Измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения составляющих несимусоидапьных тока и напряжения и расширить функциональные возможности измерительного преобразователя Устройство содержит первичный преобразователь напряжения 1, первичный преобразователь тока 2, два функциональных преобразователя 4. 5, фильтр 3 нижних частот, четыре блока перемножения б, 7. 8, 9, формирователь 10 импульсов записи, умножитель 11 частоты на п, формирователь 12 импульсов сброса, делитель 13 частоты на п / 2; четыре преобразователя напряжение-частота синхронного типа 14, 15, 16. 17; два Т- триггера 18. 19; восемь двухвходоеых 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

<19) КЦ (и) (>3 G 0 I j9 ()6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5015940/21 (22) 01.07.91 (46) 15.11.93 Бюл Йа 41-42 (76) Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор

Степанович; Павлович Александр Георгиевич; Серебренников Николай Александрович; Демко Анатолий Леонидович

{54) ИЗМЕРИТЕПЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

СОСТАВЛЯ!ОЩИХ ОСНОВНЫХ ГАРМОНИК

ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения составляющих несинусоидальных тока и напряжения и расширить функциональные возможности измерительного преобразователя Устройство 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 л / 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

32,33,34,35Ä 36. 4ил.

2003113

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительнай технике и предназначено для использования в системах автоматического управления промышленным электрооборудованием, например, регулирующими и компенсирующими устройствами, а также в информационноизмерительных системах контроля и учета электроэнергии, выполненных на базе микроЭ ВМ.

Известен измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения, содержащий первичный преобразователь напря>кения, вход которого является потенциальным входом устройст- ва, первичный преобразователь напряжения, вход ко араго является потенциальным входом устройства, первичный преобразователь така, вход которого является токовым входам устройства, последовательно соединенные фильтр нижних частот, умножитель частоты нв и и делитель частоты на и/2, вход фильтра нижних частот соединен с первичным преобразователел1 напряжения, выход делителя частоты подключен к объединенным входам первого и второго Ттриггеров, информационные входы .первого и.атарага Ц>ункцианальных преобразователей абьединены 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 вьиодам первого и второго функциональных преобразо.вателей, а выходы соединены соответственно с входами первого и второго преобразователей напря>кение-частота синхронного типа, управляющие входы которых объединены и подключены к выходу умна>кителя частоты, первый, второй, третий и четвертый двухвходовые логические элементы И, первые входы первого и втораго двухвходааых 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 четвертога двухвходовых логических элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго Т-триггера, а вторые входы объединены и подключены к выходу второго прео б ра зов ател я напряжение- частота синхронного типа, первый и второй реверсивные счетчики, суммирующие входы котарьи соединены соответственно с выходами первого и третьего двухаходовых логических элементов И, вычитающие входы под5

Ф

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 R-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

{sinuous) для синфазной составляющей несинусоидального тока, и цифровым интегрированием произведения измеряемого тока на квазигармонический сигнал (совал) для каадратурной составляющей измеряемого тока, При этом усреднение производится за период измеряемого тока, а формирование опорных квазигармонических сигналов осуществляется с помощью первого и второго функциональных преобразователей (sin et) и (cosc0L), 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. Кра ле 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.

2003113

Цель предлагаемого изобретения — повышение точности измерительного преобразователя составляющих основных гармоник тока и напряжения при искажениях формы напряжения и расширение его функциональных Вазможностей, Поставленная цель достигается тем, что в известный измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения дополнительно введены два блока перемно>кения, два преобразователя напряжение-частота синхронного типа, четыре двухвходовых логических элемента И, два реверсивных счетчика, два буферных регистра и микроЭВМ, к параллельным портам которой подключены выходы первого, второго, третьего и четвертого буфеоных регистров, а к входу запроса прерывания на обслуживание измерительного преобразователя подключен выход формирователя импульсов сброса, первые входы третьего и четвертого блоков перемножения объединены 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 шестого двухвходовых логических элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого Ттриггера, вторые входы объединены 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 восьмо. го 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, R-входы третьего и четвертого реверсивных счетчиков обьединены и подключены к выходу формирователя импульсов сброса, С-входы 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.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки: — два блока перемножения;

1Π— два реверсивных счетчика; — два буферных регистра; — четыре двухвходовых логических элемента И; — "два преобразователя напряжение-ча б стота синхронного типа; — микроЗ BM.

