SU1095087A1 - Converter of active power of multi-phase circuit to dc voltage - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНО МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ ЦЕПИ В НАПРЯЖЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий генера управл ющих сигналов, а также после СО СЛ СХ: вательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности преобразовани , в него введены модул торы и два сумматора, выходы которых подключены к.входам перемножител , при этом первый вход первого сумматора подключен к первой шине фазного напр гжени , первый вход вто-. рого сумматора подключен к первой шине фазового напр жени , первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, И-е входы первого и второго сумматоров подключены к (ti-l)-y выходу генератора управл ющих сигналов. .1 ЧЕНЕг1. ACTIVE POWER OF MULTI-PHASE CHAIN IN DC VOLTAGE, containing a generation of control signals, as well as after CO SL C: a highly connected multiplier, low-pass filter, characterized in that, in order to increase the accuracy of conversion, moduli and two adders, the outputs of which are connected to the inputs of the multiplier, with the first input of the first adder connected to the first bus of the phase voltage, the first input of the second. the first adder is connected to the first phase voltage bus, the first input of the second adder is connected to the first input bus of the phase current, and the inputs of the first and second adders are connected to the (ti-l) -y output of the control signal generator. .1 CHENEG

Description

2.Преобразователь тока по п. 1, отличающийс  тем, что входы обоих сумматоров подключены2. A current transducer according to claim 1, characterized in that the inputs of both adders are connected

к выходам модул торов и входным шинам через дополнительно введенные блоки гальванического разделени .to the outputs of the modulators and the input buses through the additionally introduced galvanic separation units.

3.Преобразователь тока по п, 1, отличающийс  тем, что, генератор управл ющих сигналов содержит последовательно соединенные генератор основной частоты и один или несколько делителей частоты, выходы которых соединены с выходами генератора управл ющих сигнгшов.3. A current transducer according to claim 1, characterized in that the control signal generator comprises series-connected main frequency generator and one or more frequency dividers, the outputs of which are connected to the outputs of the control signal generator.

А. Преобразователь тока по п. 1, отличающийс  тем, что выход фильтра низких частот подк,пючен к выходной шине через дополнительно введенньй интегратор, выход которого подключен к дополнительному входу одного из сумматоров, дополнительньш вход другого сумматора подключен к входной шине опорного напр жени , первые входы обоих сумматоров подключены к входным шинам через дополнительные модул торы, управл кицие входы которых подключены к дополнительному выходу генератора управл ющих сигналов.A. A current transducer according to claim 1, characterized in that the output of the low-pass filter is connected to the output bus via an additional integrator, the output of which is connected to the auxiliary input of one of the adders, the additional input of the other adder is connected to the input voltage bus, The first inputs of both adders are connected to the input buses through additional modulators, the control inputs of which are connected to the auxiliary output of the control signal generator.

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики энергосистем.The invention relates to a measurement technique and can be used in power grid automation devices.

Известен преобразователь активной мощности многофазной цепи, содержащий перемножители по количеству фаз, выходы которых подключены к соот ветствукнцим входам Сумматора, выход которого через фильтр низких частот подключен к выходной шине С13.A known active power converter of a multiphase circuit contains multipliers according to the number of phases whose outputs are connected to the corresponding inputs of the Adder, the output of which is connected to the output bus C13 through a low-pass filter.

Однако это устройство относительнHowever, this device is relative

сложно вследствие большого количеств вход щих в него перемножителей.difficult due to the large number of multipliers included in it.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  преобразователь активной мощности многофазной цепи, содержащий два коммутатора, входы которых подключены к входным шннам, управл ющие входы - к.выходам генератора управл ющих сигналов, а выходы - к входам перемножител , выход которого через фильтр низких частот подключен к выходной шине С 2 .. The closest to the proposed technical entity is the active power converter of a multiphase circuit, which contains two switches, the inputs of which are connected to the input terminals, the control inputs to the outputs of the control signal generator, and the outputs to the inputs of the multiplier, which output through a low filter frequency is connected to the output bus C 2 ..

Недостатком известного преобразовател   вл етс  низка  точность преобразовани  активной мощности,, особенно дл  несинусоидального тока, вследствие того, что. при поочередном подключении входных шин к входам перемножител  входных шин к входам перемножител  со скважностью, равной количеству фаз, часть информации о входных сигналах неизбежно тер етс . A disadvantage of the known converter is the low accuracy of conversion of active power, especially for non-sinusoidal current, due to the fact that. By alternately connecting the input busses to the inputs of the input bus multiplier to the inputs of the multiplier with a duty cycle equal to the number of phases, some of the information about the input signals is inevitably lost.

