Измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения — SU 2003113 (original) (raw)

) Я О 61 й 19 66 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам Е ИЗОБРЕТЕН вич; Мамай Виктор др Георгиевич; Се дрович; Демко Ана ЕОБРАЗОВАТЕЛЬЫХ ГАРМОНИК к электроизмеритель ысить точность изме оидальных тока и на кциональные возмож(б) Малафеев Сергей ИваноСтепанович; Павлович Алексаребренников Николай Алексатолий Леонидович(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРСОСТАВЛЯЗОЩИХ ОСНОВТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относитсяной технике и позволяет поврения составляющих несинуспряжения и расширить фун ности измерительного преобразователя Устроиство содержит первичный преобразователь напряжения 1, первичный преобразователь тока 2, два функциональных преобразователя 4, 5, фильтр 3 нижних частот, четыре блока перемножения 6, 7, 8, 9, формирователь 10 импульсов записи, умножитель 11 частоты на и, формирователь 12 импульсов сброса, делитель 13 частоты на и / 2; четыре преобразователя напряжение-частота синхронного типа 14, 15, 16, 17; два Т- триггера 18, 19; восемь двухвходовых логических элементов И 20, 21, 22.23, 24, 25, 26, 27; четыре реверсивных счетчика импульсов 28, 29, 30, 31; четыре буферных регистра 32,33,34,35 микроЭВМ 36. 4 ил.ния и тока, активной, реактивной и полной мощностей основной гармоники.На фиг, 4 показан пример технической реализации первого и второго Функциональных преобразователей 4 и 5. В состав устройства входят Формирователь импульсов сброса 37, счетчик 38, первое постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) 39, хранящее коды Функции Г 1 х) /з 1 пх/, 0 хЯг, второе ПЗУ 40, хранящее коды Функции Р 2(х) " =/созх/, ОХЯл:,первый 41 и второй 42 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). При этом вход формирователя импульсов сброса 37 служит управляющим входом устройства, а выход подключен к Я-входу счетчика 38, счетный вход которого является информационным входом устройства, а выходсоединен с входами ПЗУ 39 и 40, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго ЦАП 41 и 42, выходы которых служат выходами функциональных преобразователей.Функциональные преобразователи работают следующим образом, На, вход Формирователя импульсов сброса 37, который служит управляющим входом устройства, поступают импульсы ц 1 з с выхода делителя частоты 13, На выходе формирователя им,пульсов сброса 37 формируются короткие импульсы в моменты времени, соответствующие положительным и отрицательным Фронтам импульсов ц 1 з, т.е, началу и середине каждого периода измерения. Эти импульсы поступают на й-вход счетчика 36 и производят его сброс в моменты, времени т =- то,5 и= о. На счетный вход счетчика 38, который является информационным входом устройства, поступают импульсы ц 1 с выхода умножителя частоты 11, Таким Образом, счетчик 38 выполняет роль цифрового интегратора со сбросом с периодом Т/2. В первом и втором ПЗУ 39 и 40 хранятся коды функций Р 1 х) /3 пх/, Охй и Г 2(х) = =/сцзх/, Охм . При действии нэ входах ПЗУ 39 и 40 кода, пропорционального линейно-изменяющемуся напряжению, с вы. хода счетчика 38, на их выходах15 20 25 . Другими достоинствами измерительно 30 40 функционирования автоматических системрегулирования режимов работы электрооборудования. 5 10 Формируются цифровые сигналы цзд = =/зп йй - Я /и ц 4 о = / соз( йл -у /) . Эти сигналы с выходов первого и второго ПЗУ 39 и 40 поступают на входы соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей 41 и 42, на выходах которых формируются опорные аналоговые квази- гармонические сигналы ц 4 = О/ зп(в т -Я/ и щ = Оэ /соз м -)/. При этом опорные сигналы о 4 и О 5 строго синхронизированы с выходным напряжением делителя частоты 13, а их частота всегда равна частоте сети. Таким образом, использование в известном измерительном преобразователе составляющих основных гармоник тока и напряжения двух блоков перемножения, двух преобразователей напряжение-частота синхронного типа, четырех двухвходовых логических элементов И, двух реверсивных счетчиков, двух буферных регистров и микроЭВМ позволяет повысить точность при искажениях формы. напряжения и рэсширить функциональные возможности устройства. го преобразователя являются; - малая чувствительность к изменениямчастоты измеряемых тока и напряжения; - высокое быстродействие, время измерения равно периоду измеряемого тока;- представление информации в цифровом коде и обработка данных с помощью микроЭВМ,Использование предлагаемого измерительного преобразователя составляющих основных гармоники тока и напряжения в электротехнических устройствах и энергетических системах позволит повысить точность учета электроэнергии и качество(56) Авторское свидетельство СССР Ь 1397843, кл. 6 01 В 19/06, 1986,Авторское свидетельство СССР Ь 1485141, кл. 6 01 й 19/06, 1987, 20031 13Ф о р м у л а и з О б р е т е н и я синхронного типа, отличающийся тем, чгоИЗМЕГИТЕЛЬНЫЙ ррроБрАЗОА в неО дополнительно введены третий иТЕЛЬ СОСТАцдяащИ ОСНОВ.