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 воз2 можности устройства. Принципы действия преобразователИ заключается в следующем. Измеряемое напряжение фильтруется и по отфильтрованному сигналу с помощью умножителя частоты и делителя частоты формируются тактовые импульсы и интервал измерения, равный периоду напряжения, а с помощью первого и второго функциональных преобразователей — опорные синусаидальнчй и косинусаидальный 5 сигналы, синхронизированные с периодом измерения. Измерение ортогональных составляющих основных гармоник тока и напряжения осуществляется в базисе опорных гармонических сигналов путем

4О цифрового интегрирования произведений така и напряжения на опорные синусоидальный и касинусоидальный сигналы с по" мощью четырех реверсивных счетчиков, содер>кимое которых в конце каждого пери<5 ода измерения переписывается в буферные регистры, из которых вводится в микроЭВМ, Вычисление значений основной гармоники напряжения, синфазной и квадратурной составля ощих основной гар5О моники тока относительно основной гармоники напряжения, активной и реактивной мощностей основной гармоники, угла сдвига фазы тока относительно напряжения и синуса угла сдвига фазы производится с поб5 мощью микроЭВМ за каждый период.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию

"положительный эффект".

Г!о каждому отличительнОму признаку проведен поиск известных технических ре30

40 шений в Области электрОизмерительной техники и автоматики.

Известны блоки перемножения в устройстве по а,с. СССР йЬ 1485141 (прототип), В известном техническом решении два блока перемножения выполняют формирование произведений сигнала, пропорционального току, на опорные гармонические сигналы. 8 предлагаемом устройстве два дополнительных блока перемножения предназначены для формирования сигналов, пропорциональных Ilpo" изведениям напряжения на ОпОрные синусоидальные сигналы.

Известны реверсивные счетчики в уст" ройстве по а,с. СССР N 1485141 (прототип).

8 известном устройстве реверсивные счетчики предназначены для подсчета количества импульсов, частота которых . Пропорциональна произведениям тока на опорный синусоидальный и косинусоидальный сигналы. В предлагаемом техническом решении два дополнительных реверсивных счетчика предназначены для поддчета числа

Ймпульсрв, частота которых прОпорцио изльна произведениям напряжения на опорные синусоидальный и косинусоидальиь4Й сигналы, г1икРОЭВМ в Устроиствах аналогичного назначения не обнаружены.

Следовательно, указанные признаки

Обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие требованию "сугЦЕС ТВЕН Н Ы Е ОТЛИЧИЯ

На фиг. 1 показана функциональная схема измерительного. Преобразователя составляющих основных гармоник тока и напряжения, где обозначено . 1 — первичный преобразователь напряжения; 2 — первичный преобразователь тока; 4 и 5 — первый и второй функциональные преобразователй;

3 — фильтр нижних частот; 6, 7, 8 и 9— первый, второй,. третий и четвертый блоки перемножения; 10 — формирователь импульсов записи; 11 — умножитель частоты на и; 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 второй

Т-триггеры, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27— первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой двухвходовые логические элементы И; 28, 29, 30, 31 — первый, второй, третий и четвертый реверсивные счетчики; 32, 33, 34, 35 — первый, второй, третий и четвертый буферные регистры; 36 — микроЭВМ.

