ФАЗОМЕТР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения сдвига фаз между напряжениями или токами и может быть использовано для определения порядка чередования фаз трехфазной сети.
Известно устройство для определения порядка чередования фаз, содержащее трансформатор 1 с двумя первичными обмотками, включенными на линейное напряжение и вторичной обмоткой, однофазный трансформатор 2, первичная обмотка которого включена между нулевой точкой и общей точкой первичных обмоток трансформатора 1, центральный вывод вторичной обмотки трансформатора 2 соединен с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 1. Внешние выводы вторичной обмотки трансформатора 2 соединены через нагрузки 3 и 4 со вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 1 [А.с. СССР №563646. Г.Г.Соловский. Устройство для определения порядка чередования фаз. 1977 г. Бюл. №24].
Недостатком данного устройства является необходимость подключения к нулевой точке трехфазной системы, что в линиях с изолированной нейтралью невозможно, а также невозможность контроля фазировки трансформаторов тока для приборов учета расхода электрической энергии.
Известен также фазометр, содержащий первый, второй и третий изолирующие трансформаторы, первичные обмотки которых подключены к трансформаторам тока, имеющимся в трехфазной сети, первый, второй и третий усилители-ограничители, входы которых подключены ко вторичным обмоткам соответствующих изолирующих трансформаторов, первый двухвходовый элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход
которого подключен к выходу первого усилителя-ограничителя, второй вход - к выходу второго усилителя-ограничителя, второй двухвходовый элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу второго усилителя-ограничителя, а второй вход - к выходу третьего усилителя-ограничителя, третий двухвходовый элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу третьего усилителя-ограничителя, а второй вход - к выходу первого усилителя-ограничителя, первый отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу первого элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», второй отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу второго элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» и третий отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу третьего элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» [Патент РФ на полезную модель №39406. Л.С.Лабунский. Фазометр. 2004 г. Бюл. №21].
Недостатком данного устройства является невозможность контроля положительного или отрицательного сдвига фаз при определении фазировки трансформаторов тока для приборов учета расхода электрической энергии, что затрудняет определение фазы, в которой трансформатор тока включен неправильно.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническая цель - расширение функциональных возможностей за счет точного определения положительного или отрицательного сдвига фаз между напряжениями или токами в трехфазной сети.
Техническая цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый, второй и третий изолирующие трансформаторы, первичные обмотки которых подключены к трансформаторам тока, имеющимся в трехфазной сети, первый, второй и третий усилители-ограничители, входы которых подключены ко вторичным обмоткам соответствующих изолирующих трансформаторов, первый двухвходовый
элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу первого усилителя-ограничителя, второй вход - к выходу второго усилителя-ограничителя, второй двухвходовый элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу второго усилителя-ограничителя, а второй вход - к выходу третьего усилителя-ограничителя, третий двухвходовый элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу третьего усилителя-ограничителя, а второй вход - к выходу первого усилителя-ограничителя, первый отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу первого элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», второй отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу второго элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» и третий отсчетный блок фазы, вход которого подключен к выходу третьего элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» дополнительно введены первая дифференцирующая цепь, вход которой подключен к выходу первого усилителя-ограничителя, вторая дифференцирующая цепь, вход которой подключен к выходу второго усилителя-ограничителя, третья дифференцирующая цепь, вход которой подключен к выходу третьего усилителя-ограничителя, первый D-триггер, вход С которого подключен к выходу первой дифференцирующей цепи, а вход D - к выходу второго усилителя ограничителя, второй D-триггер, вход С которого подключен к выходу второй дифференцирующей цепи, а вход D - к выходу третьего усилителя ограничителя, третий D-триггер, вход С которого подключен к выходу третьей дифференцирующей цепи, а вход D - к выходу первого усилителя ограничителя, логический блок, первый вход которого подключен к выходу первого D-триггера, второй вход - к выходу второго D-триггера, третий вход - к выходу третьего D-триггера, индикатор неправильного включения фазы А, подключенный к первому выходу логического блока, индикатор неправильного включения фазы В, подключенный ко второму выходу логического блока и индикатор
неправильного включения фазы С, подключенный к третьему выходу логического блока.
Сопоставительный анализ заявленного фазометра с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается наличием новых блоков и новыми связями между элементами.
Сравнение предлагаемого устройства с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые блоки известны. Однако их введение в заявляемое устройство в указанных связях с основными элементами позволяет получить новые свойства, что приводит к изменению алгоритма работы.