Цель изобретени  - повьш1ение точности преобразовани .The purpose of the invention is to increase the accuracy of the conversion.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь, содержащий генератор управл ющих сигналов, а также последовательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, введены модул торы и два сумматора, выходы которых подключены к входам перемножител , при этом первый вход .первого сумматора подключен к первой входной шине фазного. Напр жени , первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, п-е входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к п-м шинам фазных напр жений и тока через модул торы, управл ющие входы которых подключены к (п-1)-у выходу I генератора управл ющих сигналов.The goal is achieved by the fact that modulators and two adders, the outputs of which are connected to the inputs of the multiplier, are input to the converter containing the control signal generator, as well as the low-pass filter, and the first input of the first adder is connected to the first input bus phase. Voltages, the first input of the second adder is connected to the first input bus of phase current, the first inputs of the first and second adders are connected to the phase voltage and current buses through the modulators, the control inputs of which are connected to (n-1) - output I of the control signal generator.

Кроме того, входы обоих сумматоров подк;ночены к выходам модул торов и входным шинам через дополнительно введенные блоки гальванического разделени .In addition, the inputs of both adders are connected to the outputs of the modulators and the input buses through the additionally introduced galvanic separation units.

Генератор управл ющих сигналов содержит последовательно соединенные генератор основной частоты и один или несколько делителей частоты, выходы которых соединены с выходами генераторй управл ющих сигналов.The control signal generator contains a series-connected fundamental frequency generator and one or more frequency dividers, the outputs of which are connected to the outputs of the control signal generators.

Выход фильтра низких частот подключен к выходной шине через дополнительно введенный интегратор, выход которого подключен также к дополнительному входу одного из сумматоров, дополнительный другого сумматора подключен к входной шине опорного напр жени , первые входы обоихThe output of the low-pass filter is connected to the output bus through the additionally introduced integrator, the output of which is also connected to the auxiliary input of one of the adders, an additional of the other adder is connected to the input voltage bus, the first inputs of both

сумматоров подключены к входным шинам через дополнительные модул торы, управл ющие входы которых подключены к дополнительному выходу генератора управл ющих сигналов.Adders are connected to the input buses through additional modulators, the control inputs of which are connected to the auxiliary output of the control signal generator.

На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемого преобразовател  на примере трехфазной силовой цепи.The drawing shows a functional diagram of the proposed Converter on the example of a three-phase power circuit.

Преобразователь содержит перемножитель 1, сумматоры 2 и 3, фильтр 4 низких частот, модул торы 5-10, генератор 11 управл ющих сигналов, содержащий в свою очередь последовательно соединенные генератор 12 основной частоты и делители 13 и 14 частоты, а также блоки 15-20 гальванического разделени  и интегратор 21.The converter contains multiplier 1, adders 2 and 3, low-pass filter 4, modulators 5-10, control signal generator 11, which in turn contains the series-connected fundamental frequency generator 12 and frequency dividers 13 and 14, as well as blocks 15-20 galvanic separation and integrator 21.

Генератор 12 выполнен в В1зде генератора меандра, а делители 13 и 14 - в виде делителей частоты на два, например, счетных триггеров.The generator 12 is made in V1zda generator meander, and dividers 13 and 14 - in the form of frequency dividers into two, for example, counting triggers.

