Устройство для измерения среднего значения активной мощности трехфазного тока

Устройство для измерения средиего значения активной мощности трехфазного тока.
Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для измерения допустимого среднего значения активной мощности трехфазного тока на предприятиях, на которых средняя получасовая мощность электрической нагрузки ограничена допустимым максимумом средней получасовой мощности.
Известны системы измерения средних значений мощности электрической нагрузки трехфазного тока за интервалы времени- получас (Р ср. получас.) и средних значений мощности за интервалы времени с начала получаса до текущего момента времени (Р ср, тек.) с первичным датчиком- счетчик электроэнергии трехфазного тока с импульсным выходом, например, типа ИИЭС -192, и так же многофункциональные счетчики типов ЦЭ-6223, Альфа, СЭГ (Журнал «Электро № 1,2000, с.29).
Известно устройство для измерения текущей мопщости трехфазного тока (Р), состоящее из преобразователя измерительного активной мощности трехфазного тока типа Е829 с унифицированным аналоговым выходным сигналом 0...5 мА, выход которого подключен к входу измерительного прибора общего назначения с унифицированным сигналом 0...5 мА. (Преобразователи измерительные Е824-Е831, Минск, «Полымя, 1979.).
Известно устройство для измерения среднего значения активной мощности трехфазного тока, состоящее из преобразователя измерительного активной мощности трехфазного тока типа Е829 с унифицированным аналоговым выходным сигналом 0...5 мА, выход которого подключен к входу прибора измерения средней мощности типа ПИМ. Прибор ПИМ реализован на основе микропроцессорного контроллера Ремиконт Р-130,
М.кл.О OIL 1/16 измеряет средние значения мощности за интервалы времени получас или час и состоит из
последовательно соединенных блока анапогоцифрового преобразования (АЦП) и двух алгоритмических блоков вычисления дискретного среднего (ДИС).
Основной выходной сигнал первого блока ДИС равен среднему за предыдущую минуту. Основной выходной сигнал второго блока ДИС равен среднему за нредьщущий получас и импульсный сигнал в момент времени окончание получаса. Значение получасовой мощности выводится на цифровой индикатор и унифицированным сигналом постоянного тока 0...5 мА для подключения вторичных приборов. (Сертификат РУ.С.34.004.А .№ 6032 от 04.03.99. Прототип),
В настоящее время на предприятиях ограничивают средние получасовые мощности (Р ср. получас.) электрической нагрузки допустимьш максимумом средней получасовой мощности (Рмакс.)- Для максимзльно полного использования Рмакс. без ее превыщения операторам технологических агрегатов в производстве нужна информация в реальном режиме времени о допустимой средней мощности электрической нагрузки на период времени до окончания текущего получаса, о том на сколько можно увеличивать или на сколько достаточно уменьщить мощность электрической нагрузки агрегата, чтобы не было превышения Рмакс. Например, на 14-ой минуте с начала получаса известные устройства измеряют и показывают: текущую величину мощности Р 900 квт, среднее значение мощности за 14 минут с начала получаса Рср.тек. 800 квт., в предьщущем получасе Р ср. получас. 850 квт., но не измеряют: на сколько киловатт можно увеличивать мощность электрической нагрузки на интервал времени с 14-ой минуты до окончания получаса, если , например Рмакс. 1000квт. Поэтому операторы технологических агрегатов из-за опасения превьппения Рмакс. увеличивают мощность электрической нагрузки технологического агрегата с задержкой во времени и на меньщую величину, при этом Рмакс. используется не полностью. Аналогично происходит и при необходимости уменьщить мощность электрической нагрузки. Таким образом, недостаток известных устройств заключается в том, что они не
измеряют донустимую величину мощности электрической нагрузки в интервале времени с текущего момента до окончания получаса, на сколько можно увеличивать или на сколько киловат достаточно уменьшить мощность электрической нагрузки, чтобы не было превыщения Р„акс,
Задачей, решаемой полезной моделью, является измерение допустимой средней мощности электрической нагрузки на период времени до окончания текущего получаса, что позволит вьфавнивать мощность электрической нагрузки предприятия и сохранить объем производства при меньших значениях максимальной получасовой мощности заявляемой предприятием-потребителем электроэнергии.