Схема предлагаемого фазометра представлена на фиг.1.
Предлагаемое устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 изолирующие трансформаторы, первый 4, второй 5 и третий 6 усилители-ограничители, первый 7, второй 8 и третий 9 элементы «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый 10, второй 11 и третий 12 отсчетные блоки фазы, первую 13, вторую 14 и третью 15 дифференцирующие цепочки, первый 16, второй 17 и третий 18 D триггеры, логический блок 19, индикатор неправильного включения фазы А 20, индикатор неправильного включения фазы В 21 и индикатор неправильного включения фазы С 22.
Предлагаемый фазометр работает следующим образом. Изолирующие трансформаторы 1, 2 и 3 обеспечивают безопасность при проведении измерений. Усилители-ограничители 4, 5 и 6 формируют из синусоидальных сигналов прямоугольные импульсы, начальные фазы которых пропорциональны фазам исходных синусоидальных сигналов. Элементы «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» 7, 8 и 9 формируют на своих выходах импульсы, длительность которых пропорциональна разности фаз на выходах соответствующих усилителей-ограничителей. Отсчетные блоки фазы интегрируют сигналы с выходов элементов
«ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» и преобразуют их в пропорциональное отклонение измерительных механизмов, находящихся в этих блоках.
Если сдвиг фаз между напряжениями или токами в трехфазной сети близок к 120°Эл, то показания измерительных механизмов одинаковы. Если в одной из фаз перепутана фазировка трансформатора тока, то один измерительный механизм будет показывать сдвиг в 120°Эл, а два других по 60°Эл, т.е. в два раза меньше. В случае неправильной фазировки двух трансформаторов тока показания измерительных механизмов будут аналогичными.
Определение неправильно включенного трансформатора тока производится с помощью определения положительного или отрицательного сдвига фаз. Известно, что D-триггер переключается по положительному фронту импульса на входе С, при этом логический уровень, присутствующий на входе D передается на прямой выход триггера. Положительный фронт формируется дифференциальной цепочкой в момент появления импульса на выходе усилителя ограничителя. Векторные диаграммы при различных вариантах включения трансформаторов тока представлены на фиг.2. Если сдвиг фаз между напряжениями или токами в трехфазной сети близок к 120°Эл, то в момент появления импульса на выходе первой дифференцирующей цепи фазы А 13 на выходе второго усилителя ограничителя 5 сигнала нет, и на выходе D-триггера 16 присутствует сигнал логического нуля. Такие же сигналы присутствуют на выходах D-триггеров 17 и 18 (фиг.2, а). Логический блок 19 анализирует эти сигналы, и индикаторы неправильного включения фаз не светятся.
Если трансформатор тока в фазе А включен неправильно (фиг.2, б), то сигнал с выхода первого усилителя-ограничителя 4 через дифференцирующую цепочку 13 поступит тогда, когда на выходе второго усилителя-ограничителя 5 есть сигнал, и на выходе D-триггера 16 будет
сигнал логической единицы. Аналогично, сигнал с выхода третьего усилителя-ограничителя 6 через дифференцирующую цепочку 15 поступит тогда, когда на выходе первого усилителя-ограничителя 4 есть сигнал, и на выходе D-триггера 18 также будет сигнал логической единицы. Поскольку неправильное включение трансформатора тока фазы А не нарушает разности фаз между фазами В и С, на выходе D-триггера 17 будет сигнал логического нуля. Следовательно, на первый и третий входы логического устройства 19 поступят сигналы логической единицы, а на второй вход - сигнал логического нуля. Такое сочетание входных сигналов вызовет включение индикатора неправильного включения фазы А 20. При неправильном включении трансформатора тока фазы В на первом и втором входах логического блока 19 будут сигналы логической единицы, а на третьем входе - сигнал логического нуля (фиг.2, в). Такое сочетание входных сигналов вызовет включение индикатора неправильного включения фазы В 21. При неправильном включении трансформатора тока фазы С на втором и третьем входах логического блока 19 будут сигналы логической единицы, а на первом входе - сигнал логического нуля (фиг.2, г). Такое сочетание входных сигналов вызовет включение индикатора неправильного включения фазы С 22.
Предлагаемый фазометр может быть использован для оперативного контроля правильности фазировки трансформаторов тока приборов учета расхода электрической энергии и точного определения неправильно включенного трансформатора непосредственно в местах их установки, что повысит точность расчетов за потребленную электроэнергию.