ы четвертый блоки перемножения, третий иГАРМОНИК ТОКА И НАПряжЕНИЯчетвертцй преобразователи напряжениег частота синхРОннОГО типа, пЯтыЙ - ВОсьмОЙдержащий первичныл преобразователь на-логические элементы И, трятий и четвеппряжения, вход которого соединен стый ревеосивные счетчики им ульсов, т епотенциальной входной шиной преобразо- тий и четвеотый буферные регистры ивателя, а выход через последовательно сомикроЭБМ, к параллельным портам кото"единенные фильтр нижних частот,рой подключены выходы первого - четвепумножитель частоты и делитель частотытого буферных регистров, а к входсоединен с Объединенными Входами первого и вто ого Т-триггеров, первичныйпреобразователь тока, вход которого соемерительного поеобразователя подключен ВьХод сЬормирователя имп льсов сб о 1 н и прео Ра 15 са, первые входы третьего и четвертогоэователя, а Выход - с перовыми одамбла ко в перемножения объединен ы и подпервого и второго блоков перемножения,ключены к вьходу первичного ппеобпазовторые входы которых подклочень соотвателя напряжения, втопые входыветственно к выходам первого и второгосоединены с выходами соответственнофункциональньх преобразователей, а вы Опервого и второго функциональных пйеоГходы - к входам соответственно первого ивторого преобраз еразователей, а выходы подклочены к инвторого прео разователей напряжение-чаформационным входам соотретственностота синхронного типа, синхронизируюГретьего и четвертого и еоб азователейподключены к объединенным входам пер напряжение - частота, синхронизирующиек выходу умножителя частоты, первые вхозователей и к выходу умножителя частоть.,ДЫ ПЯТОГО И Ш 8 СТОГО ДВУХВХОДОВЫХ ЭЛем 8 НтелЯ напрлх 8 тов И подключены соответственно кние-частота синхронного типа соединен ссо Дине" с поямому и инверсномч выходам пепвого Торыи ВОДами ПВРВОГО и ворого эле Р ге вт е вхментов И, первый вход первого л,три "геРа, вторые входы объединены и подИ соединен с прямым выходом первого Тключен ы к . выходду р тьегот етьегопреобразователя напряжение - частота, атриггера и входом формирователя Ампульвыходы подклочены соответственно к с мС-входами первого и второго буферных Ремирующему и Вычитаюцем Входам т еть"его реверсивного счетчика, выход которогогистров и через формирователь импульсовс роса подключен к -входам первого исоединен с информационньм входомтоетьего буферного пегистпа, первые вхо"второго реверсивных счетчиковдц седьмого и восьмого двухвходовых лосов, выходы которых подсоединены соотг гических элементов И подключеныветственно к информационным входамсоответственно к прямому и инверсномупервого и второго буфернь 1 х регистров, вы- выходам второго Т-триггера, вторье входыход первого элемента И соединен с суммиобъединены и подключены к выха,.,у четрующим входом первого реверсивноговертого преобразователя напряжение - часчетчика импульсов, вычитаощий вход ко 45 стота, а ВыхОды - соотВетственно кторого соединен с выходом второго элесуммируюшему и вычитающему входаммента И, первый вход которого соединен Счетвертого реверсивного счетчика, выходинверснцм выходом первого Т-,триггера,входу четвертого б8 ногос пеРВЫМ одом третьего элемента И аДУ - Р о бУфеРОГО Регис50 входы третьего и четвертого реверсивныхинверсный выход - с первым Входом четсчетчиков объединень. и подключены к виве того элемента И, выходы третьего иходу формирователя импульсов сброса, Счетвертого элемента И подключены соотвходы третьего и четвертого буферныхветственно к суммируощему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика 55 ходу формирователя импульсов записи, упимпульсов, а вторье входы третьего и чет"вер-ого элеме О И бравляюьцие входь.первого и второговертого элементов 1 обьедлнены и подсофункциональньх преобразователей Обьеединеныдинены й подключены к выходу делителяпреобразователя напряжение - частотачастоты.2003113 Й 7 Составитель С.МалаФе Техред М,Моргентал КорректоР, М.МаксимишинецРедактор Н.Семенова эказ 3232 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 й роизводственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах автоматического управления промышленным электрооборудованием, например, регулирующими и компенсирующими устройствами, а также в информационно- измерительных системах контроля и учета электроэнергии, выполненных на базе мик- роЭ ВМ.Известен измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения, содержащий первичный преобразователь напряжения, вход которого является потенциальным входом устройства, первичный преобразователь напряжения, вход которого является потенциальным входом устройства, первичный преобразователь тока, вход которого является токовым входом устройства, последовательно соединенные фильтр нижних частот,умно- житель частоты на. и и делитель частоты на п 2, вход фильтра нижних частотсоединен с первичным преобразователеМ напряжения, выход делителя частоты подключен к объединенным входам первого и второго Т- триггеров, информационные входььпервого и второго функциональных преобразователей обьединены и соединены с выходом умножителя частоты, первый и второй блоки перемножения, первые входы которых объединены и подключены к первичному преобразователю тока, вторые входы подключены соответственно к выходам первого и второго функциональных преобразователей, а выходы соединены соответственно с входами первого и второго преобразователей напряжение-частота синхронного типа, управляющие входы которых объединены и подключены к