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 частати на и и делитель 13 частоты на n/2 соединены последовательно, вход фильтра нижних частот 3 подключен к выходу первичного преобразователя 1, выход умножителя частоты 11 гюдключен 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, "t6 и 17, вход делителя частоты 13 подключен к объединенным управляющим входам первого и второго функциональных преобразователей 4 и 5 и

Объединенным входам перВОГО и Второго Ттриггеров 18 и 19, первые входы первого и второго блоков перемножения объединены 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 функциональных 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 объединены и подключены к прямому выходу первого Т-триггера 18, а первые входы второго и шестого элементов И 21 и 25 объединены и подключены к инверсному выходу первого

Т-триггера 18, выход второго преобразователя напряжение-частота 15 подключен к объединенным 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 обьединенным вторым входам пятого и ше2003113

10 стога 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 двухвхадовых 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 двухвходных элементов И 21, 23, 25, 27 подключены к вычитающим входам соответственно первого, второго, третьего и.четвертога 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 rtepваго 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 бу-. ферных 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 выходам 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 0 с индексам, соответствующим номеру элемента на функциональной схеме.

Измерительный преобразователь составляющих основных гармоник тока и напряжения работает следующим образам.

Несинусаидальное напряжение питающей электрической сети

v = „ !: Upmsin(m см — pm), (1)

m=4 где Ua

Р1 =О); ю- частота;

m — номер гармоник, поступает на вход первичного преобразователя 1 напряжения, а с его выхода подается

30 на фильтр ни «астат 3; который подавляет высшие гармоники напряжения и формирует сигнал из = Озмз1п(вс — 6}, где 0зу — амплитуда гармонического сигнала на выходе фильтра нижних частот 3; д — фазовый сдвиг выходного сигнала фильтра нижних частот 3 относительно пер- .. вой гармоники напрлженил и, вносимой фильтром 3.

Сигнал с выхода фильтра нижних частот

3 поступает на вход умножителя частоты 11 на п,Ъа выходе которого формируются импульсы и11, частота которых пропорциональна частоте f питающей сети

f11 п Т (2) где n — коэффициент передачи уменьшителя частоты 11, n 2000;

Т = 1/f — период сети.

Импульсы и11 с выхода умножителя частоты 11 поступают на делитель частоты на и/2 13, на выходе которого формируются импульсы и1Зс частотой f11= 2111/и, которая равна удвоенной частоте питающей сети f (т1з = 2fj, Импульсы с выхода делителя частоты 13 поступают одновременно на входы первого Т-триггера 18 с установкой по положительнаму фронту и второго Т-триггера 19 с установкой па отрицательному фронту. В результате на выходе первого Т-триггера 18 формируется последовательность импульсов и1л, имеющая 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 и1л, сдвинутая по фазе относительно импульсной последовательности и1я HB четверть периода, т.е. 90 эл.град., а относительно первой гармоники напряжения — на угол (90 + 1 ) зл.град. Импульсы. и1в с прямого выхода первого Т-триггера 18 поступают на последовательна соединенные формирователь импульсов записи 10 и формирователь импульсов сброса 12. На их входах в начале каждого периода измерения, определяемого выходным сигналом первого Т-триггера

SO 18 формируются следующие друг за другом короткий импульс записи и1о, управляющий записью информаций в первый, второй, третий и четвертый буферные регистры 33, 34, 35 и 36, и импульс сброса v1z, обеспечивающий установку в начальное состояние r.ервага, второго, третьего и четвертого реверсивных счетчиков 28, 29, 30 и 31 и сигнализирующий о завершении цикла измерения для микроЗВМ 36, после чего раз2003113

10 импульсов

50 решается считывание информации в микроЭВМ 36 из буферных регистров 32, 33, 34 и

35.

Функциональные преобразователи 4 и

5 представляют собой цифровые формирователи опорных квазигармонических сигналов / sinx / и / созх/ . Их работа происходит следующим образом. В моменты времени, соответствующие положительным фронтам импульсов и1з, т;е. в моменты, соответствующие началу (то = 1 Т/2к) и середине (то,6 =у Т/2 я+ 1/2) каждого периода измерения, функциональные преобразователи 4 и 5 устанавливаются выходным сигналом О1з делителя частоты 13 в начальное состояние. Далее функциональные преобразователи 4 и 5 выполняют преобразование количества импульсов и11, поступающих с выхода умножителя частоты

11 HB их информационные ВХОДЫ, в квази" гармонические сигналы щ = U /sin(et )/; - (3)

05 = Оа /СОЗ(Ж ) )/, (4) где Ua амплитудное значение Сигналов.

