Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Статистический анализатор коэффициента несимметрии АКН





Решению задачи измерения симметричных составляющих трехфазного напряжения [116, 117] посвящено значительное количество публикаций – только список источников патентной информации советских и российских авторов включает более 70 наименований. Известные разработки подробно проанализированы в [63, 118, 119]. Рассмотрим на примере некоторых из них основные способы решения указанной задачи.

Первые устройства из-за низкой точности использовались лишь в ка-честве индикаторов несимметрии напряжений. В [120] реализован способ измерения несимметрии с помощью фазовращателя. Недостатками таких устройств являются низкие точность и надежность, неудобство в эксплуатации из-за наличия электромеханических контактов.

Широко используется способ контроля несимметрии напряжений с помощью активно-реактивных ФСС [121 – 123 и др.]. Недостатками способа являются значительная дополнительная погрешность фильтров из-за отклонений частоты сети от номинального значения 50 Гц, искажения формы кривой напряжения и изменений температуры окружающей среды, возрастание погрешности устройств из-за старения элементов фильтров, а также необходимость использования прецизионных элементов (резисторов и конденсаторов) для получения более высокой точности измерений. Среди фильтров преимущество имеют цифровые ФСС [124 – 127], у которых существенно снижена зависимость точности работы от отклонений частоты сети. Еще больше снижается эта зависимость при использовании способа коррекции [128], при котором выходное напряжение блока коррекции, пропорциональное отклонениям частоты, управляет регулируемым параметром, например, изменяет значение резисторов активно-реактивных цепей ФСС. Однако при этом проявляется дополнительная погрешность, обусловленная колебаниями частоты, поскольку при реализации способа [128] отклонение частоты сети от номинальной определяется в очередном периоде, а корректирующее воздействие осуществляется только в течение следующего периода.



Известен способ контроля несимметрии [129 – 131], при котором осуществляется преобразование 3-фазного напряжения в многофазное, многофазное выпрямление с выделением напряжения удвоенной частоты (при определении напряжения обратной последовательности U2(1)) и постоянной составляющей выпрямленного напряжения (при определении напряжения прямой последовательности U1(1)). Реализующие способ устройства содержат ТПЧФ, МВ, частотно-избирательный фильтр (ЧИФ), настраиваемый на двойную частоту сети, фильтр нижних частот (ФНЧ), стрелочный измерительный прибор для отображения U1(1) и U2(1). Недостатками реализаций являются большой вес, громоздкость и сложность в изготовлении ТПЧФ, необходимость подбора для МВ диодов с идентичными вольт-амперными характеристиками, а также появление дополнительной погрешности из-за расстройки ЧИФ при отклонениях и колебаниях частоты сети.

Для снижения веса и упрощения технологии изготовления измерителей несимметрии напряжений (ИНН) в [132] был предложен резисторный преобразователь числа фаз (РПЧФ). Однако у РПЧФ еще в большей степени, чем у ТПЧФ, проявляется такой недостаток, как зависимость точности работы от нагрузки преобразователя.

Интересный способ измерения несимметрии предложен в [133]; реализация способа может быть представлена эквивалентным устройством, содержащим преобразователь трехфазного напряжения в бесконечнофазное, бесконечнофазный выпрямитель, блоки определения U1(1) и U2(1). На выходе выпрямителя появляется практически синусоидальная огибающая имплитуд бесконечнофазной системы напряжений, по которой определяются значения напряжений U1(1) и U2(1). Однако технологически трудно реализовать распределенный полупроводник, имеющий одинаковые свойства (в частности, падение напряжения в прямом направлении) по всей длине эквипотенциальной линии. По этой причине погрешность достигает нескольких процентов.

В наибольшей степени лишен недостатков способ измерения напряжения обратной последовательности, предложенный в [134]. Устройство, реализующее способ, содержит ТПЧФ, умножающий число фаз до 27, МВ, блок измерения разности между экстремальными значениями выпрямленного напряжения, индикатор U2(1). Показания устройства не зависят от изменений частоты сети. Предложенная в [63, 134] реализация блока измерения разности между экстремумами позволяет получать выходное напряжение устройства со значительными пульсациями. Суммарная погрешность устройства составляет 10 %.