выходу умножителя частоты, первый, второй, третий и четвертый двухвходовые логические элементы И, первые входы первого и второго двухвходовых логических элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого Т-триггера, и вторые входы объединены и подключены к выходу первого преобразователя напряжение-частота синхронного типа, первые входы третьего и четвертого двухвходовых логических элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго Т-триггера, а вторые входы объединены и подключены к выходу второго преобразователя напряжение-частота синхронного типа, первый и второй реверсивные счетчики, суммирующие входы которых соединены соответственно с выходами первого и третьего двухвходовых логических элементов И, вычитающие входы под 5 10 15 20 Ф 25 30 35 40 45 50 55 ключены к выходам соответственно второго и четвертого двухвходовых логических элементов И, последовательно соединены формирователь импульсов записи и формирователь импульсов сброса, вход формирователя импульсов записи подключен к прямому выходу первого Т-триггера, выход формирователя импульсов сброса подключен к объединенным Й-входам первого и второго реверсивных счетчиков, перного и второго буферных регистров, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, синхровходы подключены к выходу формирователя импульсов записи, а выходы являются выходами устройства, управляющие входы первого и второго функциональных преобразователей объединены и подключены через пороговый элемент к выходу первичного преобразователя напряжения, В таком устройстве измерение синфазной и квадратурной составляющих производится цифровым интегрированием произведения измеряемого тока на квазигармонический сигнал зпв 1) для синфазной составляющей несинусоидального тока, и цифровым интегрированием произведения измеряемого тока на квазигармонический сигнал (совал) для квадратурной составляющей измеряемого тока, При этом усреднение производится за период измеряемого тока, а формирование опорных квазигармонических сигналов осуществляется с помощью первого и второго функциональных преобразователей (з 3 п йл) и созсос), управление которыми производится выходными импульсами порогового элемента, подключенного к первичному преобразователю напряжения, Если за счет высших гармоник форма напряжения искажена, то возможны ложные срабатывания порогового элемента, и, как следствие этого, девиации частоты и формы опорных сигналов. Следовательно, при искажениях формы напряжения устройство имеет низкую точность. Кроме того, в известном измерительном преобразователе возможно только одновременное измерение синфазной и квадратурной составляющих основной гармоники тока и невозможно одновременное выделение основных гармоник тока и напряжения и измерение составляющих мощности, Следовательно, устройство имеет ограниченные функциональные возможности,Таким образом, недостатки известного устройства - низкая точность при искажениях формы напряжения и ограниченные функциональные возможности.Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерительного преобразователя составляющих основных гармоник тока и напряжения при искажениях формы напряжения и расширение его функциональных возможностей,Поставленная цель достигается тем, что в известный измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения дополнительно введены два блока перемнокения, два преобразователя напряжение-частота синхронного типа, четыре двухвходавых логических элемента И, два реверсивных счетчика, два буферных регистра и микроЭВМ, к параллельным портам которой подключенц выходы первого, второго, третьего и четвертого буфеоных регистров, а к входу запроса прерывания на обслуживание измерительного преобразователяподключен выход Формирователя импульсов сброса, первые входы третьего и четвертого блоков перемножения обьединены и подключены к выходу первичного преобразователя напряжения, вторые входы.соединены с выходами соответственно первого и второго функциональных преобразователей, а выходы подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого преобразователей напряжение-частота, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу умножителя частоты, первые входы пятого и шестао двухвходовцх логических элементов И подключены соответственна к прямому и инверсному выходам первого Т- триггера, вторые входы объединенц и подключены к выходу третьего преобразователя напряжение-частота, а выходы подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам третьего реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика, выход которого соединен с информационным входом третьего буферного регистра, первые входы седьмого и восьмого двухвходовых логических элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго Т-триггера, вторые входы обьединены и подключены к выходу четвертого преобразователя напряжение-частота, а выходы подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам четвертого реверсивного счетчика, выход которого подключен к информационному входу четвертого буферного регистра, К-входы третьего и четвертого реверсивных счетчиков обьединенц и подключены к выходу формирователя импульсов сброса, С-оходь 1 третьего и четвертого буферных регистров обьединены и подключены к выходу формирователя импульсов записи, управляющие входы первого и второго Функциональных преобразователей объединены.