Квази гармонические сигналы

Оаз(п(йм y) и ((асоз(ЙЙ вЂ” j) 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: и1 и t(1 — векторы. основных гармоник напряжения и тока, сдвинутые по

Фазе на угол Q(, uç — вектор выходного напря>кения фильтра нижних частот, сдвинутого по фазе Относительно основной гармоники напряжения на угол О; щ и ц5, векторы Опорных напряжений, образующиЕ орте .ональный базис.

Измеряемый несинусоидальный ток .i =- gtMmStn(marut — фп)-, (5) го=1 где m — номер гармоники;

tMm — амплитуда m-ой гармоники тока; ф — фазовый сдвиг m-ой гармоники тока, преобразуется с помощью первичного преобразователя тока 2 в напряжение

u2 = K2t, - (6) где K2 — коэффициент передачи первичногО преобразователя тока 2.

Выделение проекции основной гармоники несинусоидального тока (5) на ось s(nx ортогонального базиса (щ, щ) осуществляется следующим образом. Первый блок перемножения 6 выполняет умножение сигнала и2, пропорциональному току !, на опорный квазигармонический сигнал щ. В результате на выходе блока перемножения

6 формируется сигнал

u6 = К2К6((1)0а /stn(cn — y)/, (7) где К6- коэффициент передачи первого блока перемножения 6.

Сигнал и6 поступает на вход первого преобразователя напряжение-частота 14 и преобразуется им в частоту f14 следования

Преобразователь напряжение-частота

14 представляет собой устройство синхронного типа, Среднее значение его выходной частоты пропорционально входному напряжению и6 и частоте тактовых импульсов щ1, поступающих с выхода умножителя час. тоты 11

01а = Kt f»(u6+ UcM), где К11 — коэффициент передачи первого преобразователя напряжение-частота;

UcM — напряжение смещения преобразователя напряжение-частота., . «(азначение напряжения смещения UcM состоит в обеспечении работы преобразова30 талл напряжение-частота с двухполярным входным сигналом. Величина UcM при этом выбирается таким образом, чтобы она равнялась или превышала максимальное значение модуля выходного напряжения блока

ПЕРЕМНОЖЕНИЯ б, т.Е. UCM / ибиакс/

Выходные импульсы преобразователя напряжение-частота t4 поступают на вторые входы первого и второго двухвходовых логических элементов И 20, 21, первые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого Ттриггера 18, а выходы соединены с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика 28, В начале каждого периода измерения to = yT/2ri первый реверсивный счетчик 28 выходным импульсом формирователя импульсов сброса 12 устанавливается в нулевое состояние. Б течении интервала времени to < t = 16,5 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 t4 через первый элемент И 20 поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 28, В результате в момент времени t = tp,6 в первом реверсивном счетчике 28 записывается

2003113 число 28 = 7. u14=p K14f»(us+ Осм)д :

У.„

С учетом (2), (5}. (6), (7) и условия

/sin(cut y) / = sin(М ), при to < t "- t0,5 значение и 28 равно

N 128 K14 1, (K2KSUasln(et y) x

Х g IMmsin(tn tut — ф в) + UM)dt

m=1

В течении второго полупериода измерения t0,5 < t t1 на прямом выходе первого

Т-триггера 18 действует сигнал логического нуля, а на инверсном — сигнал логической 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 обратного счета содержимое первого реверсивного счетчика 28 уменьшается на величину

N 28 = 7014 =J1 КК14 ff11(U6++UucM)ddt

1O,5W

С учетом (2), (3), (5), (6); (7) и условия

/Sin(Ж ) ) / = -Sin(ЙЛ ) ) ApH Ф),5 < т — - 11 значение N 28 равно

И

N 28 = К14 Т f,05 (K2KSUaSin(et y) Х х," „!м„з!п(т ил -ф „)+ UcM)dt.

