способ индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов) и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов), заключающийся в том, что формируют напряжения, пропорциональные контролируемым напряжениям (токам), подают сформированные напряжения на входы горизонтального и вертикального отклонения луча осциллографа и получают на его экране фигуру, отображающую амплитуды контролируемых напряжений (токов) и их взаимный фазовый сдвиг, отличающийся тем, что перед подачей на входы осциллографа переменные напряжения, пропорциональные контролируемым напряжениям (токам), раскладывют на составляющие, ортогональные и синфазные относительно одного из контролируемых напряжений, вектор которого принимают за опорный, синхронно мультиплексируют указанные составляющие, после чего их подают на входы вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа.

2. Устройство для индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов), содержащее два измерительных трансформатора и осциллограф, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит n 2 измерительных трансформатора, n выпрямителей, входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных трансформаторов, (n 1) синусно-косинусных преобразователей, первые входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных трансформаторов, вторые входы соединены с выходом n-го измерительного трансформатора, первую и вторую группы (n 1) множительных устройств, первые входы которых соединены попарно друг с другом и с выходами (n 1) выпрямителей, вторые входы множительных устройств первой и второй групп соединены с первым и вторым выходами синусно-косинусных преобразователей соответственно, и два мультиплексора с синхронной коммутацией их n одноименных входов, при этом каждый, кроме n-го, вход первого мультиплексора соединен с выходом соответствующего множительного устройства первой группы, каждый, кроме n-го, вход второго мультиплексора соединен с выходом соответствующего множительного устройства второй группы, n-й вход первого мультиплексора соединен с нулевой шиной, к n-му входу второго мультиплексора через n-й выпрямитель подключено контролируемое напряжение, соответствующее опорному вектору, а выходы мультиплексоров соединены соответственного с входами вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контролю индикации синхронизма синхронных машин, работающих в сложной энергосистеме.

Известны способы индикации синхронизма синхронных генераторов в энергосистеме, заключающиеся в преобразовании фазового сдвига между векторами двух контролируемых переменных напряжений в угловое перемещение стрелки или светового указателя электромеханического прибора [1, 2]

Известен способ индикации синхронизма на экране электронно-лучевого осциллографа (выбранный в качестве прототипа), заключающийся в том, что два контролируемых переменных напряжения подают на входы горизонтального и вертикального отклонения луча и при этом на экране осциллографа высвечивается эллипс, по форме и ориентации которого можно судить о фазовом сдвиге и амплитудах контролируемых векторов [3]

Устройство, реализующее способ [3] содержит два трансформатора напряжения и электронно-лучевой осциллограф, причем первичные обмотки трансформаторов подключены к контролируемым напряжениям, а вторичные обмотки - к входам горизонтального и вертикального отклонения луча осциллографа.

Недостаток прототипа заключается в том, что представляемая с его помощью информация об амплитудах и фазовых сдвигах контролируемых напряжений имеет неявный характер, требуя дополнительной обработки, причем известные из [3] способ и устройство нельзя использовать для индикации синхронизма более чем двух величин, что может потребоваться в случае сложной многомашинной схемы сети.

В связи с этим возникла необходимость в повышении наглядности индикации синхронизма контролируемых переменных величин и обеспечении возможности одновременной индикации более чем двух величин за счет их представления в форме векторной диаграммы.

Предметом изобретения является способ синхронизма переменных электрических напряжений (токов), заключающийся в том, что формируют напряжения, пропорциональные контролируемым напряжениям (токам), подают сформированные напряжения на входы горизонтального и вертикального отклонения луча осциллографа и получают на его экране фигуру, отображающую амплитуды контролируемых напряжений (токов) и их взаимный фазовый сдвиг, отличающийся тем, что перед подачей на входы осциллографа переменные напряжения, пропорциональные контролируемым напряжениям (токам), раскладывают на составляющие, ортогональные и синфазные относительно одного из контролируемых напряжений, вектор которого принимают за опорный, синхронно мультиплексируют указанные составляющие, после чего их подают на входы вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа.

Осуществление дополнительных действий по разложению контролируемых напряжений на синфазные и ортогональные составляющие с последующим синхронным мультиплексированием указанных составляющих позволяет практически без ограничения числа исходных контролируемых напряжений получить их на экране осциллографа в форме векторной диаграммы, т.е. в форме наглядной и удобной для оператора, оценивающего состояние сложной электрической сети.