Указанная цель достигается тем, что устройство, включающее измерительный преобразователь активной мощности трехфазного тока с унифицированным аналоговым выходным сигналом постоянного тока, выход которого подключен к входу прибора измерения средней мощности, состоящего из последовательно соединенных блока аналогоцифрового преобразования и двух алгоритмических блоков вычисления дискретного среднего, дополнительно содержит блок алгоритма задания значения допустимого максимума средней получасовой мощности, блок алгоритма задания интервалов времени, блок алгоритма умножения, к входам которого подключены выходы блоков алгоритма задания; блок алгоритма интегрирования, к основному входу которого подключен выход блока аналогоцифрового преобразования, а к входу обнуления подключен импульсный выход второго алгоритмического блока вычисления дискретного среднего; блок алгоритма- таймер, к входу обнуления которого подключен выход второго алгоритмического блока вычисления дискретного среднего; первый блок алгоритма суммирования, к плюсовому входу которого подключен выход блока алгоритма умножения, а к минусовому входу подключен выход блока алгоритма интегрирования; второй блок алгоритма суммирования, к плюсовому входу которого подключен выход блока алгоритма задания интервалов времени, а к минусовому входу подключен выход
блока алгоритма-таймер; блок алгоритма умножения-деления , к входу сомножителя которого подключен выход первого блока алгоритма суммирования, к входу делителя подключен выход второго блока алгоритма суммирования, а к выходу подключены последовательно соединенные первый блок алгоритма ограничения, первый блок цифроаналогового преобразования и прибор с унифицированным входным сигналом постоянного тока для измерения допустимого среднего значения активной мощности трехфазного тока; третий блок алгоритма суммирования, плюсовой вход которого подключен к выходу блока умножения-деления, минусовой вход подключен к выходу блока гшалогоцифрового преобразования, а к выходу подключены последовательно соединенные второй блок алгоритма ограничения, второй блок цифроаналогового преобразования и прибор с унифицированным входным сигналом постоянного тока для измерения допустимого увеличения или достаточного уменьшения мощности  электрической нагрузки.
Таким образом, предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием новых алгоритмических блоков вычисления, соединенных определенным образом между собой, которые позволяют рассчитьшать величины необходимых параметров по следующей
г Рл1акс.-Т-1 PdT
формуле: Pep.
где : Рср.- среднее значение мощности электрической нагрузки; Рмакс.-допустимый максимум средней получасовой мощности;
Т-продолжительность интервалов времени, за которое ограничивают величину Рмакс.; Р-текущая величина мощности электрической нагрузки; т -продолжительность времени с начала очередного получаса;
Это позволяет измерить допустимую среднюю мощность электрической нагрузки на период времени до окончания текущего получаса, что является техническим результатом применения полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
Устройство для измерения среднего значения активной мощности трехфазного тока состоит из преобразователя измерительного 1 активной мощности трехфазного тока с аналоговьм выходным сигналом постоянного тока; блока аналогоцифрового преобразования (АЦП) 2, вход которого подключен к выходу преобразователя измерительного 1; алгоритмических блоков вычисления: первого блока алгоритма дескретного среднего (ДИС) 3, основной вход которого подключен к выходу блока АЦП 2; второго блока алгоритма дискретного среднего (ДИС) 4, основной вход которого подключен к основному выходу первого блока алгоритма ДИС 3; блока алгоритма задания (ЗДМ) 5 значения допустимого максимума средней получасовой мощности; блока алгоритма задания (ЗДМ) 6 интервалов времени - получасов; блока алгоритма умножения (УМД) 7, к входам которого подключены выходы блока алгоритма ЗДМ 5 и блока алгоритма ЗДМ 6; блока алгоритма интегрирования (ИНТ) 8, к основному входу которого подключен выход блока АЦП 2, а к входу обнуления подключен импульсный выход второго блока алгоритма ДИС 4; блока алгоритма- таймер (ТМР) 9- блока измерения интервала времени с начала очередного получаса, к входу обнуления которого подключен импульсный выход второго блока алгоритма ДИС 4; первого блока алгоритма суммирования (СУМ) 10, к плюсовому входу которого подключен выход блока алгоритма УДМ 7, а к минусовому входу подключен выход блока алгоритма ИНТ 8; второго блока алгоритма суммирования (СУМ) 11, к плюсовому входу которого подключен выход блока алгоритма ЗДН 6, а к минусовому входу подключен выход блока алгоритма ТМР 9;блока алгоритма умножения-деления (УМД) 12, к входу сомножителя