m=1

В результате, в момент времени t = t1, т,е. в конце первого периода измерения, в первом реверсивном счетчике 28 записывается в двоично-дополнительном коде число ч28 = N 28 — N 28 = К2КбК14 — x ! П nUa я1

Т .to

Х Sin(иЛ -у ) QIMmSin(nl Nt — y )dt =

m = 1

=K2K5K14nUaiM1 cos(y 1/ 1) = Кп.T. М1 х

2 х cos(y — ф 1), (8) .где Кп.т. = — K2KeK14nUa — коэффициент пе1

2 редачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники тока на ось sinx базиса (щ, щ).

Знак числа N28 определяется значением старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 28. Положительному значению N28 соответствует 0 в старшем разряде, а отрицательному значению 1.

В момент времени t = t1 = Т(1 + y/2Æ) выходнвм импульсом формирователя импульсов записи 10 производится запись содержимого nepsoro реверсивного счетчика

28 в первый буферный регистр 32. Затем выходным импульсом формирователя импульсов сброса I2 производится установка

5 в нулевое состояние первого реверсивного счетчика 18, Далее процесс повторяется.

При этом в течение последующего периода измерения в первом буферном регистре 32 хранится число In.ò = N28 "

10 Кп.т.lv1cos(y-ф1), пропорциональное амплитудному значению проекции на ось slnx базиса (щ, ц5) основной гармоники несинусоидального тока.

Выделение проекции основной гармо15 ники несинусаидального тока (5) на ось cosx ортогонального базиса (ц4, О5) осуществляется аналогичным образом, Второй блок перемножения 7 выполняет умножение сигнала и2. пропорционального току i, на

20 опорный квазигармонический сигнал U5. В результате на выходе блока перемножения

7 формируется сигнал ц7 = K2K7i(t)Ua /Соз(СО t — y) /, 25

30 где К7 — коэффициент передачи второго блока перемножения 7.

Сигнал и7 поступает на вход второго преобразователя напряжение-частота 15, на выходе которого формируется последовательность импульсов О15 с частотой т15 К15т11(О7 + UCM), где К15 — коэффициент передачи второго преобразователя напряжение-частота 15.

35 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

40 прямому и инверсному выходам второго Ттриггера 19, а выходы соединены с с. ммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика 23. В начале каждого периода t0 yT/2î измерения второй ре45 версивный счетчик 29 выходным импульсом формирователя импульсов сброса 12 устанавливается в нулевое состояние. В течение интервала времени to < t «то,25 на прямом выходе второго Т-триггера ".9 действует сиг50 нал логического нуля, а на инверсном — сигнал логической единицы. Следовательно, импульсы с выхода a1oporo преобразователя напряжение-частота 15 через четвертый элемент И 23 поступают на вычитающий

55 вход второго реверсивного счетчика 29, где происходит обратный счет импульсов. В результате в момент времени t = то,25 во втором реверсивном счетчике 29 в двоично-дополнительном коде записывается число

2003113

+ 29 = g а1"= К15т11(о7 + 1-!СМ)ат =

1о <1. =В,25

=K15 — - j1 (K2K7UaCOS(N t ) !Мщэ!П(ГПЮ t 5 и = 1 ф) + Ucvfdt.

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 to,25 <

< t « to,75 на прямом выходе второго Т-триггера 19 действует сигнал логической едини- 15 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- 20 го счета содержимое второго реверсивного счетчика 29 изменяется на величину ! 29 = X а15 =/1о 25 К15И1(а7 + Uc ) t =

10,25 1- Ь,75

=К15 —.и р 75 (К2К70 cos(et — У)2!мз!П(в t ф )+ Ucg}dt = К15 — f, (К2К70 соз(йм g) х муз!п(1п an — ф,) — Осм)йт.

m=1

В течение интервала времени to,75 <

< t «ц на прямом выходе второго Т-триггера

19 действует сигнал логического О, а на инверсном — логической единицы. Следова- 35 тельн.а, в реверсивном счетчике 29 происходит обратный счет импульсов и15, в течение которого его содержимое изменяется на величину

N 29 = ОП= -,г Ktdftl(U7+UCM)dt

Ш

0,75 т «г! 10,75 — K15 Т g (K2K7Uacos Ntg !муз!п(Я М

I m=1

-ф m) + Ucv)dt.

