Статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения

 

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР УСЛОВНОЙ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .РАЗМАХОВ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, . распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры , второй регистр, элементы И и ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоичнодесятичный счетчик, двоичный счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами и числовой компаратор, первая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра, выходы числового компаратора соединены с установочными входами первого триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами первого и второго одновибраторов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входом первого регистра и входом установки единицы второго триггера , инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля двоичного счетчика и через четвертый одновибратор - с входом установки единицы третьего триггера, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда двоичного счетчика, выходы старших разрядов этого счетчика через второй регистр соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятично«Л го счетчика, выходы которого соединены с информационными входами оперативного запоминающего устройства, инверсный выход второго одновибратора соединен с тактовым входом двоичного счетчика, прямой выход второго одновибратора соединен с входом установки нуля счетчика контроля просо ю изводной напряжения, тактовьп вход которого связан с выходом генерато4ib ра прямоугольных импульсов и тактоiNd вым входом распределителя уровней, оо а выход соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ связан с вторым. входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор - с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(ю G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИД.:ТЕЛЬСТВУ (21) 3508808/18-21 (22) 01,11.82 (46) 15,05.84. Бюл. к 18 (72) В.Ф. Ермаков (71) Новочеркасский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621.317,757(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 859935, кл. С 01 R 19/04, 1975.

2, Авторское свидетельство СССР

Ф 830249, кл. G 01 К 19/04, 1979 (прототип). (54) (57) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

УСЛОВНОЙ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .РА3ИАХОВ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, второй регистр, элементы И и ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоичнодесятичный счетчик, двоичный счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами и числовой компаратор, первая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра, выходы числового компаратора соединены с установочными входами первого триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами первого и второго

„„80„„1092423 А одновибраторов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входом первого регистра и входом установки единйцы второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля двоиЧного счетчика и через четвертый одновибратор — с входом установки единицы третьего триггера, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда двоичного счетчика, выходы старших разрядов этого счетчика через второй регистр соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информа- Е

О ционными входами двоично-десятичного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами оперативного запоминающего устройства, инверсный выход второго одновибра- Я тора соединен с тактовым входом двоичного счетчика, прямой выход второго одновибратора соединен с входом

Э и установки нуля счетчика контроля про. изводной напряжения, тактовым вход которого связан с выходом генерато- Ь 1 ра прямоугольных импульсов и такто- Дйь вым входом распределителя уровней, (Я .а выход соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ связан с вторым входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор — с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом

1О924»23 второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя уровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-деИзобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в электроэнергетике для получения условной функции распределения размахов колебаний напряжения в промышленных электрических сетях.

Известей анализатор колебаний напряжения, содержащий дифференциатор, устройство формирования модуля, управляющее и измерительные пороговые устройства, элементы И и ИЛИ, триггер нулевого канала, элемент задержки, распределитель уровней, к выходам которого подключены триггерные счетчики импульсов 1 j.

Недостатками анализатора являются низкая надежность схемы, низкая помехоустойчивость из-за наличия дифференциатора, значительная методическая погрешность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является анализатор колебаний напряжения, содержа— щий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, второй регистр, элементы И и ИЛИ, подключенные к входам триггера и второго регистра 2».

Недостатками этого анализатора являются сложность и громоздкость схемы, а также низкая надежность.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения сятичного счетчика, третий — с так" товым входом двоично-десятичного счетчика, четвертый — с управляющим входом оперативного запоминающего устройства, пятый — с входом установки нуля четвертого триггера. в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, регистры, элементы И и ИЛИ, дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик с возможностью предварительной записи информации, двоичный счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами, числовой компаратор, первая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра, выходы числового компаратора соединены с. установочными входами первого триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого .соединен с входами первого и второго одновибратопов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входом первого регистра и входом установки единицы второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля двоичного счетчика и через четвертый одновибратор — с входом установки единицы третьего триггера, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда двоичного счетчика, выходы старших разрядов этого счетчика через второй регистр соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятичного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами оперативного запоминающего устройства, инверсный выход второго одновибратора соединен с тактовым входом двоичного счетчика, прямой выход второго одковибратора