и подключены к выходу делителяя частоты.5 По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки:- два блока перемножения;1 О - два реверсивных счетчика;- два буФерных регистра;- четыре двухвходовых логических элемента И;- "два преобразователя напряжение-ча стота синхронного типа;- микроЗ ВМ.Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию "новизна".20 При реализации предлагаемого изобретения повышается точность измерения составляющих основных гармоник тока и напряжения при искажениях формы напряжения и расширяются функциональные воз 2 б мажности устройства. Принципы действияпреобразователИ заключается в следующем. Измеряемое напряжение фильтруется и по отфильтрованному сигналу с помощью умножителя частоты и делителя частоты ЗО формируются тактовые импульсы и интервал измерения, равный периоду напряжения, а с помощью первого и второго функциональных преобразователей - опорные синусаидальнчй и косинусоидальный ЗБ сигналы, синхронизированные с периодомизмерения. Измерение ортогональных составляющих основных гармоник тока и напряжения осуществляется в базисе апарных гармонических сигналов путем 40 цифрового интегрирования произведенийтока и напряжения на опорные синусоидальный и косинусаидальный сигналы с по" мощью четырех реверсивнцх счетчиков, садеркимае которых в конце каждого пери ода измерения переписывается в буфернцерегистры, из которых вводится в микро- ЭВМ, Вычисление значений основной гармоники напряжения, синфазной и квадратурной составляощих основной гар моники тока относительна основной гармоники напряжения, активной и реактивной мощностей основной гармоники, угла сдвига Фазы тока относительно напряжения и синуса угла сдвига фазы производится с по мощью микроЭВМ за каждый период.Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".Го каждому отличительному признакуправеден поиск известных технических ре30 40 шений В Области электрОизмерительнойтехники и автоматики.Известнц блоки перемножения в устройстве по а,с, СССР ЬЬ 1485141 (прототип),В известном техническом решении два блока перемножения выполняют формирование произведений сигнала,пропорционального току, на опорные гармонические сигналы, В предлагаемом устройстве два дополнительных блокаперемножения предназначены для формирования сигналов, пропорциональных прО"изведениям напряжения на ОПОрныесинусоидальные сигналы.Известны реверсивнце счетчики в уст"ройстве по а,с. СССР Ь 1485141 прототип),8 известном устройстве реверсивнце счетчики предназначены для подсчета количества импульсов, частота котОрых, пропорциональна произведениям тока наопорный синусоидальный и косинусоидальный сигналы. В предлагаемом техническрмрешении два дополнительных реверсивныхсчетчика предназначены для подчета числаййпульсрв, частота которых прОпорцио изльнз прОизведениям напряжения наопорные синусоидальный и косинусоидальиь 3 Й сигналы,"икРОЗВЛ в Устроиствах аналогичнОгоназначения не обнаружены.Следовательно, указанные признакиобеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие требованию "существенные ОтличияНа фиг. 1 показана функциональная схема измерительного. Преобразователя составляющих основных гармоник тока инапряжения, где обозначено, 1 - первичныйпреобразователь напряжения; 2 - первичный преобразователь тока; 4 и 5 - первый ивторой функциональные преобразователй;3 - фильтр нижних частот; 6, 7, 8 и 9 -первый, второй,. третий и четвертый блокиперемножения; 1 О - формирователь импульсов записи; 11 - умножитель частоты наи; 12 - формирователь импульсов сброса; 13- делитель частоты на п/2; 14, 15, 16 и 1 -первый, второй, третий и четвертый преобразователи напряжение-частота синхронного типа; 18 и 19 - первый и второйТ-триггеры, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 -первый, второй, третий, четвертый, пятый,шестой, седьмой и восьмой двухвходовыелогические элементы И; 28, 29, 30, 31 - первый, второй, третий и четвертый реверсивные счетчики; 32, 33, 34, 35 - первый,второй, третий и четвертый буфернце регистры; 36 - микрОЭ ВМ.В предлагаемом устройстве вход первичного преобразователя напряжения 1 соединен с пОтенциальным Входом устройства, вход первичного преобразователя тока 2 соединен с токовым входом устройства, фильтр нижних частот 3, умножитель 11 частоты на и и делитель 13 частоты на М 2 соединенц последовательно, вход фильтра нижних частот 3 подключен к выходу первичного преобразователя 1, выход умножителя частоты 11 подключен к Объединенным информационным входам первого и второго функциональных преобразователей 4 и 5 и объединены синхронизирующим входам первого, второго, третьего и четвертого преобразователей напряжение-частота сикхронного типа 14, 15, 16 и 17, вход делителя частоты 13 подключен к обьединеннцм управляющим Входам первого и второго функциональных преобразователей 4 и 5 и Объединенным входм ероО и второо Т- триггеров 18 и 19, первые входы первого и второго блоков перемножения обьединенц и подключены к выходу первичного преобразователя тока 2, вторые входы соединены с выходами соответственно первого 4 и второго 5 функциональных преобразователей,а выходы