового фильтра 3, полоса пропускания которого составляет 60-1550 Гц. С выхода фильтра 3 напряжения высших гармоник поступают на первый вход перемножитель 5. Контролируемый ток поступает на вход заграждающего фильтра 2, которые пропускает токи высших гармоник с частотой выше 50 Гц, которые проходят на вход полосового фильтра 4, полоса пропускания которого составляет 60-1550 Гц. Выход полосового фильтра 4 подсоединен ко второму входу перемножителя 5. Напряжение с выхода перемножителя 5, соответствующее мощности вторичных потоков высших гармоник ( значение которого знаконеременно в зависимости от мощности и характера нагрузки ) подается на входы выпрямителей 6 и 7, причем положительная полуволна напряжения проходит на вход выпрямителя 6, а отрицательная - на вход выпрямителя 7. Выход выпрямителя 7 присоединен ко входу инвертирующего усилителя 8 с коэффициентом усиления , равным единице. .Выходное напряжение выпрямителя 7 через усилитель-инвертор 8 подается на сумматор 9, осуществляющий суммирование положительного и отрицательного напряжений с выходов выпрямителей 6 и 7. Напряжение с выхода сумматора 9, соответствующее мощности вторичного потока высших гармоник тока и напряжения, поступает на вход фильтра 10 низких частот, предназначенного для подавления периодических помех, кратных частоте питающей сети. Выходное напряжение фильтра 10 подается на интегрирующий преобразователь 11 «напряжение - частота», Количество импульсов на выходе преобразователя 11 пропорционально энергии энергии вторичного потока высших гармоник. Импульсы с выхода преобразователя 11 «напряжение - частота» поступают на вход счетчика 12 импульсов, что позволяет представить информацию в цифровой форме. Пример конкретного выполнения устройства. г 7 Заграждающие ( 1 и 2 ) и полосовые ( 3 и 4 ) фильтры построены на пассивных элементах ( резисторах, конденсаторах и индуктивносгях ) и не содержат активных элементов ( микросхем, транзисторов или других полупроводниковых элементов), поэтому надежность работы их весьма велика. Перемножитель 5 и сумматор 9 выполнены на базе операционных усилителей серии К 284, выпрямители 6 и 7 выполнены на базе микросхем К 224 УД 1В, инвертор 8 и преобразователь і О «напряжение-частота» выполнены на базе операционных усилителей типа К 284 УДІВ, счетчик импульсов 12 построен на базе цифровых микросхем серии К 561 .или К155 с цифровой индикацией на базе сегментных элементов. Повышение точности измерения энергии вторичного потока достигается за счет использования аналоговых выпрямителей 6 и 7, позволяющих производить раздельное измерение положительного и отрицательного напряжений, соответствующих прямому и обратному нагірявлению энергии высших гармоник. Погрешность измерения при этом определяется напряжением смещения выпрямителей, которое составляет 10 мкВ, т.е. 0,1 % от входного напряжения выпрямителей 6 и 7. Таким образом, заявляемое устройство , по сравнению с прототипом, позволяет измерить вторичный поток высших гармоник за счет селектирования прямого и обратного вторичных потоков энергии высших гармоник и суммирования их, в отличие от прототипа, в котором измеряется разность между прямым и обратным потоком всех гармоник. Поэтому можно сделать вывод, что применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет измерять вторичные потоки энергии высших гармоник и оценить величину составляющей энергии высших гармоник по отношению к величине энергии первой гармоники питающей сети. Таким образом, молено сделать вывод, что задача, поставленная в настоящем изобретении, полностью выполняется с достижением указанного выше. Заявитель О -.Б Л Й1 Э Э.А.Бекиров технического результата,