1092423

45

55 разом. соединен с входом установки нуля счетчика контроля производной напряжения, тактовый вход которого связан с выходом генератора прямоугольных импульсов и тактовым входом распределителя уровней, а выход соединен с третьим входом второго элемента

ИЛИ, первый и второй вхоцы которого подключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ свя зан с вторым входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор — с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя уровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-десятичного счетчика, третий — с тактовым входом дво ично-десятичного счетчика, четвертый с управляющим входом оперативного за поминающего устройства, пятый — с входом установки нупя четвертого триггера.

На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора; на фиг. 2 — графи ки напряжений на его элементах.

Анализатор содержит преобразователь 1 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, регистры 3 и 4, числовой компаратор 5, двоичный счетчик б, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7, двоично-десятичный счетчик 8 с возможностью предварительной записи информации, первый и второй элементы ИЛИ 9 (со статическими входами) и 10 (с динамическими входами), одновибраторы 11- 14, триггеры 15-18, инвертор 19, элемент

И 20, генератор 21 прямоугольных импульсов, счетчик 22 контроля производной напряжения, распределитель

23 уровней (РУ)..Вход преобразователя 1 подключен к входной клемме анализатора, а выход соединен с входом АЦП 2, выход которого соединен с первой группой входов числового компаратора 5 и через регистр 3 — с второй группой входов компаратора 5, выходы которого соединены установочными входами триггера 15 и входами элемента

ИЛИ 9, выход которого соединен с входами одновибраторов 11 и 12, инверсный выход одчовибратора 11 соединен с управляющим входом регистра 3 и входом установки единицы триггера 16, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля счетчика 6 и через одновибратор 14 — с входом установки единицы триггера 17, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда счетчика 6, выходы старших разрядов которого через регистр 4 соединены с информационными входами ОЗУ 7, выходы которого соединены с информационными входами счетчика 8, выходы которого соединены с информационными входами

ОЗУ 7, инверсный выход одновибратора 12 соединен с тактовым входом счетчика 6, прямой выход одновибратора 12 соединен с входом установки нуля счетчика 22, тактовый вход которого связан с выходом генератора 21 и тактовым входом РУ 23, а выход соединен с третьим входом элемента ИЛИ

10, первый и второй входы которого подключены к выходам триггера 15, выход элемента ИЛИ 10 связан с вторым входом элемента И 20 и через последовательно соединенные инвертор 19 и одновибратор 13 — с входом установки нуля триггера 16, инверсный выход триггера 17 соединен с первым входом элемента И 20, выход которого соединен с управляющим входом регистра 4 и с входом установки единицы триггера 18, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя 23, выходы которого соединены соответственно: второй — с управляющим входом счетчика 8, третий с тактовым входом счетчика 8, четвертый — с управляющим входом ОЗУ 7, пятый — с входом установки нуля триггера 18.

Групповые, многоканальные связи между элементами на фиг. 1 показаны утолщенной линией, единичные — тонкой.

Анализатор выполнен n — канальным (где и — число уровней анализа, равное числу разрядов искомой функции распределения размахов колебаний напряжения) .

Анализатор работает следующим об109242

В процессе анализа входное напряжение U Dc eT »a вход АЦП 2. В регистре 3 хранится число, соответст— нующее разряду АЦП 2, внутри которого находится исследуемое напряжение.

Например, в момент времени „,„ при котором входное напряжение достигает своего экстремального (минимального) значения, в регистре 3 хранится число 00011. При дальнейшем изме- tG нении напряжение U< пересекает границу между третьим и четвертым разрядами АЦП 2. На выходе АЦП 2 при этом появляется число 00100, которое больше хранящегося в этот момент в регистре 3 числа 00011. В результате на первом выходе числового компаратора 5 появляется единичное напряжение, которое, проходя через элемент ИЛИ 9, запускает одновибраторы yG

11 и 12.

Появляющийся на прямом выходе одновибратора 12 импульс напряжения устанавливает счетчик 22 в нулевое состояние, причем аналогичная опера- 2S ция повторяется в каждой из точек перехода кривой напряжения Б„ через границы разрядов АЦП 2.