подключены к информационным входам соответственно первого 14 и второго 15 преобразователей напряжение-частота, первые входы третьего и четвертого блоков перемножения 8 и 9 объединены и подключены к выходу первичного преобразователя напряжения 1, вторые входы под-. ключены к выходам соответственно первого 4 и второго 5 функциональнь 1 х преобразователей, а выходы подключены к информационным входам соответственно третьего 16 и четвертого 17 преобразователей напряжение-частота, выход первого преобразователя напряжение-частота 14 подключен к объединенным вторым входам первого и второго двухвходовых логических элементов И 20 и 21, первые входы первого и пятого двухвходовых элементов И 20 и 24 обьединены и подключены к прямому выходу парваго Т-триггера 18, а первые входы второго и шестого элементов И 21 и 25 обьединенц и подключены к инверсному выходу первого Т-триггера 18, выход второго преобразователя напряжение-частота 15 подключен к обьединенным вторым входам третьего и четвертого двухвходовых логических элементов И 22 и 23, первые входы третьего и седьмого элементов И 22 и 26 обьединены и подключены к прямому выходу второго Ттриггера 19, а первые входы четвертого и восьмого элементов И 23 и 27 объединены и подключены к инверсному выходу второго Т-триггера 19, выход третьего преобразователя напряжение-частота 16 подключен к обьединеннцм вторым входам пятого и ше 200313 10стого двухвходовых логических элементов И 24 и 25, выход четвертого преобразователя напряжение-частота 17 подключен к объединенным вторым входам седьмого и восьмого двухвходовых логических элементов И 26 и 27, выходы первого, третьего, пятого и седьмого двухвходовых логических элементов И 20, 22, 24, 26, подключены к суммирующим входам соответственно первого, второго, третьего и четвертого реверсивных счетчиков 28, 29, 30, 31, выходы второго, четвертого, шестого и восьмого двухвхадных элементов И 21, 23, 25, 27 подключены к вычитающим входам соответственно первого, второго, третьего и.четвертого реверсивных счетчиков 28, 29, 30 и 31, Я-входы первого, второго, третьего и четвертого реверсивных счетчиков 28, 29, 30 и 31 объединены и подключены к выходу формирователя импульсов сброса 12, вход которого подключен через формирователь импульсов записи 10, к прямому входу первого Т-триггера 18, информационные входы первого, второго, третьего, четвертого буферных регистров 32, 33,34, 35 объединены и подключены к выходам соответственно первого второго, третьего и четвертого реверсивных счетчиков 28, 29, 30, 31, С-входы первого, второго, третьего и четвертого буферных регистров 32, 33, 34, 35 объединены и подключены к выходу формирователя импульсов записи 10, а выходы подключены к параллельным портам микроЭВМ 36, вход запроса прерывания на обслуживание измерительного преобразователя которой соединен с выходом формирователя импульсов сброса 12,Временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия измерительного преобразователя составляющих основных гармоник тока и напрлжения, приведены на фиг, 2, где выходные сигналы элементов устройства обозначены символом О с индексам, соответствующим номеру элемента на функциональной схеме.Измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и на. пряжения ааботает следующим образом, Несинусаидальное напряжение питающей электрической сетиц =",. Оупзп(а йМ - фе),(1)в=4где Омп, рп - амплитуда и фаза а-ой гармоники (для упрощения анализа примем р =О);ю- частота;е - номер гармоник,поступает на вход первичного преобразователя 1 напряжения, а с его выхода подается5 10 15 20 30 на фильтр нижних частот 3; который подавляет высшие гармоники напряжения и формирует сигналцз = Озмзп(вс - фгде Озм - амплитуда гармонического сигнала на выходе Фильтра нижних частот 3;д - фазовый сдвиг выходного сигналафильтра нижних частот 3 относительно пер- .,вой гармоники напрлженил ц, вносимойфильтром 3.Сигнал с выхода Фильтра нижних частот3 поступает на вход умножителя частоты 11на и, на выходе которого формируются импульсы ц 11, частота которых пропорциональна частотепитающей сетиЬ=п=Т, (2)где и - коэффициент передачи уменьшителя частоты 11, и 2000;Т = 1 Ч - период сети,Импульсы ц 11 с выхода умножителя частоты 11 поступают на делитель частоты нап 2 13, на выходе которого формируютсяимпульсы ц 1 зс частотой 111= 2 т 11/и, котораяравна удвоеннойчастоте питающей сети 1(тз = 2 т), Импульсы с выхода делителя частоты 13 поступают одновременно на входыпервого Т-триггера 18 с установкой по положительнаму фронту и второго Т-триггера 19 с установкой по отрицательному фронту. В результате на выходе первого Т-триггера 18 формируется последовательность импульсав ща, имеащал частоту питающей сети, но сдвинутая по фазе относительно первой гармоники напряжения на угол у(см. Фиг. 2). Иа выходе второго Т-триггера 19 действует последовательность импульсов ц 1 л, сдвинутая по фазе относительно импульсной последовательности ц 1 е на четверть периода,т.е, 90 эл.град., а относительно первой гармоники напряжения - на угол (90 + )ф ) зл.