Таким образом, в момент времени t = t1, т.е. в конце периода измерения, ва втором реверсивном счетчике 29 в.двоична-дополнительном коде записывается число ! ч29 — !t! 29 + !ч 29 + !ч 29 -К2К7К15 — Ua> ! 1! 1И A

Т

СO

>J саз(йй ) !муз!п(пк01-ф m)clt= — К2К7К15 в=1 55 х —" ЖМ1З!пф- ф1) = Кп,т"!М1З!Л(у- ф1). (9) * где Кп.т = — K2K7K15nUa — коэффициент пе2 редачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники несинусоидального тока на ось cosx базиса (u4, u5), Знак числа N29определяется значением старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 29. При отрицательном числе N29 в старшем разряде записывается 1, при положительном — записывается О.

В момент времени t = t! выходным импульсом формирователя импульсов записи

10 производится запись содержимого второго реверсивного счетчика 29 во второй буферный регистр 33. Затем выходнь м 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 = !29 = Кп.т !м18!п() ф1), прапор, цианальное проекции основной гармоники несинусоидального тока на ось соах базиса (щ. щ).

Выделение проекций основной гармоники несинусоидального напряжения (1) на оси базиса (щ, u5) осуществляется аналогичным образом. Третий и четвертый блоки перемножения 8 и 9 выполняют умножение сигнала и1, пропорционального напряжению и, на опорные квазигармонические сигналы соответственно о4 и щ, которые затем преобразуются преобразователями напряжение-частота 16 и t7 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 (t = t1) в третьем реверсивном счетчике 30 записывается число

Un.н. = Nso = Кп.н0м1э !л у, (1 0) где Кп.н = — K1 ÊýÊ15ï !.4 — коэффициент пере1

2 дачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники напряжения на ось sinx базиса (u4, v5);

К1 — коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения;

Кэ — коэффициент передачи третьего блока перемножения, К 15 — коэффициент передачи третьего преобразователя напряжение-частота синхроннога типа 16.

Аналогично в конце периода измерения (t = t1). в четвертом реверсивном счетчике

31 записывается число

2003113

Un.н* = Йз1= Кп.н* м1саз), (11)

* 1 где Кп.н - — K1KgK1ynU> — коэффициент пе2 редачи измерительного преобразователя для проекции основной гармоники напря- 5 жения на ось coax базиса (ил, us);

Kg — коэффициент передачи четвертого блока перемножения;

К17 — коэффициент передачи четвертога преобразователя напряжение-частота синх- 10 раиного типа 17, В момент времени t =- t1 выходным импульсом формирователя импульсов записи

10 производится запись содержимых третьего и четвертого реверсивных счетчиков 34 15 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 ревер- 20 сивных 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 0п.н и 0п.н, пропорциа- 25 нальные проекциям основной гармоники несинусоидального напряжения на оси соответственно sinx u coax базиса (щ, u>).

По сигналу с выхода формирователя импульсов сброса 12, поступающего на вход 30

INT микроЭВМ 36 (вход запроса прерывания на обслуживание измерительного преобразователя) и микроЭВМ 36 происходит вызов подпрограммы, по которой осуществляется считывание кодов с буферных реги- 35 страв 32-35, Далее производится вычисление параметров основных гармоник несинусоидальных напряжения и тока по следующим формулам: — амплитудное значение основной гар- 40 моники напряжения

ОМ1 = — действующее значение аснавнай гар- 45 моники напряжения

u1 = 0М1!Ж; — амплитудное значение основной гармоники така

50 — действующее значение основной гармоники тока

I1 = 1м1/ 2; 55 — угол сдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока п.т. Оп.н., ф1 = arctg — — — arctg —

