Измерительный преобразователь искажений формы кривой переменного напряжения

 

К ПХГКНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 5014795/21 (22) 08.10.91 (46) 15.1193 Бюл. Na 41-42 . (71) Владимирский политехнический институт (72) Комлев ВП„ Андрианов M.B. (73) Компев Вячеслав Петрович; Андрианов Михаил

Васильевич (84) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕПЬ

ИСКАЖЕНИЙ ФОРМЫ КРИВОЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной тех(в) И3 . (») 2003125 С1 (5Ц 5 0 61 И 29 04 нике, а именно к устройствам для измерения искажений формы периодических сигналов и может быть использовано дпя анализа качества потребляемой энергии в промышленных энергосистемах

Сущность изобретения: устройство содержит входной делитель 1, формирователь 2 импульсов, амп литудный детектор 3, фазовый компаратор 4, вычитатель 5, корректирующий фильтр 6, блок перемножения 7, управляемый генератор В импульсов, делитель 9 частоты и функциональный преобразователь 10 с соответствующими связями. 1 ил.

2003125

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения искажений формы периодических сигналов и может быть использовано для анализа качества потребляемой энергии в промышленных энергосистемах.

Изобретение решает задачу повышения точности измерения искажений формы криВой переменного напряжения в условиях отклонения частоты от номинальной с целью улучшения формы кривой напряжения. и энергетических характеристик промышленных сисгем, Известны устройства измерения и компенсации искажений, содержащие первичный преобразователь (датчик тока или напряжения), заграждающий фильтр первой гармоники, усилитель сигнала Высших гармоник, Выделение сигнала искажений осуществляется подавлением сигнала первой гармоники заграждающим филЪтром, настроенным на фиксированную номинальную частоту входного сигнала, Несмотря на простоту данного технического, решения, его недостатком является неэффективность работы при колебаниях частоты относительнаа номинальной.

Известны также измерители составляющих напряжений в 3-фазнай промышленной сати, содержащие масштабный преобразо-.

Ватель„входы котарагО соединены с шина ми фазных напряжений, а выходы подключены к Входам первого коммутатора, входуправления которого соединен с одним из Выходов блока управления, выход перво го коммутатора соединен с первым входам блока управления непосредственно, а с Входам формирователя импульсов .через фильтр нижних частот, управляемый фазав ращатель и регистратор, Вход управления которого соединен со вторым выходом блока упраВления, Отарой коммутатор, Вклю" ченный между .выходами формирователя импульсов и входам управляемага фазовращателя, фазосдвигатель, два умнажителя частоты, два интегратора, два элемента памяти и амплитудный кампаратор, один выход которого соединен с входом управления управляемого фазавращателя, а второй — с одним входом регистратора, два других входа которого соединены с выходами элементов памяти, первые входы которых подключены к третьему выходу блока управления, причем Второй вход одного элемента памяти подключен к одному выходу управляемога фазовращателя непосредственно. а второй вход второго элемента памяти соединен са вторым выходом управляемого фазавращателя через последовательно включенные интегратор и первый умножитель частоты, вход амплитудного кампаратора подключен через последовательно соединенные второй интегратор, второй умнажитель частоты и фазосдвигатель ко второму выходу управляемого фазовращателя, вторые входы первого и второго умножителей частоты подключены к первому входу блока управления, а Вторые Входы интеграторов подключены к четвертому выхо."0 ду блока управления, второй вход которого соединен с одним из выходов формирователя импульсов.

В известном устройстве измерение составляющих напряжения основано на пода 5 че входного сигнала на низкочастотный избирательный фильтр и выделении первой гармоники периодического сигнала, которая служит для формирования сетки опорных частот, кратных частоте первой

20 гармоники, причем количество частот соответствует требуемому количеству и номерам гармоник, выделяемых из напряжения сети.

Отклонение частоты входного сигнала относительно номинальной на входе ниэкоча2а статного избиратегычага фильтра может приводить к расстройке контура формирования сетки опорных частот, кратных частоте первой гармоники и снижению точности измерения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и решаемой задаче является устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее входной делитель напряжения, включенный между входной шиной и входом режекторнага фильтра, Выход которого подключен ка вхаду усилителя, вычитатель, сумматор, усилитель и переключатель, один вход которого соединен с выходом усилителя и входом дополнительного усилителя, выход которога подключен к второму входу переключателя, выход которого соединен с первым входам сумматора, второй Вход которого соединен с выходом Вычитателя, входы которого соединены соответственно с входом и выходом режектарного фильтра. Известное техническое peuiewe производит уменьшение коэффициента нелинейных искажений, не изменяя его спектральных характеристик, Выделение нелинейных искажений в известном устройстве осуществляется введением режекторнаго фильтра, который подавляет первую гармонику входного сигнала, Недостатком известного устройства является та, что режекторный фильтр настраивается на фиксированное (номинальное) значение частоты входного сигнала и изменение частоты реального входного сигнала приводит к резкому увеличению пагрешно2003125 сти измерения, Другим недостатком известного устаайства является ограниченный диапазон входного напряжения устройства (да 10 — 20 дБ), Целью изобретения является повышение точности измерения искажений формы кривой переменного напряжения при отклонениях частоты от номинальной, Поставленная цель достигается тем, чта в известный измерительный преобразователь искажений формы кривой переменного напряжения, содержащий входной делитель, выход которого соединен с первым входам вычитателя дополнительно введены формирователь импульсов, вход которага соединен с выходом входного делителя, а выход с первым входом фазового компаратора, выход которого через последовательно соединенные корректирующий фильтр, управляемый генератор импульсов и делитель частоты подключен ко второму входу фазового кампаратара. Выходы управляемого генератора импульсов и делителя частоты соединены соответственно с информационным и управляющим входами функционального преобразователя синусоидального опорного сигнала, выход которога подключен к первому входу блока перемножения. Выход входного делителя через амплитудный детектор соединен са вторым входом блока перемножения, выход которого соединен со вторым входом блока вычитателя.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением, предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки; амплитудный детектор, фазовый кампаратор, блок умножения, делитель частоты, управляемый генератор импульсов