град. Импульсы ц 1 в с прямого выхода первого Т-триггера 18 поступают на последовательна соединенные формировательимпульсов записи 10 и формирователь импульсов сброса 12, На их входах в начале каждого периода измерения, определяемого выходным сигналом первого Т-триггера 50 18 формируются следующие друг за другомкороткий импульс записи що, управляющийзаписью информаций в первый, второй, третий и четвертый буферные регистры 33, 34,35 и 36, и импульс сброса ц 12, обеспечивающий установку в начальное состояние первого, второго, третьего и четвертогореверсивных счетчиков 28, 29, 30 и 31 исигнализирующий о завершении цикла измерения для микраЗВМ 36, после чего раз2003113 10 импульсов 20 50 решается считывание информации в микро- ЭВМ 36 из буферных регистров 32, 33, 34 и 35,Функциональные преобразователи 4 и 5 представляют собой цифровые формирователи опорных квазигармонических сигналов / з 1 пх / и / созх/ . Их работа происходит следуощим образом, В моменты времени, соответствующие положительным фронтам импульсов ц 1 з, те, в моменты, соответствующие началу та = уТ/2 к) и серединее (то,б =у Т/2 я+ Т/2) каждого периода измерения, функциональные преобразователи 4 и 5 устанавливаются выходным сигналом ц 1 з делителя частоты 13 в начальное состояние. Далее функциональные преобразователи 4 и 5 выполняют преобразование количества импульсов ц 11, поступающих с выхода умножителя частоты 11 на их информационные ВхОди, в квази" гармонические сигналыц = 1.4 /з 1 пи 1 у)/(3) Ц 5 = Оа /СОЗ М / 1где 1.4 - амплитудное значение сигналов.Квази гармонические сигналы 1.481 п Йм - и 1,4 соз( ЙЙ - .Я образуют базис ортогональных функций, в котороь% осуществляется измерение составляющих основ.Ных гармоник напряжения и тока,Векторная диаграмма напряжения и токов, поясняющая работу измерительного преобразователя, приведена на фиг. 3, где обозначено: ц 1 и 111 - векторы основных гармоник напряжения и тока, сдвинутые по фазе на угол ф 1,цз вектор выходного напрякения фильтра нижних частот, сдвинутого по фазе относительна основной гармоники напряжения на угол О; ц 4 и ц 5,- векторы опорных напряжений, образующие орта ональный базис.Измеряемый несинусоидальный так.1 =- 1 м,з 1 пав т - фп), . (5) в=1где гп - номер гармоники;1 мп - амплитуда в-ой гармоники тока; Ъ - фазовый сдвиг а-ой гармоники преобразуется с помощью первичного преобразователя тока 2 в напряжениец 2 = К 21,(6) где К 2 - коэффициент передачи первичнога преобразователя тока 2,Выделение проекции основной гармоники несинусоидального тока 5) на ось 31 пх ортогонального базиса (щ, цб) осуществляется следующим образом. Первый блок перемножения 6 выполняет умножение сигнала ц 2, пропорциональному таку 1, на опорный квазигармонический сигнал ц 4. В результате на выходе блока перемножения б формируется сигнал цб = К 2 К 61 За /31 п и - Я/ Г) где Кб- коэффициент передачи первого блока перемножения 6.Сигнал цб поступает на вход первого преобразователя напряжение-частота 14 и преобразуется им в частоту 114 следования Преобразователь напряжение-частота 14 представляет собой устройство синхронного типа, Среднее значение его выходной частоты пропорциональна входному напряжению цб и частоте тактовых импульсов., ц 11, поступающих с выхода умножителя час. тоты 11 т 14 = К 14 т 11(цб+ ОСМ),где Ки - коэффициент передачи первого преобразователя напряжение-частота; Осм - напряжение смещения преобразователя напряжение-частота.,. Назначение напряжения смещения 1.1 см состоит в обеспечении работы преобразова 30 теля напряжение-частота с двухполярным входным сигналом. Величина Осм при этом выбирается таким образом, чтобы она равнялась или превышала максимальное значение модуля выходного напряжения блока ПЕРЕМНажЕНИЯ б, Т.Е. ОСМ / Цблакс/ Выходные импульсы преобразователя напряжение-частота 14 поступают на вторые входы первого и второго двухвходавых логических элементов И 20, 21, первые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого Т- триггера 18, а вь 1 ходы соединены с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика 28, В начале каждого периода измерения ъ = уТ/2 к первый реверсивный счетчик 28 выходным импульсом формирователя импульсов сброса 12 устанавливается в нулевое состояние. Б течении интервала времени тат = то,б на прямом выходе первого Т-триггера 18 действует сигнал логической единицы, а на инверсном - сигнал логического нуля. Следовательно, импульсы с выхода первого преобразователя напряжение-частота 14 через первый элемент И 20 поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 28, В результате в момент времени 1 = та,б в первом реверсивном счетчике 28 записывается2003113 числой 1 гв.= Х ц 14=5 К 411(цв+ Осм)й:У.С учетом (2), (5). (6), (7) и условия /з и( йл - у) / = з 1 п( вй -у), при то1то,5 значение йгв равноЙ гв= К 14 у 3(КгКвОаз 1 п(йм-У) х х1 мгпз 1 п(Гп сй - ф в) + Ом,ДСт, 10 в=1В течении второго полупериода измерения то,5 ( тт 1 на прямом выходе первого . Т-триггера 18 действует сигнал логического нуля, а на инверсном - сигнал логической 15 единицы, В результате импульсы с выхода первого преобразователя напряжение-частота 14 через второй элемент И 21 поступают на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 28. За время обрат ного счета содержимое первого реверсивного счетчика 28 уменьшается на величину Мв = ц 14 =/о К 14 МцВ+ ОсМ)й. Ю,5 лО С учетом (2), (3), (5), (6);Р) и условия/3 и( Ж / = -Зи( ОЛ ПРи тО 5" т 1значение К гв равноИЙ гв - К 14 Т IО Н 2 КВОаЗ 1 П(М-)Р) Хх,"Я 1 мгпзп(а йл -9 в) + Осм 1 бс,в=1В результате, в момент времени 1= ц, 35т,е, в конце первого периода измерения, впервом реверсивном счетчике 28 записыва- .