Быстродействующий датчик составляющих тока

 

СОЮЗ СОНЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ

„„SU „„.1 2ОБО39 (51) 4 С 01 R 1 9/06 (21) 3627505/24-21 (22) 19.07.83 (46) 15.01.86. Бюл, К - 2 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.А. Кекс, В.Г. Гапанович и Ю.Е. Варецкий (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 868604, кл. G 01 R 19/06, 1980.

Потаповский И.Б. и др. Датчик составляющих синусоидального тока.

Промышленная энергетика, 1978, N - 10, с. 48-49, рис. 1. (54)(57) 1. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДАТЧИК

СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКА, содержащий преобразователь напряжения, вход которого подключен к первому входу датчика, и преобразователь тока в напряжение, вход которого подключен к второму входу датчика, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены измеритель мгновенного значения напряжения, формирователь знака, блок перезаписи кода и выходной блок, причем выход преобразователя напряжения соединен с первым входом измерителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение и первым входом формирователя знака, первый выход — с вторым входом формирователя знака, второй выход — с первым входом блока перезаписи, третий выход — с вторым входом блока перезаписи, а четвертый выход— с вторым входом выходного блока, третий вход формирователя знака подключен к первому выходу блока перезаписи, а выход — к третьему входу выходного блока, первый вход которого соединен с вторым выходом блока перезаписи, а выход — с выходом датчика.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю — щ-и и с я тем, что измеритель мгновенного значения напряжения выполнен в виде формирователя синхронизирующих импульсов, вход которого образует первый вход измерителя, а выход подключен к входам первого и второго детекторов, выход второго детектора через первый аналоговый инвертор подключен к вторым входам элемента ИЛИ и формирователя им пульсов памяти, первые входы которых подключены к выходу первого детектора, выход формирователя импульсов памяти через формирователь управляющих импульсов подключен к входам третьего и четвертого детек- . торов, выходы которых подключены соответственно к входу первого элемента задержки и к входу второго аналогового инвертора, выход первого элемента задержки подключен к входу установки в "1" первого триггера и образует первый выход измерителя, выход второго аналогового инвертора подключен к входу установки в "0" первого триггера и образует третий выход измерителя, выход первого триггера подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а информационный вход — к выходу формирователя модуля, вход которого об1205039 разует нторой вход измерителя, цифровой выход АЦП образует второй выход-измерителя, аналоговый выход

АЦП вЂ” четвертый выход измерителя.

3. Датчик по пп. 1 и z, о тли— ч а ю шийся тем, что формирователь знака выполнен в виде формирователя импульсов знака, вход которого образует первый вход формирователя знака, а выход подключен к входу пятого детектора и шестого детектора, выход которого через третий аналоговый инвертор подключен к первому входу первого элемента И, выход пятого детектора подключен к первому входу второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов И объединены и образуют второй вход формирователя знака, а выходы подКлючены соответственно к входу установки в 0" и к входу установки в "1" промежуточного триг— гера знака, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, а инверсный выход — с первым входом четвертого элемента И, вторые входы третьего и четвертого элементов И объединены и образуют третий вход формирователя знака, выходы подключены соответственно к входу установки в "1" и к входу установки в 0" триггера знака, Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия датчика.

На фиг. 1 приведена блок-схема датчика; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Быстродействующий датчик составляющих тока содержит преобразователь

1 напряжения, вход которого подключен к первому входу датчика, а выход — к первому входу измерителя 2 мгновенного значения напряжения, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 3 тока в напряжение и к первому входу формирователя

4 знака; вход..преобразователя 3 подвыход которого образует выход формирователя знака

4. Датчик по пп. 1-3, о т л и— ч а ю щ и и с я тем, что блок пере записи кода выполнен в виде регистра памяти, первый вход которого образует второй вход блока, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и к входу дешифратора, выход которого подключен к входу второго элемента задержки и образует первый выход блока, выход второго элемента задержки подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого образует первый вход блока, а выход подключен к второму входу регистра, выход ЦАП образует второй выходблока, 5. Датчик по пп. 1-4, о т л и— ч а ю шийся тем, что выходной блок выполнен в виде амплитудного селектора, первый и второй входы которого образуют соответственно первый и второй входы блока, а выход подключен к входу коммутатора, управляющий вход коммутатора образует третий вход блока, первый выход коммутатора через четвертый аналоговый инвертор подключен к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен второй выход коммутатора, выход сумматора образует выход блока. ключен к второму входу датчика, к второму входу формирователя 4 подключен первый выход измерителя 2, а к третьему входу — первый выход блока 5 перезаписи кода, к первому входу которого подключен второй выход измерителя 2, к второму входу— третий выход измерителя 2, а к второму выходу — первый вход выходного

10 блока б, к второму нходу которого подключен четвертый выход измерителя 2, а к третьему входу — выход формирователя 4; выход блока 6 образует выход датчика.

