Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик электроэнергетических объектов

 

Изобретение относится к технике измерений и является дополнительным к авт. св. СССР № 1260873. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5, 6, цифровой делитель 7 кодов, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, регистры 10, 11, клеммы 12, 13, управляемый генератор 14, блок 15 задания законов управления частотой, генератор 16 импульсов, счетчик 17, введены сумматор 18, регистр 19, блок 20 перемножения кодов, цифровой делитель 21 кодов, вычислитель 22. Дискретные значения АЧХ, ФЧХ и коды частоты, находящиеся в конце посылки в регистрах хранения индикатора 8, можно использовать для визуального наблюдения АЧХ и ФЧХ с помощью двух АЦП и двухкоординатного графопостроителя . Можно использовать для расчетов и построения амплитудно-фазовой характеристики. 5 ил. (Л ) (u) 14)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 К 27 28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ВСГ(йь. ;" ;-; ccii Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 ц

И ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М;(ю) рай (61) 1260873 (21) 3630126/24-21 (22) 15.06.83 (46) 30.06.87. Бюл. 9 24 ,(71) Сибирский энергетический институт СО АН СССР (72) Ю.И. Петров (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1260873, кл. G 01 R 27/28, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к технике измерений и является дополнительным к авт. св. СССР Ф 1260873. Целью изобретения является расширение функциональных вîзможностей устройства.

Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуе„„SU„„1 20772 А 2 мый четырехполюсник 2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5, 6, цифровой делитель 7 кодов, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, регистры 10, 11, клеммы 12, 13, управляемый генератор 14, блок 15 задания законов управления частотой, генератор 16 импульсов, счетчик 17, введены сумматор 18, регистр 19, блок 20 перемножения кодов, цифровой делитель 21 кодов, вычислитель 22 °

Дискретные значения АЧХ, ФЧХ и коды частоты, находящиеся в конце посылки в регистрах хранения индикатора 8, можно использовать для визуального наблюдения АЧХ и ФЧХ с помощью двух

АЦП и двухкоординатного графопостроителя. Можно использовать для расче" тов и построения амплитудно-фазовой характеристики. 5 ил. .1320772

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для одновременного определения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик электроэнерге- 5 тических объектов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременного определения фазочастотной характеристики.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2-4временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 5 — временные диаграммы работы блока управления устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор

1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, коммута- 20 тор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, первый 5 и второй 6 сумматоры, первый цифровой делитель

7 кодов и индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, два выхода которого соединены соответственно с первым 10 и вторым 11 регистрами, клеммы 12 и 13 для подключения исследуемого четырехполюсника 2. Генератор 1 содержит управляемый генератор 14, блок 15 задания закона управления частотой, генератор 16 импульсов и счетчик 17.

Устройство содержит также последовательно соединенные третий сумма- 35 тор 18, третий регистр 19, блок 20 перемножения кодов, второй цифровой делитель 21 кодов и вычислитель 22.

Измерение ФЧХ осуществляется следующим образом . 40

С выхода генератора 1 на вход исследуемого четырехполюсника 2 подают возмущающий сигнал (фиг. 45), частота которого изменяется по закону, пропорциональному линейному закону 45 изменения напряжения U „„ с выхода е блока 15.

При измерении фазового сдвига между возмущающим сигналом UB„ (фиг. 4S ) и сигналом реакции U„,„ (фиг. 4 g) используется мгновенное значение сигнала реакции А „, взятое в момент времени, соответствующий mrrtvHTygHQ значению А„ мущающего сигнала, и амплитудное значение сигнала реакции А ; в момент времени, сдвинутый на фазовый угол

4г; (фиг ° 2а,5 ). .Отношение этих двух сигналов является косинусом угла запаздывания сигнала реакции от возмущающего сигнала (фиг. 2a,о,g,q,g), т.е.

А 21к — соз Чг °

Аг

Для исключения влияния постоянной составляющей, присутствующей в выходном сигнале U „„ и для повышения точности измерений д, измерение значений Аг;„ и Аг; производят два раза в период, соответствующий положительным и отрицательным полуволнам колебаний (фиг. 3 о,3,5), т.е. в моменты времени, соответствующие максимальному отрицательному значению возмущающего сигнала, измеряют мгновенное значение сигнала реакции А«> (фиг. 36,5). При постоянной амплитуде возмущающего сигнала амплитуду сигнала реакции можно определить как произведение амплитуды возмущающего сигнала А1, на текущее значение АЧХ, 1равное R;(Q), т.е. А ; =А„,„ R;(а).

Тогда косинус угла запаздывания определяют как отношение суммы модулей мгновенных значений Аг, „и А 2, к удвоенному произведению амплитуды возмущающего сигнала на текущее значение К;(О), т.е.

COS V1

Выбирая

f(+A< (+(— А„((= с = const, для угла (;(я) запаздывания получим выражение, пропорциональное ФХЧ, в следующем виде: (А„к +Ьг(( гccos з1Яп А> к

Устройство работает следующим образом.

Управляемый генератор 14 формирует выходной сигнал Uù, приведенный на фиг. 4о и 53. Закон изменения частоты сигнала U Ä о2 сигнала U>„(1 блока 15 приведен на фиг. 4а. Генератор 14 выдает импульсные сигналы о с частотой F; 2 на выходе 6 и частотой F; 2 на выходе с, где F;

1320772

3 частота сигнала в i-м периоде сигнала U z на фиг. 52. Блок 15 на выходе d выдает сигналы с частотой

Р 2 В приведенные на фиг. 53 .

Блок 9 управления представляет собой счетчик с логическими элементами на входе и дешифратором на выходе. Временные диаграммы работы блока 9 приведены на фиг. 5. На вход

1 блока 9 поступают сигналы с выхо- 10 да С генератора 14, а во время действия паузы Р (фиг. 4P) — с выхода d блока 15 (импульсы А -AS на фиг.41)га

Выходной сигнал П„„,„ исследуемого четырехполюсника 2 приведен на 15 фиг. 4о. Он содержит постоянную сос- . тавляющую U go y °

Коммутатор 3 предназначен для подключения на вход АЦП 4 входного и выходного сигналов ° Сигнал управ- 20 ления коммутатором поступает с выхода с блока 9 управления (фиг. 5е) °

АЦП 4 осуществляет преобразование мгновенных значений входного и выходного сигналов, поступающих на него, в цифровую форму. Команда на преобразование поступает с выхода d блока 9 управления (фиг. 5 у).

Сумматор 5 предназначен для получения среднего значения постоянной 30 — — А составляющей И„, = — Z А ц в паузе, г \ суммы модулей мгновенных значений входного сигнала В а !А„ (аа пар}1 вый период (i=1) колебаний входного . сигнала П „ (фиг. 3) и для получения модулей мгновенных значений сигнала реакции четырехполюсника 2 путем вы.читания из мгновенных значений A, 40 выходного сигнала U,„ (фиг. 3) среднего значения постоянной составляющей 0„, . На вход сумматора 5 поступает цифровой код с выхода АЦП.

Сигнал управления сумматором 5 посту-45 пает с выхода d блока 9 управления (фиг. 5 ) .

В регистре 10 хранится среднее значение постоянной составляющей

U . Запись этого значения осуществляется регистром 10 с второго выхода сумматора 5 в конце паузы по команде, поступающей с выхода d блока 9 управления (фиг. 5a). Значение

U с выхода регистра 10 в дополнительном коде поступает на второй вход сумматора 5.

В регистре,11 хранится значение В, которое записывается в регистр 11 с первого выхода сумматора 5 в конце первого периода по команде, поступающей с выхода f блока 9 управления, (фиг. 5p) .

Сумматор 6 предназначен для получения суммы отсчетов модулей мгновенных значений сигнала реакции Jfz, /

I за период в-.îäíîãî сигнала. Значения поступают с первого выхода сумматора 5. Сигнал управления сумматором 5 поступает с выхода d блока 9 управления (фиг. 5 ).

Делитель 7 осуществляет деление в и цифровом виде суммы /А /, посту2

Генератор 16 предназначен для генерирования импульсов стабильной частоты. Счетчик 17 предназначен для определения частоты в каждый1период возмущающего сигнала. На разрешающий вход счетчика 17 поступает сигнал с выхода 1 генератора 14, равный по длительности текущему периоду возмущающего сигнала. На счетный вход счетчика 17 поступают импульсы стабильной частоты с выхода генератора 16. В конце каждого периода возмущающего сигнала на выходе счетчика 17 образуется код N;, пропорциональный частоте этого периода. Счетчик 17 устанавливается в "0" в конце каждого периода по команде с выхода

g блока 9 управления (фиг. 5!В), которая поступает на управляющий вход счетчика. !

Сумматор 18 предназначен для получения суммы j(+A« (+(-А„() =С в первый период (i=1) возмущающего сигнала и суммы модулей значения /А2,„(+

+ (А„ ((фиг. 3) . Знаковый разряд сумматора 18 при определении суммы (ÀA2,„ l +(А2;II (устанавливается в соответствии со знаком значения А 2, „ (фиг. 2). Сигнал управления сумматором 18 поступает с выхода h блока 9 управления (фиг. 5 g) .

В регистре 19 хранится значение С, которое поступает на него в конце первого периода (i=1) возмущающего сигнала. Сигнал управления регистром

1320772 6

В первый период (i 1) возмущающего сигнала блок. 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП возмущающий сигнал для получения констант В и С. По командам с выхода блока 9 управления (фиг. 5 ) АЦП 64 раза за этот период через равные его доли осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгновенных значений возмущающего сигнала

А„. Значения An в цифровой форме поступают на первый вход сумматора 5. В последнем за период обраэуЬ4 ется сумма В = А„,;, значение коУ торой поступает на вход регистра 11 и хранится там до конца посылки.

Кроме того, при j=16 и j=48, соответствующим максимальным положительному и отрицательному значениям возмущающего сигнала (фиг. 5/.,к) мгновенные значения возмущающего сигнала с выхода АЦП поступают на вход сумматора 18, в котором образуется сумма С= (/А р,е/ т/А,, „//, еначение которой затем поступает в регистр 19 и хранится там до конца посылки.

Далее блок 9 управления пропускает 5 периодов входного сигнала и подключает до конца посылки на вход АЦП через коммутатор 3 выходной сигнал исследуемого объекта.

В каждом i-м периоде входного сигнала АЦП по командам с выхода блока 9 управления (фиг. 5у) через

1/64 этого периода осуществляет измерение и преобразование в цифровую форму мгновенных значений выходного сигнала А, ° . Значения А2, в цифровой форме с выхода АЦП поступают на первый вход сумматора 5, в котором они складываются со значением

U, поступающим на второй вход сумматора в дополнительном коде.

Таким образом, на выходе сумматора 5 ( образуется разность А 2< 1 Ц„=A2;Ä

Модуль этой разности поступает на вход сумматора 6. В последнем за каждый период входного сигнала обра64 зуется су)има А2, (, значение коJni торой в конце периода поступает на первый вход делителя 7, на второй вход которого поступает значение В..

На выходе делителя 7 каждый период получает дискретное значение амплитудно-частотной характеристики R,((д), 19 поступает с выхода h блока 9 управления (фиг. 5 g) .

Блок 2О перемножения кодов осуществляет перемножение значения С на текущее значение АЧХ К;(а) фиг. 3. 5

На вход о блока 20 перемножения поступает код числа С из регистра !9, а на вход 1 — код значения R;((ä) с выхода делителя 7. Сигнал управления блока 20 перемножения поступает с выхода g блока 9 управления (фиг. 5 ).

Делитель 21 цифровых кодов осущестнляет деление суммы (sign(g )(/А т/Ат, /3), поступающей иа сумматора

18 на произведение С R (Q) поступаю- 15 щее из блока 20 перемножения. Сигнал управления поступает с выхода g блока 9 управления (фиг. 5)) .

Вычислитель 22 осуществляет вычисление тригонометрической функции 20

g, =arccos sign(A „) характеризующей ФЧХ. Аргумент функции поступает иэ делителя 21 цифровых кодов. Выходной код вычислителя 22 поступает в регистр индикатора 8. . В индикаторе 8 результата и частоты хранятся дискретные значения

АЧХ R, (а), ФЧХ (;(И) и коды N.; частоты у у которые поступают в каждый период возмущающего сигнала соответственно из делителя 7, вычислителя

22 и счетчика 17. Команды на запись в индикатор 8 поступают в каждый период с выхода g блока 9 управления (фиг. 5 g) .

П р и .м е р. Пусть на время паузы 40

P блок 9 управления через коммутатор 3 подключает на вход АЦП выходной сигнал, который осуществляет 32 измерения и преобразования в цифровой код мгновенных значений выходно- 4>

ro сигнала А, (фиг. 4ь). Эти значения поступают на вход сумматора 5, где эа время паузы образуется сумма

32-. . А, . Деление на 32 для получения

Ч ы 50 среднего значения постоянной составт ляющей U„ = — 32 Q А /, осуществля е =1 ется сдвигом значения сумматора на 5 разрядов вправо. Полученное значение . U„ с второго выхода сумматора 5 поступает на вход регистра 10, где хранится до конца посылки.

7 13207 которое поступает на вход индикатора 8 результата и частоты.

Мгновенные значения выходного сигнала, измеренные при j=16 и j=48, поступают на вход сумматора 18 в

Э 5 котором образуется сумма /А,„„/ +

+/А2 /=/A2 e/ +/Аг1 4s/ . знаковом разряде сумматора хранится знак измеренного значения А;„, т.е. имесумматоре (sig< A 2 «) БА2 !6 j + 10

+/Ag qs //. В конце каждого периода после вычисления R (у) его значение с выхода делителя 7 поступает на вход блока 20 перемножения кодов, на вход а которого из регистра 19 посту- 15 пает значение С. В делителе 21 кодов осуществляется деление значения

sig>(A2, «) p/А2, «/ +/А2, 48/, поступающего из сумматора 18 на вход а, на произведение С К;((д), поступающее íà 2р вход в из блока 20 перемножения. Результат деления поступает на вычислитель 22, который вычисляет тригонометрическую функцию я ö,ï .(ьюa à бl l ã iâll)

С R; 4) которая является дискретным значением фазочастотной характеристики. С выхода вычислителя 22 значение ;(и) по- 30 ступает на вход индикатора 8 результата и частоты.

На вход d индикатора 8 результатов и частоты с выхода счетчика 17 поступает цифровой код N;, пропорциональ- З5 ный частоте текущего периода.

В конце посылки в регистрах хранения индикатора 8 образуется и троек значений К;(и), у; (Ы) и N;. Эти значения можно использовать для виэуаль-4р ного наблюдения АЧХ или ФЧХ с помощью двух цифроаналоговых преобразователей

72 8 и двухкоординатного графопостроителя,. а также использовать для расчетов и построения амплитудно-фаэовой характеристики.

Формула изобретения

Устройство для определения амплитудно-частотных характеристик электрдэнергетических объектов по авт. св. Ф 1260873, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет одновременного определения фазочастотной характеристики, в него введены третий сумматор, третий регистр, блок перемножения кодов, второй цифровой делитель кодов и вычислитель, при этом выход третьего сумматора соединен с первым входом второго цифрового делителя кодов непосредственно и через последовательно соединенные третий регистр.и блок перемещения кодов — с его вторым входом, второй вход блока перемножения кодов подключен к выходу первого цифрового делителя кодов, вход третьего сумматора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход второго цифрового делителя кодов через вычислитель соединен с третьим входом индикатора

/ результата и частоты, выполненного с дополнительным входом, управляющие входы блока перемножения кодов и второго цифрового делителя кодов подключены к управляющему входу индикато-. ра результата и частоты, тактовые входы третьих сумматора и регистра соединены с шестым выходом блока управления, выполненного с дополнительным выходом

1320772 61( I 320772

Йых дым

1320772 еэ е Ф зъ Ф е еэ юъ юэ с ч

Фэ 4 е ъ а

I

Составитель Л. Муранов

Редактор Е. Конча Техред В.Кадар Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2657/50 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,,4