ется в двоично-дополнительном коде числоКгв= Иге - М гв = КгКвК 14 Т 3, х 40ПОа 1х з 1 п( ил -у )взп(а йй - у )б 1 =В=11=КгКБК 14 пОам 1 соз( - ф 1) = Кп.т.1 м 1 х2 45х соз(у - ф 1), (8)где Кп,т. = - КгКвК 14 пОа - коэффициент пе 12редачи измерительного преобразователядля проекции основной гармоники тока на 50ось зпх базиса (ц 4, ц 5). Знак числа Игв определяется значением старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 28. Положительному 55 значению Игв соответствует 0 в старшем разряде, а отрицательному значению 1.В момент времени т = т 1= Т(1 + у/2 й) . выходнвм импульсом формирователя импульсов записи 10 производится запись содержимого первого реверсивного счетчика 28 в первый буферный регистр 32. Затем выходным импульсом формирователя импульсов сброса 12 производится установка в нулевое состояние первого реверсивного счетчика 18, Далее процесс повторяется. При этом в течение последующего периода измерения в первом буферном регистре 32 хранится число п,т = йгв " Кп.т.мсоз(у-ф), пропорциональное амплитудному значению проекции на ось з 1 пх базиса (ц 4, цв) основной гармоники несинусоидального тока.Выделение проекции основной гармоники несинусаидального тока (5) на ось созх ортогонального базиса (ц 4, цв) осуществляется аналогичным образом, Второй блок перемножения Т выполняет умножение сигнала цг. пропорционального току 1, на опорный квазигармонический сигнал ц 5. В результате на выходе блока перемножения 7 формируется сигналц 7 = Кг К 7(т)Оа /соз(ж т - Я /,где К 7 - коэффициент передачи второго блока перемножения 7,Сигнал цт поступает на вход второго преобразователя напряжение-частота 15, на выходе которого формируется последовательность импульсов щ 5 с частотойт 15К 15 т 1(ц 7+ ОСМ),где К 15 - коэффициент передачи второго преобразователя напряжение-частота 15. Выходные импульсы второго преобразователя напряжение-частота 15 поступают на вторые входы третьего и четвертого двухвходовых элементов И 22 и 23, первые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго Т- триггера 19, а выходы соединены с с. ммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика 23. В начале каждого периода то уТ/27 г измерения второй реверсивный счетчик 29 выходным импульсом формирователя импульсов сброса 12 устанавливается в нулевое состояние. В течение интервала времени то1 то,г 5 на прямом выходе второго Т-триггера ".9 действует сигнал логического нуля, а на инверсном - сигнал логической единицы, Следовательно, импульсы с выхода второго преобразователя напряжение-частота 15 через четвертый элемент И 23 поступают на вычитающий вход второго реверсивного счетчика 29, где происходит обратный счет импульсов, В результате в момент времени т = то,г 5 во втором реверсивном счетчике 29 в двоично-дополнительном коде записывается число=К 15 - - / (К 2 К 70 аСОЗ(Ф 1 - ) МщМП(ГПЮ 1 5в 1 -9 в)+ Осмй.При этом знак записанного числа определяется значением старшего разряда двоичнога реверсивного счетчика 29: 0 10 соответствует положительному значению записанного числа, а 1 - отрицательному.В течение интервала времени 19,25т т 0,75 на прямом выходе второго Т-триггера 19 действует сигнал логической едини цы, а на инверсном - сигнал логического О, Поэтому импульсы с выхода второго преобразователя напряжение- частота 15 поступают на суммирующий вход второго , реверсивного счетчика 29. За время прямо го счета содержимое второго реверсивного счетчика 29 изменяется на величинуЙ 29 =015 =712 К 15 И 1(07 + ОСМ)Ф =0,251-Ь,75со 25 =К 15 - . /о 75 К 2 КФа соз(в - У)Я 1 мвз п(ав тфп) + ОСМРП = -К 15 Т 1 о 25 (К 2 К 70 асОЗ(ол - ) хмвзп(п 1 ал - 9 ъ) - Осм 1 й.30 в=1В течение интервала времени то,75с 1 ц на прямом выходе второго Т-триггера 19 действует сигнал логического О, а на инверсном - логической единицы. Следова тельно, в реверсивном счетчике 29 происходит обратный счет импульсов 015, в течение которого его содержимое изменяется на величину40Й 29 = О 15= г К 15111(О 7+ОСМ)йШ0,75 т 1 О,75- -К 15 - 3 (К 2 К 70 асоз м 1 мвз 1 п(п 1 Мв=1-Фв)+ ОСМ)й,Таким образом, в момент времени= И,т.е. в конце периода измерения, во второмреверсивном счетчике 29 в.двоично-дополнительном коде записывается числоЙ 29 - Й 29+Й 29+Й 29 -К 2 К 7 К 15 - Оах1 11 1 и иТСО1х/ СОЗ(ЙЙ ) мвЗЬ(ПЮ 1 -ф в)б 1 = - К 2 К 7 К 15в=1 55х Т Оам 1 з 1 п(у) = Кп,т м 1 з 1 л(у 11), (9)где Кп.т = - К 2 К 7 К 15 ПОа коэффициент пе 2редачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники несинусоидального тока на ось созх базиса (04, 05),Знак числа Й 29 определяется значением старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 29. При отрицательном числе Й 29 в старшем разряде записывается 1, при поло- житель%Ой - записывается О.В момент времени 1 = ц выходным импульсом формирователя импульсов записи 10 производится запись содержимого второго реверсивного счетчика 29 во второй буферный регистр 33. Затем выходным импульсом формирователя импульсов спроса 12 производится установка в нулевое состо-. яние второго реверсивного счетчика 29. Далее процесс повторяется, При этом в течение последующего периода измерения во втором буферном регистре 33 хранится число п.