Предметом изобретения также является устройство для индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов), содержащее два измерительных трансформатора и осциллограф, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит n-2 измерительных трансформаторов, n выпрямителей, входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных трансформаторов, n-1 синусно-косинусных преобразователей, первые входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных трансформаторов, а вторые входы соединены с выходом n-го измерительного трансформатора, первую группу n-1 множительных устройств, первые входы которых соединены попарно друг с другом и с выходами n-1 выпрямителей, вторые входы множительных устройств первой и второй групп соединены с первым и вторым выходами синусно-косинусных преобразователей соответственно и два мультиплексора с синхронной коммутацией их n одноименных входов, при этом каждый, кроме n-го, вход первого мультиплексора соединен с выходом соответствующего множительного устройства первой группы, каждый, кроме n-го, вход второго мультиплексора соединен с выходом соответствующего множительного устройства второй группы, n-й вход первого мультиплексора соединен с нулевой шиной, к n-му входу второго мультиплексора через n-й выпрямитель подключено контролируемое напряжение, соответствующее опорному вектору, а выходы мультиплексоров соединены со входами вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа.

Согласно изобретению в состав устройства дополнительно введены синусно-косинусные преобразователи для формирования напряжений, пропорциональных синусу и косинусу фазового сдвига между опорным и одним из контролируемых векторов, выпрямители для формирования сигналов, амплитуды которых пропорциональны контролируемым величинам, множительные устройства для формирования произведений косинусов и синусов фазовых сдвигов на модули соответствующих контролируемых напряжений, т. е. ортогональных и синфазных составляющих по отношению к опорному вектору, и сдвоенный мультиплексор, осуществляющий синхронную циклическую коммутацию составляющих каждого контролируемого напряжения.

Поскольку указанные блоки обеспечивают согласно способу разложение контролируемых напряжений на составляющие, ортогональные и синфазные опорному вектору с последующим их мультиплексированием, то это свидетельствует о том, что заявляемый способ и устройство связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом фиг. 1 и фотографиями фиг. 2 "а" и 2 "б".

Фиг. 1 представляет блок-схему устройства, реализующего предложенный способ индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов).

На фиг. 2, 3 показаны фотографии векторных диаграмм напряжений для протяженной электропередачи с промежуточными подстанциями в режиме минимальной ("2") и максимальной ("3") нагрузки, снятые с экрана электронно-лучевого осциллографа.

Осуществление заявляемых способа и устройства индикации синхронизма переменных электрических напряжений (токов) поясняется блок-схемой фиг. 1, которая содержит трансформаторы 1 напряжения, выпрямители 2, синусно-косинусные преобразователи 3, множительные устройства 4-1, 4-2, мультиплексоры 5-1, 5-2 со схемой управления 6 и осциллограф 7.

Контролируемое напряжение U_i поступает с выхода измерительного трансформатора 1 на вход выпрямителя 2 и первый вход 3.1 синусно-косинусного преобразователя 3. На второй вход 3.2 синусно-косинусного преобразователя 3 поступает опорное напряжение U_n, от которого отсчитывают фазовые сдвиги всех остальных векторов (U₁, U₂.U_n-1).

На выходах синусно-косинусного преобразователя 3 формируются сигналы, пропорциональные синусу и косинусу фазового сдвига между i-м вектором и вектором U_n (соответственно sin _i и cos _i). На первые входы 4.1 множительных устройств 4-1, 4-2 поступают выпрямленные напряжения U_i. Сигнал, пропорциональный sin _i поступает на второй вход 4.2 соответствующего множительного устройства 4-1 первой группы, а сигнал, пропорциональный cos _i, поступает на второй вход 4.2 множительного устройства 4-2 второй группы. Сигнал с выхода множительного устройства 4-1, пропорциональный произведению поступает на i-й вход мультиплексора 5-1, а сигнал с выхода множительного устройства 4-2, пропорциональный произведению поступает на i-й вход мультиплексора 5-2. Нa n-й вход мультиплексора 5-1 подается нулевой потенциал, а на n-й вход мультиплексора 5-2 поступает выпрямленное напряжение

Схема управления 6 обеспечивает синхронную циклическую коммутацию i-x входов мультиплексоров. На экране осциллографа 7 при этом высвечиваются вектор опорного напряжения, направленный по горизонтальной оси, и векторы контролируемых напряжений, отсчитываемые от начала координат.

Следует заметить, что концы индицируемых векторов будут иметь повышенную яркость свечения (см. фиг. 2а) за счет снижения скорости изменения выпрямленных синусоидальных напряжений в области амплитудных значений.

В соответствии с настоящим изобретением по схеме фиг. 1 был изготовлен образец устройства. Проведенные испытания этого образца показали возможность одновременной наглядной индикации более чем двух контролируемых напряжений путем их представления на экране осциллографа в форме векторной диаграммы (фиг. 2). Предложенное решение позволило оператору мгновенно по одному прибору оценить состояние сложной электрической сети в нестационарном утяжеленном режиме.