Отрицательный импульс напряжения (T.å. кратковременно появляющийся gg нулевой уровень напряжения на фоне непрерывного единичного) с инверсного выхода одновибратора 12 прикла дывается к тактовОму входу счетчика 6, однако последний не изменяет

35 своего нулевого состояния, поскольку к его входу установки нуля приложено единичное напряжение с инверсного выхода триггера 16.

С некоторой задержкой после этого 40 заканчивается отрицательный импульс одновибратора 1 1 и по его заднему фронту опрокидывается триггер 16 в единичное состояние (в результате единичное напряжение снимается с вхо4 да установки нуля счетчика 6), а также происходит запись числа 00100 в регистр 3, что выравнивает коды на первом и втором входах компаратора 5 и, соответственно снимает единичР 50 ное напряжение с его первого выхода.

При дальнейшем нарастании напряжения U, на выходе элемента ИЛИ 9 появляется единичный импульс и запускает однови1раторы 1 l и 12.В этом случае импульс с прямого вьгхода одновибратора 12 устанавливает в нулевое состояние не ус— певший заполниться счетчик 22 контроля производной напряжения, а импульс с ин-, версно",î выхода олновибратора 12 увеличивает содержимое счетчика 6 на единицу — она становится равным

00001.

Появляющееся на выходе разряда счетчика 6 единичное напряжение прикладывается к входу установки нуля триггера 17 и переводит его в нулевое состояние (единичное напряжение с инверсного выхода триггера 17 прикладывается к первому входу элемента И 20).

Дальнейшее нарастание напряжения

U сопровождается срабатыванием одновибратора 12 и увеличением каждый раз содержимого счетчика 6 на единицу, В момент прохождения напряжением

U< очередного экстремума — максимумав регистре 3 хранится число 00111, а в счетчике 6 — число 00011.

После прохождения экстремума снова происходит смена кода числа на выходе АЦП 2. На его выходе появляется число 00110, которое меньше хранящегося в регистре 3 числа 00111.

В результате единичное напряжения появляется на втором выходе компаратора

5„ переводя в единичное состояние триггер 15, единичное напряжение прямого выхода которого прикладывается к первому входу элемента ИЛИ 10. На выходе последнего при этом появляется короткий импульс напряжения, который, проходя через элемент И 20, опрокидывает в единичное состояние триггер 18, а также воздействует на управляющий вход записи регистра 4.

При этом с выходов четырех старших разрядов счетчика 6 в регистр 4 записывается число 0001.

После окончания импульса на выходе элемента ИЛИ 10 на выходе инвертора 19 появляется единичное напряжение, кот-орое запускает одновибра— тор 13, устанавливающий своим коротким выходным импульсом триггер 16 в нулевое состояние. Последний, в свою очередь, единичным напряжением с инверсного выхода обнуляет счетчик 6 и, запуская одновибратор 14, устанавливает в единичное состояние триггер 17.

C некоторой задержкой после моменTB и отрицательный импульс одновибратора 11 своим задним фронтом вновь возвращает триггер 16 в единичное состояние. Однако импульс с инверсного выхода одновибратора 12, запускаемого элементом ИЛИ 9, не засчиты1092423 вается счетчиком 6, поскольку процесс накопления информации о расшифрованном на интервале t -t колебании напряжения начинается в момент времени t и осуществляется распределителем 23 уровней.

Начиная с момента t с выходов ре5 гистра 4 к адресным входам ОЗУ 7 прикладывается код 0001, соответствующий второму разряду измеряемого статистического распределения размахов колебаний напряжения.

В момент времени t< очередной импульс генератора 21 переводит распределитель 23 в состояние, при котором 15 единичное напряжение появляется на его втором выходе, связанном с вхо— дом управления записью счетчика 8.

При этом в счетчик 8 записывается число, накопленное в результате пре- 20 дыдущего анализа и хранящееся в ОЗУ 7 по адресу второго канала 0001.