Измеритель 2 мгновенного значения напряжения состоит из формирователя 7 синхронизирующих импульсов, 1205039

50 з вход которого образует первый вход измерителя 2, а выходы подключены к входам первого 8 и второго 9 детекторов; выход детектора 9 через..первый аналоговый инвертор 10 подклю5 чен к вторым входам элемента ИЛИ 11 и формирователя 12 импульсов памяти, первые входы которых подключены к выходу детектора 8, выход формирователя 12 через формирователь 13 !

О управляющих импульсов подключен к входу третьего и четвертого детекторов 14 и 15, выходы которых подключены соответственно к входам первого элемента 16 задержки и второго аналогового инвертора 17, выход элемента 16 подключен к входу установки в "1" первого триггера 18 и образует первый выход измерителя 2, выход инвертора 17 подключен к входу установки в "0" триггера 18 и образует третий выход измерителя 2, выход триггера 18 подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 19 последовательного уравновешивания, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ 11, а информационный вход — к выходу формирователя 20 модуля, вход которого образует второй вход измерителя 2, цифровой выход АЦП 19 образует второй выход измерителя 2, аналоговый выход АЦП 19 образует четвертый восход измерителя 2.

Формирователь 4 знака состоит из формирователя 21 импульсов знака, вход которого образует первый вход формирователя 4, а выход подключен к входу пятого детектора 22 и шестого детектора 23, выход которого через третий аналоговый инвертор 24 под40 ключен к первому входу первого элемента И 25, выход детектора 22 подключен к первому входу второго элемента И 26, вторые входы элементов

И 25 и 26 объединены и образуют второй вход формирователя 4, выходы элементов И 25 и 26 подключены соот11 31 ветственно к входам установки в 0 и установки в "1" промежуточного триггера 27 знака, прямой выход которого подключен к первому входу третьего элемента И 28, инверсный выход — к первому входу четвертого элемента И 29; вторые входы элементов И 28 и 29 объединены и образуют 55 третий вход формирователя 4, а выходы подключены соответственно к входам установки в "1" и установки в

"0" триггера 30 знака, выход кото- рого образует выход формирователя 4.

Блок 5 перезаписи кода состоит из регистра 31 памяти, первый вход которого образует второй вход блока 5, а выход подключен к входам цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 32 и дешифратора 33, выход которого подключен к входу элемента

34 задержки и образует первый выход блока 5, выход элемента 34 подключен к первому входу седьмого элемента И 35, второй вход которого образует первый вход блока 5, а выход подключен к второму входу регистра 31; выход ЦАП 32 образует второй выход блока 5.

Выходной блок 6 состоит иэ амплитудного селектора 36, первый и второй входы которого образуют соответственно первый и второй входы блока 6, а выход подключен к входу аналогового коммутатора 37, управляю-, щий вход коммутатора 37 образует третий вход блока 6, первый выход коммутатора 37 через четвертый аналоговый инвертор 38 подключен к первому входу сумматора 39, к второму входу которого подключен второй выход коммутатора 37; выход сумматора 39 образует выход блока 6.

Преобразователь 1 напряжения представляет собой трансформатор напряжения, выход которого подключен к входу двухкаскадного интегратора. Каждый из каскадов интегратора осуществляет сдвиг сигнала по фазе на 45 . При фиксации активной составляющей тока интегратор отключен (сдвиг по фазе между выходным и входным напряжениями равен нулю), при фиксации реактивной составляющей интегратор включен (сдвиг по фазе .между выходным и входным напряжениями равен 90 ).

Преобразователь 3 тока в напряжение представляет собой трансфор- матор тока, нагруженный на измерительный шунт.

Датчик работает следующим образом.

Предварительно, в зависимости от того, какую из составляющих тока необходимо фиксировать: активную или реактивную, соответственно отключают или подключают двухкаскадный интегратор преобразователя 1

/ напряжения. Затем на вход преобра5

12 эователя 1 подают напряжение питающей сети (фиг. 2а), которое им преобразуется до уровня, необходимого для нормальной работы измерителя 2.