In.T. Un.í. — амплитудное и действующее значения синфазнай составляющей основной гармоники така

Ih41ce Ihh1cos7p 1;

I1cy = I1coa ф1, — амплитудное и действуа цее значения квадратурнай составляющей основной гармоники тока ! м1 = l>g>sin ф1;

11к = 11ain фi; — косинус угла сдвига фаз

COS 1Pi; — активная мощность основной гармоники

Р1= u1I1cos ф; — реактивная мощность основной гармоники

Q1 = u1I1sIn 1 1 — полная мощность основной гармоники

31 =- U) I1.

Результаты вычислений выводятся на дисплей или алфави-,íî-цифровое печатающее устройства, Таким образом, измерение параметров составля ащих тока и напряжения в предлагаемом устройстве осуществляется путем разложения тока и напряжения на ортогональные составляющие в базисе опорных гармонических сигналов(я пх, coax) с последующим вычислением во всех параметров с помощью микроЭВМ по значениям измеренных составляющих. При этом измерение проекций основных гармоник тока и напряжения на аси (sinx, coax) Оазиса осуществляется путем цифрового интегрирования произведений така и напряжения на опорные синусоидальный и косинусоидальный сигналы с помощью четырех реверсивных счетчиков, содержимое которых в конце каждого периода измерения переписываетс» в буферные регистры, иэ которых вводится в микроЭВМ, Так как результаты измерения проекций основный гармоник тока и напряжения на оси базиса не зависят ат уровня высших гармоник измеряемых сигналов и изменений их частоты, чта следует из формул (8), (9), (10) и (11), то следовательно, предлагаемое техническое решение отличатся от прототипа повышенной точностью. Кроме того, эа счет использования микраЭВМ расширяются функциональные возможности устройства, а именно, обеспечивается выполнение измерений амплитудных и действующих значений основной гармоники напряжения, синфазной и квадратурной составляющк < основной гармоники тока, угла сдвига фаз между основными гармониками напряже2003113

20 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 Fq(x) /stnx/, О х., второе ПЗУ 40, хранящее коды функции Fz(x)

" =/созх/, О хЯл:,первый 41 и BTopQA 42 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).

При этом вход формирователя импульсов сброса 37 служит управляющим входом устройства, а выход подключен к R-входу счетчика 38, счетный вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен 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 ад с выхода делителя частоты 13. На выходе формирователя им:пульсов сброса 37 формируются короткие импульсы в моменты времени, соответствующие положительным и отрицательным фронтам импульсов ез, т.е. началу и середине каждого периода измерения. Эти импульсы поступают на R-вход счетчика 36 и производят его сброс в моменты. времени

t =- to,s u t = t>. На счетный вход счетчика 38, который является информационным входом устройства, поступают импульсы 1ц 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 Fq(x)" /з!пх/, О<х ж и Fz(x) =

=/созх/, О хм . При действии на входах

ПЗУ 39 и 40 кода, пропорционального линейно-изменяющемуся напряжению, с выхода счетчика 38, на их выходах

20

25 . Другими достоинствами измерительно30

40- функционирования автоматических систем регулирования режимов работы электрооборудования.

10 формируются цифровые сигналы цзз =

=/sin(Ot — g /и о4о = / соз(вс - /) . 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 квазигармонические сигналы u4 = U / з!п(в t +/ и щ = Ua /соз(цл -- )/ . При этом опорные сигнаЛы и4 и щ 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 расширить функциональные возможности устройства.

ro преобразователя являются; — малая чувствительность к изменениям частоты 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

% 1397843, кл. G 01 Я 19/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

f4 1485141, кл. 6 01 R19/06,,1987.