При поступлении следующего импульса генератора 21 (в момент времени ) на вход РУ 23 на третьем выходе пос- 25 леднего, связанном с тактовым входом счетчика 8, появляется импульс, который увеличивает содержимое счетчика на единицу.

При следующем срабатывании рас- Зб пределителя 23 (в момент времени t8) ,появляющееся на его четвертом выходе единичное напряжение управляет записью в ОЗУ 7 из счетчика 8 по тому же адресу 0001 увеличенного на едини- 35 цу числа.

Появление в момент времени t еди9 ничного импульса напряжения на пятом выходе РУ 23 приводит к установке триггера 18 в нулевое состояние, 4О в результате чего распределитель 23, в свою очередь, также устанавливается в нулевое состояние — единичное на. пряжение появляется на его первом выходе, который остается свободным. 45

В течение колебания напряжения, протекающего на временном интервале между соседними экстремумами счетчиком 6 засчитываются два импульса одновибратора 12 и его содержимое становится равным 00010.

Ф

На интервале времени Т „-t«кривая V1(t) имеет пологий участок с производной напряжения сети, равной нулю. Однако два изменения напряжения а интервалах t4 1о и t „ расшифровываются анализатором как одно колебание на интервале t+-t12,, поскольку, с одной стороны, средняя производная напряжения сети 0

1 на участке кривой 01(Т) больше 1%/с, а, с другой стороны, интервал

10 11 меньше 5t

После окончания этого колебания напряжения на единицу увеличивается содержание канала блока памяти устройства также с адресом 0001. Процесс накопления информации в этом случае начинается в момент времени t1 после

13 переполнения счетчика 22, что свидетельствует об уменьшении модуля производной напряжения сети ниже 1 ./с и прохождении управляющего сигнала через элементы ИЛИ 10 и И 20 анализатора.

На пологих участках кривой U1(t), имеющих /Б „(t) /(1 /с (например, на участке 1„ -115-), происходит поочередное переключение триггера 16 вначале в единичное состояние (в моменты пересечения кривой v1(t) границ разрядов АЦП 2), а затем — в нулевое (после переполнения счетчика 22 через время а „). Триггер 17 при этом непрерывно остается в единичном состоянии, не пропуская импульсы с выхода элемента ИЛИ 10 через элемент

И 20 (например, в момент времени t ).

1+

В результате накопления информации на таких участках в ОЗУ 7 анализатора не происходит.

Так осуществляется накопление информации при анализе размахов колебаний напряжения — приращений напряжения между соседними экстремумами, или между экстремумами и пологими (т.е. имеющими модуль производной напряжения менее 1 /ñ) участками напряжения длительностью более Д t

К

=40 мс, или между соседними пологими участками длительностью более dt, при средней скорости изменения напряжения сети более 1%/с. Таким образом, устройством в процессе расшифровки размахов колебаний напряжения реализуется алгоритм, строго соответствующий определению колебаний по новой редакции ГОСТ 13109-67.

При этом после окончания каждого колебания напряжения на единицу увеличивается содержание канала устройства, номер которого соответствует числу пересечений напряжением U в течение колебания границ разрядов

XIIII 2: при пересечении двух границ увеличивается содержимое первого какала с адрсом 0000, трех или четырех

9 10924 г второго канала с адресом 0001„ пяти или шести — третьего с адресом

0010 и т.д.

После окончания времени измерения Т по содержимому ОЗУ 7 могут 5 быть построены условные гистограммы к функции распределения размахов колебаний напряжения, интервал между которыми при изменении напряжения в одном направлении превышает период

10 адаптации глаза dt =40 мс (т.е. соответствующих определению колебаний напряжения), что позволяет выполнять

23 10 точную оценку влияния случайных коле— баний напряжения на зрение.

Лппаратурная погрешность предлагаемого анализатора колебаний напряжения определяется параметрами примененного аналого-цифрового преобразователя ? и является .весьма малой.

Преимуществами предлагаемого устройства, по сравнению с известными, являются большая простота, экономичность и надежность схемы, меньшая стоимость и потребляемая мощность элементов.

1042423

3НИИПИ Заказ 3249/29 Тираж 711 Подписное филиал ППП "Патент", r,ухгород, ул.Проектная, 4