т =Й 29= Кп,т м 1 зЬ( - 11) пропор- циональное проекции основной гармоники несинусоидального тока на ось созх базиса (04, 05).Выделение проекций основной гармоники несинусоидального напряжения (1) на оси базиса(04, 05) осуществляется аналогичным образом. Третий и четвертый блоки перемножения 8 и 9 выполняют умножение сигнала 01, пропорционального напряжению О, на опорные квазигармонические сигналы соответственно 04 и 05, которые затем преобразуются преобразователями напряжение-частота 1 б и 17 синхронного типа в импульсы, вреднее значение которых пропорционально напряжениям на выходах третьего 8 и четвертого 9 блоков перемножения и частоте тактовых импульсов с выхода умножителя 11 частоты.В соответствии с логикой работы в конце периода измерения (1 = 11) в третьем реверсивном счетчике 30 записывается число0 п.н. = Йэо = Кп.нОм 1 зл 7, (10) гДе Кп,н = - К 1 КзК 15 ООа - коэффиЦиент пеРе 12дачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники напряжения на ось з 1 пх базиса (04, 05);К 1 - коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения;Кв - коэффициент передачи третьего блока перемножения,К 15 - коэффициент передачи третьего преобразователя напряжение-частота синхронного типа 16.Аналогично в конце периода измерения (т = 11), в четвертом реверсивном счетчике 31 записывается числоовиой гар - действующее энаики напряженияц 1= Ом 1(- амплитудное знаики тока ние,/2, ение основной гарм значение основной- деиствующее моники тока 1= м- угол сдвига фа лониками напряже Т//2;з между основния и токаОп.н- агст 9 - ;Оп,н. и Гар" у 11 = агст 91 и 1 и Оп,н = Йз 1= Кп,1-11 м 1 соз), (11)где Кп.ь - - К 1 К 9 К 17 пО - коэффициент пе 2редачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники напряжения на ась созх базиса (цл, ц 5);К 9 - коэффициент передачи четвертого блока перемножения;К 17 - коэффициент передачи четвертого преобразователя напряжение-частота синхронного типа 17,В момент времени т =. 11 выходным импульсом формирователя импульсов записи 10 производится запись содержимых третьего и четвертого реверсивных счетчиков 34 и 35 соответственно в третий и четвертый буферные регистры 34 и 35. Затем выходным импульсов формирователя импульсов сброса 12 производится установка в нулевое состояние третьего и четвертого реверсивных счетчиков 34 и 35. Далее процесс повторяется. При этом в течение последующего периода измерения в третьем и четвертом буферных регистрах 34 и 35 хранятся числа Оп,н и Оп.н, пропорциональные проекциям основной гармоники несинусоидального напряжения на оси соответственно зпх и созх базиса (щ, цз).По сигналу с выхода формирователя импульсов сброса 12, поступающего на вход ИТ микроЭВМ 36 (вход запроса прерывания на обслуживание измерительного преобразователя) и микроЭВМ Зб происходит вызов подпрограммы, по которой осуществляется считывание кодов с буферных регистров 32-35, Далее производится вычисление параметров основных гармоник несинусоидальных напряжения и тока по следующим формулам:- амплитудное значение основной гармоники напряжения- амплитудное и действующее значениясинфаэнай составляющей основной гармоники така1 м 1,ф - м 1 созф 1;11 сф = 11 соз ф 1;- амплитудное и действуацее значенияквадратурной составляющей основной гармоники токамай = м 1 з 1 п ф 1;1 КБ 1131 П 11,- косинус угла сдвига фазСОЗ ф 1;- активная мощность основной гармоникиР 1= ц 11 соз ф;- реактивная мощность основной гармоникиО = ц 111 зп Ч,11;- полная мощность основной гармоники20 Ь = О 11Результаты вычислений выводятся надисплей или алфавитна-цифровое печатающее устройство,Таким образом, измерение параметров25 составля 1 ощих тока и напряжения в предлагаемом устройстве осуществляется путемразложения тока и напряжения на ортогональные составляющие в базисе опорныхгармонических сигналов (з 1 пх, созх) с после 30 дующим вычислением во всех параметров спомащь 1 о микроЭВМ по значениям изме. ренных составляющих, При этом измерениепроекций основных гармоник тока и напряжения на оси (зпх, созх) Оазиса осуществля 35 ется путем цифрового интегрированияпроизведений тока и напряжения на опорные синусоидальный и касинусоидальныйсигналы с помощью четырех реверсивныхсчетчиков, содержимое которых в конце40 каждого периода измерения переписывается в буферные регистры, иэ которых вводится в мироЭВМ,Так как результаты измерения проекцийосновный гармоник тока и напряжения на45 оси базиса не зависят от уровня высшихгармоник измеряемых сигналов и изменений их частоты, что следует из формул (8), (9),(10) и (11), то следовательно, предлагаемоетехническое решение отличатся от протати 50 па повышенной точностью. Кроме того, засчет использования микроЭВМ расширяются функциональные возможности устройства, а именно, обеспечивается выполнениеизмерений амплитудных и действующих55 значений основной гармоники напряжения,синфазной и квадратурной составляющкосновной гармоники тока, угла сдвига фазмежду основными гармониками напряже

Смотреть

Измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения