Способ определения разности фаз двух синусоидальных сигналов

 

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для определения разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения разности фаз. Для определения разности фаз отфильтровывают от постоянной составляющей и сдвигают исходные синусоидальные сигналы на угол φ/2 в сторону опережения без изменения амплитуды, измеряют одновременно мгновенные значения исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисляют по измеренным для данного момента времени мгновенным значениям по приведенной в описании формуле. Изобретение может быть использовано для построения быстродействующих измерительных органов разности фаз устройств противоаварийной и других видов автоматики энергосистем и осуществлено с помощью известных цифровых элементов, выполненных на базе микропроцессорной техники. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) (51) 4 С 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (? 1) 4270189/24-21 (22) 27. 04. 87 (46) 23.08.89 Бюл. 31 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.И.Новаш, А.А.Тишечкин, Ф,А.Романюк, Н ° Н.Бобко и В,И.Румянцев (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1219979, кл. О 01 R 25/00, 1983.

Мешков В.П., Угольков В.I1 Определение параметров гармонических

cHI HdJIoB по минимуму мгновенных Отсчетов. Препринт ИФСО АН СССР, Красноярск, 1984, с.7, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ

ДВУХ СИНУСОИЛАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для определения разности фаз двух

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим измерениям, и.предназначено для определения разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия определения разности фаз.

На фиг.1 представлены временные диаграммы сигналоя, используемых в способе определения сдвига фаз, на низкочастотных синусоидальных сигналов. Цель изобретения †.повышение точности и быстродействия определения разности фаэ. Для определения разности фаз отфильтровывают от постоянной составляющей и сдвигают исходные синусоидальные сигналы на угол 1 /2 в сторону опережения без изменения амплитуды, измеряют одновременно мгновенные значения исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисляют по измеренным для данного момента времени мгновенным значениям по приведенной в описании формуле. Изобретение может быть использовано для построения быстродействующих измерительных органов разности фаз устройств противоаварийной и других видов автоматики энергосистем и осуществлено с помощью известных цифровых элементов, выполненных на базе микропроцессорной техники. 2 ил, фиг.2 — структурная схема устройства, реализующего способ.

Для определения разности фаэ два исходных синусоидальных сигнала отфильтровывают от постоянной составляющей, сдвигают по фазе на угол и /2 в сторону опережения без изменения ам- и плитуды, измеряют одновременно мгновенные значения исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаэ вычисляют по измеренным для данного момента времени мгновенным значениям по формуле

1503025 1 г sign U„,arccos — — — — ) — sip

Ч2 + Пг

« 11

Пгг

U (arccns (1) Zi г 2 г гг где U „, П, — мгновенные значения соответственно первого

25 о = =g, — Lp>, (2)

Если в момент измерения t, (фиг, 1), текущее значение с, фазы первого сигнала и значения 1 втоРого, то их связь с соотнетстнующими этому моменту времени мгновенными значениями Ч„ и П, исходных сигналов и значения U,, U, сдвинутых на угол 3 /2 сигналов выражается уравнения-

s-i" Ж

Ц, = U, cosy,; (3)

П .2 н1п 21

Ц 2 2 — U tn г с о 3 Ц г 1

40 где U, П 2 — соответственно амплитуды первого и второго сигналов.

Выражения (2) и (3) образуют систему иэ пяти уравнений, в которых неизвестнычи являются g q <р, П

". г.

Разрешин уравнения (3) методом подстановки, получают формулы для вычисления текущих значений фаз первого и второго сигналов

Чг

/(P,/ = arccos ----- — - — > цг + Пг

55 (4) « гг

/С, = ai ci os й, ° @ и сдвинутого по отношению к нему на угол

Ф

v /2 сигналов, измерен10 ные н один момент времени;

Ч <, П вЂ” мгновенные значения соответственно второго

15 и сдвинутого по отношению к нвму на угол и /2 сигналов, измеренные одновременно со значениями U „,П,г, Выражение (1) представляет собой разность текущих значений фазы первого сигнала р, и фазы второго сигнала суг, соответствующих одному моменту времени

Текущие значения фаз синусоидальных сигналов в диапазоне от 0 до Я могут быть представлены положительными значениями углов, а в диапазоне от и до 2 н — отрицательными значениями углов, При таком представлении знак текущего значения фазы совпадает со знаком мгновенного значения синусоидального сигнала для соответствующего момента времени, С учетом этого формулы для вычисления текущих значений фаз с, и дарг будут иметь вид

Ча (О = sign U (arccos

1 1 н г г 3

U«+ П г (5) (= sign П,(arccos

Пг

Отсюда получается формула (1) разности значений цг,и ц

Способ существенно уменьшает задержку в определении разности фаз, обеспечивая тем самым повышение быстродействия, а также устранение погрешностей при изменении частот и амплитуд синусоидальных сигналов в установившемся режиме, На фиг.2 в качестве примера приведена упрощенная структурная схема устройства, реализующего способа.

Устройство содержит фильтрующие постоянные составляющие преобразователь 1 уровня напряжения, на вход которого подается первое синусридальное напряжение П,, и преобразователь 2 уровня напряжения, на вход которого подается синусоидальное напряжение

U, фазосдвигающий блок 3, вход которого подключен к выходу преобразователя 1, и фазосдвигающий,блок 4, вход которого подключен к выходу преобразователя 2, аналоговый запоминающий блок 5, входы которого присоединены соответственно к выходам упомянутых преобразователей 1 и 2 и к выходам фазосдвигающих блоков 3 и 4, цифровой решающий блок 6, связанный по информационным и управляющим шинам с соответствующими шинами аналогового запоминающего блока 5.

5 1503(Устройство работает следующим образом.

Синусоидальные напряжения U и U поступают соответственно на входы преобразователей 1 и 2, которые отфильтровывают от постоянных составляющих контролируемые сигналы U,U<.

Выходное напряжение Ц„ преобразователя 1 подается на вход фазосдвигающЬго блока 3, на выходе которого получается напряжение такой же амплитуды Ц, но сдвинутое по фазе на и /2

Ъ в сторону опережения относительно входного напряжения,а выходное напряжение

Ц преобразователя 2 поступает на вход

2 фаэосдвигающего блока 4, на выходе которого получается напряжение такой же амплитуды 4, но сдвинутое по фазе на и /2 в сторону опережения 20 относительно входного напряжения.Выходные напряжения ЦП и П„, преобразователей 1 и 2, напряжения U, и U фаэосдвигающих блоков 3 и 4 подаются на соответствующие входы ана-25 логового запоминающего блока 5. По команде, поступающей От цифрового решающего блока 6, аналоговый запоминающий блок 5 одновременно фиксирует и запоминает мгновенные значения напряжений Ц,,, U U Uä, После этого производится поочередное. их считывание, преобразование и ввод в запоминающее устройство цифрового

)25 6 решающего блока. Определение разности фаз производится цифровым решающим блоком 6 в соответствии с выражени-ем (1) по мгновенным значениям U„ 1 Т 22

Пспользование изобретения позволяет повысить точность и быстродействие определения разности фаэ двух синусоидальных сигналов, создавать быстродействующие цифровые измерители разности фаэ для устройств автоматики, у которых точность измерения не зависит от изменения частоты и амплитуды синусоидальных сигналов. формул а изобретения

Способ определения разности фаэ двух синусоидальных сигналов, при Ко тором измеряют мгновенные значения этих сигналов, о т л и ч а.ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия определения разности фаз, синусоидальные сигналы отфильтровывают от постоянной составляющей, сдвигают каждый из сигналов по фазе на угол g /2 в сторону опережения без изменения амплитудч, измерение мгновенных значений исходньх и сдвинутых сигналов производят одновременно, а разность фаз определяют по формуле

3 = sign ц„(агссов — — —,) Uiz г а

Цн + Ц где ц,ц, — мгновенные значения соответственно первого и сдвинутого по отношению к нему на угол /2 сигналов, измеренные в один момент времени, U2z

sign U (arccos — — — )

21 2 2

Uzi + 42

U,,U — мгновенные значения со40 ответственно второго и сдвинутого по отношению к нему на угол н /2 сигналов, измеренные одновременно со значениями Ц4% U г

1503025

Редактор С.Пекарь

Зчкаэ 508!/55 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель Ю.Макаревич

Техред M.Õoäàíè÷ Корректор Н.Борисова