Для контроля несимметрии напряжения (коэффициентов обратной U2U и нулевой U0U последовательности напряжений) в [57] рекомендуется использовать анализатор несимметрии АНЕС-1 [119] (выпускавшийся Рижским опытным заводом ПО "Союзэнергоавтоматика"), совмещенный с самопишущим миллиамперметром Н-37. Схема АНЕС-1 содержит пассивный активно-емкостный фильтр. Такой метод контроля отличается большой погрешностью и достаточно трудоемок.

В соответствии с рекомендациями [30, 135] для контроля несимметрии трехфазного напряжения можно использовать выпускавшиеся Житомирским ПО «Электроизмеритель» прибор Ф4330 или измеритель несимметрии 43204 [136], выходы которого подключаются ко входу ИСХ 43401. Таким сочетанием приборов определяются гистограммы коэффициентов обратной и нулевой последовательности, по которым может быть найдена интегральная вероятность выхода коэффициентов за допустимые пределы. Измеритель 43204 имеет 3-разрядный цифровой индикатор для отображения значений коэффициентов в процентах; выход унифицированного аналогового сигнала 0 – 5 В; три предела измерений: 5, 10 и 20 %; основная погрешность составляет 5 % – на пределе измерений «20 %», 10 % – на остальных пределах измерений; имеет размеры 380 х317 х 133 мм, вес 7 кг.

Измеритель 43204 содержит активно-емкостный ФСС, выполненный на операционном усилителе (ОУ), БУ, блок частотной коррекции [136].

Недостатками приборов 43204 (Ф4330) и 43401 являются их большие размеры и вес, а также значительные основная и дополнительная погрешности от колебаний частоты.

При отсутствии перечисленных приборов в [137] рекомендуется использовать измерители несимметрии напряжений ИНН-2 (разработан в ИЭД АН УССР) или ИНЕС (разработан в Мариупольском металлургическом институте), содержащие, соответственно, ТПЧФ или РПЧФ, МВ, полосовые фильтры (выделяющие вторую гармонику выпрямленного напряжения, пропорциональную U2(1)), стрелочные измерительные приборы. Основной недостаток перечисленных приборов – появление дополнительной погрешности при изменениях частоты сети.

Далее предлагается описание анализатора АКН, который разработан по обобщенной блок-схеме, приведенной на рис.5.5.

Статистический анализатор коэффициента несимметрии АКН [103] предназначен для получения функции распределения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2Uв контролируемой сети с частотой от 5 до 80 Гц.

Схема анализатора АКН изображена на рис.5.11.

Схема содержит три входных фазных клеммы A, B, C, ФНЧ 1 – 4, ЭПЧФ 5, МВ 6, усилитель 7, блок вычисления размахов напряжения (БВРН) 8, предназначенный для определения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U, БП 9, БУ 10.

Схема многокаскадного ЭПЧФ [104] (на рис.5.11 показано двух-каскадное исполнение) содержит сумматоры 11 – 19, выполненные на ОУ.

В МВ 6 в качестве диодов 20 – 43 для обеспечения высокой точности работы анализатора применены более сложные схемы «идеальных диодов» (см. рис. 5.13), выполненные на ОУ.

Анализатор работает следующим образом.

На входные клеммы A, B, C подаются фазные напряжения контроли-руемой сети, например, 50 Гц. С помощью ФНЧ 1 – 3, имеющих одинаковую частоту среза fср1=90 Гц и невысокую добротность, из входных фазных напряжений исключаются составляющие высших гармоник.

С помощью ЭПЧФ трехфазная система входных напряжений преобразуется в многофазную (в рассматриваемом на рис.5.11 варианте АКН в 12-фазную). Для обеспечения одинаковых модулей векторов выходных напряжений ЭПЧФ коэффициенты передачи сумматоров 11 – 13 задаются равны-ми 1, а сумматоров 14 – 19 – равными 1/ .


Рисунок 5.11 Схема статистического анализатора

коэффициента несимметрии АКН

Полуволны 12-фазного напряжения с выхода ЭПЧФ через МВ 6 про-пускаются на вход ФНЧ 4, преобразуясь в огибающую амплитудных значе-ний напряжения ЭПЧФ.