Выходы модул торов 5-7 подключены к входам сумматора 2, а выходы модул торов 8-10 - к входам сумматора 3, дополнительный вход которого соединен с шиной опорного напр жени . Выходы сумматоров 2 и 3 подключены к входам перемножител  1, выход кото рого через последовательно соединенные фильтр 4 и интегратор 21 соединен с выходной шиной и дополнительным входом сумматора 2. Выход, генератора 12 подключен к управл ющим входам модул торов 5 и 8, на сигнальные входы которых подаютс  напр жени , пропорциональные напр жению и току первой фазы силовой цепи. Выход делител  13 подключен к управл ющим входа модул торов 6 и 9, на сигнальные входы которых подаютс  напр жени , пропорциональные напр жению и току второй фазы силовой цепи. Выход делитед  14 подключен к управл ющим входам модул торов 7 и 10, на сигнальные входы которых подаютс  напр жени , пропорциональные напр жению и току третьей фазы силовой цепи. Выходы модул торов 5-10 подключены-к входам сумматоров 2 и 3 через блоки 15-2.0 гальванического разделени .The outputs of the modulators 5–7 are connected to the inputs of the adder 2, and the outputs of the modulators 8–10 are connected to the inputs of the adder 3, the auxiliary input of which is connected to the reference voltage bus. The outputs of adders 2 and 3 are connected to the inputs of multiplier 1, the output of which through serially connected filter 4 and integrator 21 is connected to the output bus and an additional input of adder 2. The output of generator 12 is connected to the control inputs of modulators 5 and 8 to the signal inputs which are supplied voltage proportional to the voltage and current of the first phase of the power circuit. The output of the divider 13 is connected to the control inputs of the modulators 6 and 9, the signal inputs of which are supplied with voltages proportional to the voltage and current of the second phase of the power circuit. The output 14 is connected to the control inputs of the modulators 7 and 10, the signal inputs of which are supplied with voltages proportional to the voltage and current of the third phase of the power circuit. The outputs of the modulators 5-10 are connected to the inputs of adders 2 and 3 via blocks 15-2.0 of galvanic separation.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Выходные сигналы, пропорциональные напр жени м и токам фаз силовой цепи , преобразуютс  модул торами 5-10 в пр моугольные импульсы разных частот так, что сигналы, соответствующие току и напр жению однойThe output signals proportional to the voltages and currents of the phases of the power circuit are converted by modulators 5-10 into rectangular pulses of different frequencies so that the signals corresponding to the current and voltage of one

фазы, преобразуютс  в импульсы одинаковой частоты. Если частоты на выходах генератора 11 значительно вьше частоты существующих гармоник сигналов тока и напр жени  контролируемой цепи, то значени  входных сигналов за цикл работы модул тора можно считать неизменными, а напр жение на выходе модул торов 5-7the phases are converted into pulses of the same frequency. If the frequencies at the outputs of the generator 11 are significantly higher than the frequencies of the existing harmonics of the signals of the current and voltage of the monitored circuit, the values of the input signals per cycle of operation of the modulator can be considered constant, and the voltage at the output of the modulators is 5-7

описываетс  выражением Idescribed by expression I

, (n-4w ,, (n-4w,

-гГ -yyyy

где мгновенное значение напр жени  к-й фазы силовой цепи; U),- частота переключени  к-йwhere is the instantaneous voltage value of the kth phase of the power circuit; U), - switching frequency to

фазы силовой цепи. Аналогично на выходе модул торов 8-10 напр жени  равныpower circuit phases. Similarly, at the output of the modulators of tori 8-10, the voltages are

(2;Ьту-5-(;)-к. (2; L-5 - (;) - k.

где i - мгновенное значение тока кwhere i is the instantaneous value of current k

фазы силовой цепи. На выходах сумматоров 2 и 3power circuit phases. At the outputs of adders 2 and 3

образуютс  суммарные сигналыtotal signals are generated

сю.shu

, «со, “With

7г7Г в г 7Т-Ц-51 n-.-f(-4) п 1(-1) 7G7G in g 7T-C-51 n -.- f (-4) n 1 (-1)

i i

соwith

(i;;b)((i ;; b) (

))

sin Кsin K

х{2„М)x {2 „M)