20031 j3

Ф о р м у л d и з о б р е т е H и л синхроннаГО типа, отличающийсл тем, чго в не|о дополнительно введены третий и

Ы четвертый блОки перемножения, третий и

ГАРМОНИК ТОКА И 1 АПРЯЖЕНИЯ, - е| верть 1 преобра ователи» апряжение

|- частота синхроннОГО типа, пятыЙ Восьмой держащий первичный преобразователь на- > ло ические элементы И, тр тий и четвеппрлжения, вход которого соединен с тый ревеосивные счетчики им| ульсов, т епотенциальной входной шиной преобразотий и четвертый буферные регистры и вателя, а выход через последовательно сомикроЭБМ, к параллельным портам котоединенные фильтр нижних частот, рай подключены Выходы первого - четвепумножитель частоты и делитель частоты того буферных регистров, а к вход соединен с объединенными Входами первого и вто ога Т-триггеров, первичный преобразователь тока, вход которого саемерительного поеоЬразователл подключенн Вь!Хад сЬормирователя имп льсов сб af5 са, первые входы третьего и четвертого

ЗОВателя, а ВыхОд - с перВыми Входами бла ко в перемножения объединен ы и подпервого и второго блоков перемноженил, ключены к вь.ходу первичного ппеобпазовторые входы которых подкл|очень соотВателя напряжения, втопые входы ветствеHHQ к выходам первого и второго соединены с выходами соответственно функциональных преобразователей, а вы- 2 вы 20 первого и второго функциональных ппеог ходы — к входам соответственно первого и второго преобраз е

oãî и разава-.елей, а выходы падкл1ачены»второго прео разователей напряжение-чафармационным входам саотретственно стота синхронного типа, синхронизируюГретьего и четвертога и Еоб |азователей и напряжение — частота, синхро»|изирующие к выходу умна>«ителя частоты, первые вхозователей и к выходу умножителл частоты, ды пятОГО и шестаГО двухвхадавых элементов И подключены соответственно к ние-часто а синхронного типа соединен с прямому и инверсномч выходам пепвого Tвторыми входами первого и второго эле- ЛР триггера, вторые входы объединены и подИ соединен с прямым выходом первого Тключен ы к выход ду р тьега т етьега преобразователя напря>кение - частота, а триггера и входом формирователя импульвыходы подключены соответственно к с мС-входами первого и второго буферных ре- 35 мирующему и Вычитаю цем входам т етьега реверсивного счетчика, выход которого гистров и через формирователь импульсов с роса подключен к -входам первого и . соединен с информационнь м входом третьего буферного пегистпа, первые вховторого реверсивных счетчиков ды седьмого и Восьмого двухвходовых лосов, выходы которых подсоединены соат- Г| гических элементов И подкл|очены ветственно к информационным входам соответственно к прямому и инверсному первого и второго буферных регистров, вы- выхадам второго Т-триггера, вторь е входы ход первого элемента И соединен с суммиобъединены и подключены к выха, у четрующим входом первого реверсивного вертаго преобразователя напряжение — часчетчика импульсов, вычитающий вход ко45 стота, а ВыхОды - cGoTBpTOTBQHHO к торого соединен с выходом второго эле- суммируюшему и вычитающему входам мента И, первый вход которого соединенчетвертага реверсивного счетчика, выход инверсным выходам nepaora Т-.триггера, входу четвертого б е ного с первым входом третьего элемента И, а „

Щ входы третьего и четвертого реверсивных инверсный выход — с первым Входом четсчетчиков объединены и подключены к выве того элемента И, выходы третьего и ходу формирователя импульсов сброса, Счетвертого элемента И подключены соотвхады третьего и четвертога буферных ветственно к суммиру|ощему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика 55 ходу формирователя импульсов зап ici«упимпульсов, а вторь е входы третьего и четвер-ого элеме о И б равляюьцие входы первого и Второго вертого элементов | объединены и падсофункциональных преобразователей абъеединены динены и подключены к выходу делителя| преоЬразователя напряжение - частота частоты.

2003113

2003113

Составитель С.МалаФееа

Техред М.Моргентал КорректоР, М.Максимишинец

Редактор Н.Семенова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3232

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