Рисунок 5.12 Схемы «идеальных диодов» положительной (1) и

отрицательной (2) полярности

 

Входное напряжение ФНЧ 4 кроме полезного сигнала содержит со-ставляющую, пульсирующую с частотой

 

Fп = 2хnxfс= 2x12x50 = 1200 Гц, (5.3)

 

где n – число фаз на выходе ЭПЧФ;

fс=50 Гц – частота напряжения контролируемой сети.

Это напряжение пропускается через ФНЧ 4, имеющий частоту среза fср2=1000 Гц, и подается на второй вход сумматора 46, на первый вход которого с выхода ИОН 47 подается напряжение, пропорциональное минимально возможному значению амплитуды фазного напряжения сети.

При появлении несимметрии напряжения сети выходное напряжение ФНЧ 4 начинает пульсировать с удвоенной частотой напряжения сети, т.е. с частотой 100 Гц, причем, как известно [39?], размах этих 100-герцевых пульсаций пропорционален коэффициенту несимметрии напряжений сети по обратной последовательности К2U.

Выходное напряжение усилителя 7, используемого для повышения чувствительности анализатора, подается на вход БВРН 8, который вычисляет размах этого напряжения. Код размаха 100-герцевых пульсаций формируется на выходе счетчика 51 после прохождения каждого экстремума пульсаций. Работа БВРН аналогична работе анализатора АКОН (см. 5.5) при определении значения размахов напряжения между соседними экстремумами. Отличие заключается в том, что в схеме БВРН отсутствует счетчик контроля производной напряжения, а факт прохождения очередного экстремума определяется только по смене характера изменения напряжения (нарастания или спадания), при которой единичный сигнал исчезает на одном выходе ЦК 49 и появляется на другом.

Выборка случайного процесса изменений коэффициента K2Uосуществляется следующим образом.

Нуль-органом 64 синусоидальное напряжение сети преобразуется в прямоугольное напряжение частотой 50 Гц. Это напряжение поступает на вход счетчика двоично-десятичного счетчика 65, имеющего емкость 50. Один раз в секунду на выходе счетчика появляется отрицательный перепад напряжения, переводящий триггер 66 в единичное состояние. Единичное напряжение с прямого выхода триггера прикладывается ко второму входу элемента И 68. При прохождении выходным напряжением усилителя 7 очередного экстремума на выходе элемента И-НЕ 54 появляется единичный импульс, который проходит через элемент И 68 и выполняет две операции: 1) переводит в единичное состояние триггер 67, выходное напряжение которого прикладывается ко второму входу элемента И 69; 2) вписывает в регистр 62 содержимое счетчика 51, которое пропорционально коэффициенту K2U.

Значение коэффициента K2U непрерывно отображается на индикаторе 63.

По окончании импульса на выходе элемента И-НЕ 54 и, соответст-венно, на выходе элемента И 68 содержимое счетчика 51 обнуляется.

Последующее изменение выходного напряжения усилителя 7 приводит к последовательному изменению кода на выходе счетчика 51: 0001, 0010, 0011 и т.д. Причем после установления каждого нового кода с некоторой задержкой времени (равной длительности выходного импульса одновибратора 55) выполняется последовательное увеличение на единицу содержимое каналов БП 61 с адресами : 0001, 0010, 0011 и т.д. Управление записью информации в БП 61 выполняется импульсом одновибратора 70, проходящим через элемент И 69.

При наступлении очередного экстремума выходного напряжения усилителя 7 на выходе элемента И 68 вновь появляется импульс, который своим задним фронтом переводит триггер 67 в нулевое состояние. Спадая, выходное напряжение триггера 67 запускает одновибратор 71, который своим выходным импульсом возвращает в нулевое состояние триггер 66. В результате до следующей выборки через 1 с триггеры 66 и 67 блокируют нулевым напряжением своих выходов элементы И 68 и 69 для прохождения через них управляющих импульсов.

По окончании времени статистического анализа T по содержимому каналов БП 61 строится дополнительная ФР коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U.

 

5.8. Современные анализаторы качества электрической энергии [39]

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.