IWgtIwgt

На выходе перемножител  1 образуетс  произведение мгновенных значений напр жении U и U, . Если частоты uij-, Uig и ш управлени  модул торов 5-10 выбраны так, что в спектре сигналов , пропорциональных напр жени м и токам одной фазы, нет частот, равных частотам в сигналах других фаз, то сигналы, пропорциональные токам и напр жени м одной фазы, ортогональны сигналам других фаз и среднее значение произведени  сигналов разных фаз равно нулю, а среднее значение произведени  сигналов одной фазы, имеющих одинаковые спектры, отлично от нул . В этом случае среднее значение выгодного напр жени  умножител  1 за период сигнала контролируемой цепи Т равно г К К К .,7. (in- л51«Х бе , (vi|2 cV SK,K, ..c)l|p;;j JVVV («c.)« f () .. И) IkJ где Kj - коэффициент передачи перемножител  1. Таким образом, среднее значение напр жени  на выходе перемножител  пропорционально сумме активных мощностей всех фаз многофазной силовой цепи. Обеспечитс  ортогональность выхо ных сигналов генератора 11, наприме tu и tfj. отличаесли частоты to, ютс  в 2 раза, то з спектрах сигнал разных выходов генератора 11 не буд одинаковых частот. Это справедливо и дл  фаз. При этом возможны и друг сочетани  частот, но отношение ш„г2ш и;, наиболее просто обеспечиваетс  посредством делителей частоты 13 и 14. В качестве .этих делителей могут быт использованы счетные триггеры. Моду л торы 5-10 могут быть выполнены на полевых транзисторах. Преимуществом предлагаемого,прео разовател   вл етс  и то, что входн напр жени  преобразуютс  в пр моуго ные импульсы относительно высокой частоты. Это позвол ет трансформиро вать их посредством трансформаторов 15-20, включенных после модул торов 5-10. При этом преобразуемые напр жени  могут быть как переменного, так и посто нного и посто нно-переменного токов. Простота гальваничес кой разв зки делает преобразователь универсальным, при этом трансформэ торы 15-20 преобразуют сигналы частоты, значительно превышающей частоту в контролируемой цепи и имеют малые размеры. Практически во всех аналогах гальваническа  разв зка должна осуществл тьс  на входах на «астоте контролируемой цепи, а при сигналах посто нного и посто ннопеременного токов эта задача крайне сложна. В случае необходимости получени  высокой точности трансформаторы 15-20 могут быть выполнены с электронной компенсацией погрешностей. Модул торы 5-10 также  вл ютс  одними из наиболее точных устройств, техника уменьшени  погрешностей которых детально исследована и отработана в усилител х посто нного тока с модул цией и демодул цией (МДМ-типа). Таким образом, в предлагаемом преобразователе точность преобразовани  определ етс  главным образом точностью перемножител  1, а точнее его аддитивной, мультипликативной погрешностью и нелинейностью. методы компенсации аддитивной погрешности перемножителей хорошо известны и могут быть применены в предлагаемом устройстве. Например, возможно периодическое инвертирование одного входа и выхода перемножител  2. Дл  компенсации мультипликативной погрешности перемножител  1 можно выход фильтра 4 подключить к интегратору 21, а его выход подключить к дополнительному входу сумматора 2, к дополнительному входу сумматора 3 подключить посто нное напр жение Ujj, Так как напр жени  посто нного тока UQ и Vj ортогональны переменным напр жением на выходах сумматоров 2 и 3, то при правильном выборе пол рности UQ сраднее значение напр жени  на входе интегратора 21 в установившемс  режиме равно нулю, и из выражени  (1) получаем К.К KSf2 -(Pe,iVPc-Uo- 2l. 16Т откуда и не зависит от коэффициента передачи К, перемножИтел  1.At the output of multiplier 1, the product of the instantaneous values of the voltage U and U, is formed. If the frequencies uij-, Uig, and w of the control of modulators 5-10 are chosen so that in the spectrum of signals proportional to voltages and currents of one phase there are no frequencies equal to frequencies in signals of other phases, then signals proportional to currents and voltages one phase is orthogonal to the signals of the other phases and the average value of the product of signals of different phases is zero, and the average value of the product of signals of one phase having the same spectra is different from zero. In this case, the average value of the favorable voltage of the multiplier 1 over the period of the signal of the controlled circuit T is equal to r К К К., 7. (in-l51 “Xf, (vi | 2 cV SK, K, ..c) l | p ;; j JVVV (“ c.) “f () .. And) IkJ where Kj is the transmission coefficient of the multiplier 1. Thus, the average value of the voltage at the multiplier output is proportional to the sum of the active powers of all phases of the multiphase power circuit. The orthogonality of the output signals of the generator 11, for example tu and tfj, is ensured. If frequencies were different, they were 2 times, then from the spectra the signal of different outputs of the generator 11 was not the same frequency. This is true for phases. At the same time, there are also possible combinations of frequencies, but the ratio Wrn2rn and; is most easily provided by frequency dividers 13 and 14. Counting triggers can be used as these dividers. Modulators 5-10 can be made on field-effect transistors. The advantage of the proposed transformer is that the input voltages are converted into direct pulses of relatively high frequency. This allows them to be transformed by means of transformers 15-20 connected after modulators 5-10. In this case, the transformed voltages can be both alternating and constant and constant-alternating currents. The simplicity of galvanic isolation makes the converter universal, while transformers 15–20 convert signals of a frequency much higher than the frequency in the controlled circuit and have small dimensions. In almost all analogs, galvanic isolation should be carried out at the inputs on the frequency of the controlled circuit, and with signals of constant and alternating currents this task is extremely difficult. If it is necessary to obtain high accuracy, transformers 15-20 can be made with electronic error compensation. Modulators 5-10 are also one of the most accurate devices, the error reduction technique of which has been studied in detail and tested in DC amplifiers with modulation and demodulation (MDM type). Thus, in the proposed converter, the accuracy of the conversion is determined mainly by the accuracy of the multiplier 1, or rather its additive, multiplicative error and nonlinearity. methods for compensating for the additive error of multipliers are well known and can be applied in the proposed device. For example, it is possible to periodically invert one input and output of multiplier 2. To compensate for the multiplicative error of multiplier 1, you can connect the output of filter 4 to integrator 21, and its output to connect to auxiliary input of adder 2, connect an auxiliary input of adder 3 to auxiliary voltage Ujj, As the DC voltages UQ and Vj are orthogonal to the alternating voltage at the outputs of adders 2 and 3, then with the right choice of polarity UQ, the voltage at the input of the integrator 21 in the steady state with the mode is equal to zero, and from expression (1) we get KK KSf2 - (Pe, iVPc-Uo- 2l. 16T, from where it does not depend on the transmission coefficient K, the multiplier 1.