Ъ-(ООШ которого подключен выход первого блока алгоритма СУМ 10, а к входу делителя
подключен выход второго блока СУМ 11; первого блока алгоритма ограничения (ОГР) 13, вход которого подключен к выходу блока алгоритма УМД 12; первого блока цифроаналогового преобразования (ЦАП) 14, вход которого подключен к выходу первого блока алгоритма ОГР 13; третьего блока алгоритма суммирования (СУМ) 15, плюсовой вход которого подключен к выходу блока алгоритма УМД 12, а минусовой вход подключен к выходу блока АЦП 2; второго блока алгоритма ограничения (ОГР) 16, вход которого подключен к выходу третьего блока алгоритма СУМ 15; второго блока алгоритма ограничения (ОГР) 16, вход которого подключен к выходу третьего блока алгоритма СУМ 15; второго блока пифроаналогового преобразования (ЦАП) 17, вход которого подключен к выходу второго блока ОГР 16; первого измерительного прибора 18 общего назначения с унифицированным входньм сигналом постоянного тока, вход которого подключен к выходу первого блока ЦАП 14; второго измерительного прибора 19 общего назначения с унифицированным входным сигналом постоянного тока, вход которого подключен к выходу второго блока ЦАП 17.
Предлагаемое устройство измерения среднего значения активной мощности трехфазного тока работает следующим образом.
Из сети трехфазного тока на преобразователь измерительной активной мощности трехфазного тока 1 со вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока и напряжения поступают унифицированные сигналы тока и напряжения. Преобразователь 1 преобразует унифицированные сигналы тока и напряжения в унифицированный сигнал постоянного тока, величина которого пропорциональна активной мощности сети трехфазного тока (Р). Сигнал с выхода преобразователя 1 поступает на вход блока АЦП 2, в котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. Выходной сигнал АЦП 2 пропорциональный величине Р, поступает на основной вход первого блока ДИС 3, который рассчитывает среднее значение за минутные интервалы времени. С основного
выхода блока ДИС 3 сигнал поступает на основной вход второго блока ДИС 4, который рассчитьюает среднее значение за 30-минутные (получасовые) интервалы времени. Выходные сигналы блока ДИС 4: основной выходной сигнал, значение которого пропорционально среднему значению активной мощности трехфазного тока за предыдущий получас и импульсный сигнал в момент времени окончания очередного получаса. Импульсный выходной сигнал блока ДИС 4 поступает на входы обнуления блока ИНТ 8 и на вход обнуления блока ТМР 9. Блоком ЗДМ5 устанавливается значение допустимого максимума получасовой мощности - Рмакс. выходной сигнал блока ЗДН 5 пропорционален Рмакс. Блоком ЗДН 6 устанавливается значение интервалов времени-Т, за которые рассчитываются средние значения активной мощности трехфазного тока, выходной сигнал блока ЗДН 6 пропорционален заданному интервалу времени-Т (получасу). Выходные сигналы блока ЗДН 5 и блока ЗДН 6 поступают на входы блока УМД 7, выходной сигнал которого пропорционален произведению: Рмакс. Т  Рмакс. 0,5 час., то есть пропорционален количеству квт-часов электрической энергии, которое допустимо для потребления в течение получаса.
Блок ИНТ 8, на основной вход которого поступает выходной сигнал блока АЦП 2, а
на вход обнуления поступает импульсный выходной сигнал блока ДИС 4 рассчитьгеает
г значение Pd т, то есть количество электроэнергии, потребленной с начала получаса,
выходной сигнал блока ИНТ 8 пропорционален количеству квт-часов электроэнергии, потребленному с начала получаса. Блок ТМР 9, на вход обнуления которого в моменты времени окончания получасовых интервалов времени поступают импульсные выходные сигналы блока ДИС 4 отсчитывает продолжительности времени-т с начала каждого получаса, выходной сигнал блока ТМР 9 пропорционален интервалу времени с начала получаса.