На вход преобразователя 3 подают входной (измерительный) ток (фиг.2а), преобразуемый им в пропорциональное напряжение. В моменты экстремумов выходного напряжения преобразователя 1 формирователь 7 формирует синхроимпульсы различных полярностей (фиг. 2б). Отрицательные синхроимпульсы выделяются детектором 9 и через инветор 10 поступают на второй вход формирователя 12, на первый вход которого поступают положительные импульсы, выделенные детектором 8 ° На выходе формирователя 12 формируются импульсы памяти (фиг. 2в) заданной минимально возможной длительности. На выходе формирователя 13 формируются управляющие импульсы различных полярностей (фиг. 2г). Положительные управляющие импульсы выделяются блоком

14 и подаются на элемент 16 задержки, обеспечивающий надежную фиксацию мгновенного значения сигнала. Время задержки элемента 16 устанавлива ют равным примерно i/3 длительности импульсов памяти. Импульсы с выхода элемента 16 (фиг. 2д) устанавливают триггер 18 в состояние "1" и запускают AIgI 19 последовательного уравновешивания. Отрицательные управляющие импульсы выделяются детектором

15, через инвертор 1/ (фиг. 2ж) сбрасывают триггер 18 в состояние

"0" и останавливают АЦП 19. Сброс в "0" содержимого АЦП 19 осуществляется синхроимпульсами (фиг. 2б) с выхода элемента ИЛИ 11, поступающими на вход сброса АЦП. Напряжение выхода преобразователя 3 поступает на вход формирователя 20, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный модулю входного тока, поступающий на информацион« ный вход АЦП 19. По окончании уравновешивания на аналоговом выходе

АЦП 19 формируется аналоговый сиг» нал (фиг. 2з), пропорциональный мгновенному значению модуля входного тока, а на цифровом выходе код, соответствующий этому аналоговому сигналу. Сигналы на выходах

АЦП 19 хранятся до поступления синхроимпульсов (фиг. 2б) на вход сброса в "0" АЦП. Таким образом,.

05039

5

50 на аналоговом и цифровом выходах

АЦП 19 формируются и хранятся на протяжении полупериода напряжения питающей сети аналоговый и цифровой сигналы, соответствующие фиксируемой составляющей входного тока.

Для получения непрерывного аналогового сигнала на выходе датчика используется перезапись кода с цифрового выхода АЦП 19 в регистр

31 памяти, который предварительно сбрасывается в "0" управляющими импульсами отрицательной полярности (фиг. 2ж). При появлении "0" на выходе регистра 31 дешифратор 33 через элемент 34 задержки подает на первый вход элемента И 35 сигнал

II 1I

1, разрешающий. перезапись кода с цифрового выхода АЦП 19 в регистр

3 1. Перезаписанный код преобразуется ЦАЛ 32 в аналоговый сигнал (фиг. 2и), практически повторяющий сигнал с аналогового выхода АЦП 19.

Элемент 34 задержки служит для обеспечения перекрытия по времени аналогового сигнала АЦП 19 (фиг, 2з) и его перезаписанного аналога (фиг. 2и).

Определение знака входного тоха определяется следующим образом.

Сигнал, соответствующий измеряемому току, с выхода преобразователя

3 поступает на вход формирователя

21, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2к), знак которых соответствует знаку входного тока. Детектором 22 вы,целяются импульсы положительной полярности, а детектором 23 — импульсы отрицательной полярности, поступающие затем на вход инвертора 24. Импульсы положительной полярности знака тока подаются на первый вход элемента И 26, а инвертируемые импульсы отрицательной полярности знака тока — на первый вход элемента И 25, на вторые входы элементов И 25 и 26 подаются управляющие импульсы (фиг. 2д) . При совпадении знака управляющих импульсов (фиг. 2д) со знаком импульсов положительной полярности знака тока (фиг. 2к) элемент 26 формирует

II 1! сигнал 1, поступающий н а вход устан о вки в " 1 " триггера 2 7, который устанавливается по прямому выходу с состояние " 1 " . П ри поступлении сигнала " 1 " от дешифра т о ра 3 3 на второй вход элемента И 2 8 триггер

1205039

30 устанавливается в состояние "1".

При,подаче сигнала "1" на вход аналогового коммутатора 37 осуществляется коммутация выхода селектора 36 с первым входом сумматора 39 (при подаче "0" на вход коммутатора 37 выход селектора 36 коммутируется с входом инвертора 38), Таким образом, аналоговому сигналу (фиг. 2з) и его перезаписанному аналогу (фиг. 2и) присваивается положитель8 ный знак, и на выходе сумматора 39, который является выходом датчика составляющих тока, формируется . непрерывный аналоговый сигнал (фиг. 2л), соответствующий активной или реактивной составляющей входного тока.

Для отрицательной полуволны на10 пряжения питающей сети датчик работает аналогично.

1205039

Составитель С. Рыбин

Редактор И. Рыбченко Техред Ж.Кастелевич Корректор Т. Колб

Заказ 8522/46 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4