7в7c

Предлагаемый преобразователь можетчае сигналы тока и напр жени  подклюиспользоватьс  дл  суммировани  мощ-чаютс  от разных потребителей вместоThe proposed converter can supply current signals and voltages to be used to sum up are pushed from different consumers instead of

ностей, например, двигателей, линий,сигналов одной фазы многофазной цепи,for example, motors, lines, signals of a single phase of a multiphase circuit,

параллельных шин как переменного,расшир ет универсальность предлагатак и посто нного токов. В таком слу-емого преобразовател .parallel buses as alternating, extends the versatility of current and DC currents. In such a serviceable transducer.

1095087и1095087i

Claims (4)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ ЦЕПИ В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, управляющих сигналов, содержащий генератор, чены к а также поспеловательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в 'него введены модуляторы и два сумматора, выходы которых подключены к.входам перемножителя, при этом первый вход первого сумматора подключен к первой шине фазного напряжения, первый вход вто-. рого сумматора подключен к первой шине фазового напряжения, первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, ή-е входы ' первого и второго сумматоров подклю(h-l)-y выходу генератора управляющих сигналов.1. A CONVERTER OF ACTIVE POWER OF A MULTI-PHASE CIRCUIT TO A VOLTAGE OF A DC, control signals, comprising a generator, chanels and also a ripple-connected multiplier, a low-pass filter, characterized in that, in order to increase the conversion accuracy, modulators and two adders are introduced into it, the outputs of which are connected to the inputs of the multiplier, while the first input of the first adder is connected to the first phase voltage bus, the first input is second. The third adder is connected to the first phase voltage bus, the first input of the second adder is connected to the first input phase current bus, the ήth inputs of the first and second adders connect (h-l) -y output of the control signal generator. 2. Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что входы обоих сумматоров подключены к выходам модуляторов и входным шинам через дополнительно введенные блоки гальванического разделения.2. The current converter according to claim 1, characterized in that the inputs of both adders are connected to the outputs of the modulators and input buses through additionally introduced galvanic separation units. 3. Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что, генератор управляющих сигналов' содержит последовательно соединенные генератор основной частоты и один или несколько делителей частоты, выходы которых соединены с выходами генератора управляющих сигналов.3. The current converter according to claim 1, characterized in that the control signal generator 'comprises in series a main frequency generator and one or more frequency dividers, the outputs of which are connected to the outputs of the control signal generator. 4. Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что выход фильтра низких частот подключен к выходной шине через дополнительно введенный интегратор, выход которого подключен к дополнительному входу одного из сумматоров, дополнительный вход другого сумматора подключен к входно:1 шине опорного напряжения, первые входы обоих сумматоров подключены к входным шинам через дополнительные * модуляторы, управляющие входы которых подключены к дополнительному выходу генератора управляющих сигналов.4. The current converter according to claim 1, characterized in that the low-pass filter output is connected to the output bus through an additionally introduced integrator, the output of which is connected to an additional input of one of the adders, the additional input of another adder is connected to the input: 1 reference voltage bus, first the inputs of both adders are connected to the input buses via additional * modulators, the control inputs of which are connected to the additional output of the control signal generator.