.00 WВыходные сигнаны блока УМД 7 и блока ИНТ 8 поступают соответственно на
плюсовой и минусовой входы первого блока СУМ 10, выходной сигнал блока СУМ 10 равен разности выходного сигнала блока УМД 7 и выходного сигнала блока ИНТ 8, равен
Рмакс. Г - J Я/г И пропорционален количеству электроэнергии, которое допустимо потребить
С момента времени т до окончания получаса.
Выходные сигналы блока ЗДН 6 и блока ТМР 9 поступают соответственно на плюсовой и минусовой входы второго блока СУМ 11, выходной сигнал блока СУМ 11 равен разности выходного сигнала блока ЗДН 6 и выходного сигнала блока ТМР 9, равен Т-т и пропорционален интервалу времени с момента времени т до окончания получаса.
Выходные сигналы блока СУМ 10 и блока СУМ 11 поступают на входы блока УМД 12, на вход сомножителя - выходной сигнал блока СУМ 10, а на вход делителя выходной сигнал блока СУМ И, выходной сигнал блока УМД 12 равен отношению выходного сигнала блока СУМ 10 к выходному сигналу блока СУМ 11, равен отношению
т Рмакс.-Г-( Pdr
- И Пропорционален допустимому среднему значению активной мошности в
сети трехфазного тока - Рдоп. в интервале времени: с момента времени т до окончания
получаса. Таким образом, значение Рдоп. рассчитывается по формуле: Рдоп.
Выходной сигнал блока УМД 12 поступает на вход блока ОГР 13, который ограничивает наибольшее значение выходного сигнала до уровня допустимого для первого измерительного прибора 18.
Выходной сигнал блока ОГР 13 поступает на вход первого блока ЦАП 14, в котором цифровой сигнал пропорциональный значению Р доп. преобразуется в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока, выходной сигнал блока ЦАП 14 пропорционален значению. Рдоп.
г PjaaKC.-T-(pdT Выход блока ЦАП 14 подключен к первому измерительному прибору 18, который
измеряет значение Р доп., рассчитанное по формуле: Рмакс.
-доп.
Выходные сигналы блока УМД 12 и блока АЦП 2 поступают соответственно на плюсовой и минусовой входы третьего блока СУМ 15, выходной сигнал блока СУМ 15 равен разности выходного сигнала блока УМД 12 и выходного сигнала блока АЦП 2, равен Рдоп. - Р и пропорционален величине: допустимого увеличения мощности электрической нагрузки, если величина Рдоп.- Р положительная или величине достаточного уменьшения мощности, если величина Рдоп.- Р отрицательная.
Выходной сигнал блока СУМ 15 поступает на вход второго блока ОГР 16, который ограничивает значение выходного сигнала до уровня допустимого для второго измерительного прибора 19.
Выходной сигнал второго блока ОГР 16 поступает на вход второго блока ЦАП 17, в котором цифровой сигнал пропорциональный значению Рдоп.-Р преобразуется в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока, выходной сигнал блока ЦАП 17 пропорционален значению Рдоп.-РИзмерительный прибор 19 измеряет величину Рдоп.-Р то есть величину допустимого увеличения мощности электрической нагрузки или величину достаточного уменьшения мощности.
Предлагаемое устройство опробовано на металлургическом производстве, имеющем: две электросталеплавильные печи, стан прокатки трубных заготовок, пресс гидравлический, электропечи для термообработки заготовок, пресса электромеханические, электропечи спекания порошковых заготовок, станки токарные и другие станки для холодной обработки металла.
г В периоды времени, когда значения получасовых мощностей электрической нагрузки
предприятия ограничивались допустимым максимумом получасовой мощности-Рмакс., операторы энергоемких агрегатов работали в соответствии с требованиями производства и технологических режимов, но с учетом показаний приборов. Непрерьшная информация на постах управления агрегатами позволяла не сдерживать время начала и величину увеличения мощности агрегата. В результате увеличилась полнота использования Рмакс., что позволило предприятию работать при меньших значениях Рмакс. без изменения сменных графиков работы и объема производства.