Следовательно, предлагаемое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации изобретения повышается точность измерения искажений формы кривой переменного напряжения, чта обусловлено введением контура подстройки частоты и функционального преобразователя синусаидального опорного сигнала.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию

"положительный эффект".

По каждому отличительному существенному признаку проведен поиск известных технических решений в области измерительной техники.

Известны амплитудные детекторы и блоки перемножения, как отдельно взятые элементы конструкции (см. например, Алексеенко, Каломбет Е.А., Стародуб Г.И, Применение прецизионных аналоговых микросхем, — M.: Радио и связь, 1985, с.

170 — 176, с. 93 — 98), Но в предлагаемом техническом решении они в совокупности с функциональным преобразователем работают в качестве формирователя синусоидального опорного сигнала, пропорционального входному сигналу, Известны также фазовый кампаратор, 10 управляемый генератор импульсов и делитель частоты как элементы контуров фаэавай подстройки частоты (см. например, Шило B.Ë. Популярные цифровые микросхемй Справочник, — Челябинск: Металлургия, t989, с. 273-278), обеспечивающие синтез частот, кратных опорной, синхронизацию логического устройства под ирихадящий сигнал, преобразование напряжения— частота. На в предлагаемом техническом решении они выполняют другую функцию, формируя совместно с .функциональным преобразователем синусоидальный опорный сигнал.

Таким образом, укаэанные признаки

25 обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию "существенныеые отличия

На чертеже показана схема измерительного преобразователя искажений.

Измерительный преобразователь искажений формы кривой переменнога напряжения содержит входной делитель формирователь 2 импульсов, амплитудный детектор 3, фазовый кампаратор 4, вычита35 тель 5, корректирующий фильтр 6, блок перемножения 7, управляемый генератор 8 импульсов, делитель 9 частоты и функционал ьн ый преобразователь 10.

Выход входного делителя 1 соединен с

40 первым входом вычитателя 5, а также входами амплитудного детектора 3 и формирователя 2 импульcîâ, выход которого подключен к первому входу фазаво|о кампаратара 4, выход которого через последова45 тельно соединенные корректирующий фильтр 5, управляемый генератор 8 импульсов и делитель 9 частоты подключен ко второму входу фазового компаратора 4.

Выходы управляемого генератора 8 импуль50 сов и делителя 9 частоты соединены соответственно с информационным и управляющим входами функционального преобразователя 10 синусоидального опорного сигнала, выход которого подключен к

55 первому входу блока 7 перемножения, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 3, а выход подключен ко второму входу вычитателя 5, Измерительный преобразователь работает следующим образом.

2003125

30 где f — частота управляемого генератора 8 импульсов;

f — частота входного сигнала.

Некоторое время, таким образом, будет идти переходный процесс автоподстройки 35 частоты, В конце этого процесса установит-. ся режим автоподстройки фазы, поскольку частоты на первом и втором входах фазового компаратора 4 будут равны.

Функциональный преобразователь 10 40 представляет собой цифровой формирователь опорного синусаидальнога сигнала

sinx и работает следующим. образом. В моменты времени, соответствующие положител ьнум и отрицательным фронтам импульсов на выходе делителя 9 частоты, т.е, в моменты, соответствующие началу и середине каждого периода входного напряжения, функциональный преобразователь

10 устанавливается выходным сигналом делителя 9 частоты в начальное состояние.

Далее функциональный преобразователь 10 выполняет преобразование количества импульсов, поступающих с выхода управляемого генератора 8 импульсов на его

Напряжение питающей сети поступает на входной делитель 1, а с его выхода подается на входы формирователя 2 импульсов, амплитудного детектора 3 и первый вход вычитателя 5, С выхода формирователя 2 импульсов на первый вход фазового компаратора 4 поступают прямоугольные импульсы, частота которых равна частоте входного сигнала, а фронты синхронизированы с моментами перехода входного сигнала через нулевой уровень. Последовательно соединенные фазовый компаратор 4, корректирующий фильтр 6, управляемый генератор 8 импульсов и делитель 9 частоты составляют петлю фазавой подстройки сигнала с выхода формирователя 2 импульсов. Сигнал ошибки выхода фазового компаратара 4 сглаживается корректирующим фильтром 6 и поступает на вход управляемого генератора 8 импульсов в такой фазе, чтобы частота сигнала приближалась к частоте сигнала на первом входе фазового кампаратора 4. Для формирования частоты, кратной входной частоте сигнала, выход управляемого генератора 8 импульсов присоединяется ко второму входу фазового компаратора через делитель 9 частоты, причем коэффициент деления .

25 информационный вход, в синусоидальный опорный сигнал

01О = sIn йЛ, где N круговая частота; — текущее время;

U>o — напряжение на выходе функционального преобразователя 10, которое строго синхронизировано с входным напряжением, а частота совпадает с частотой вхаднВго сигнала fc.

Амплитуда синусаидальнога опорного сигнала не зависит от амплитуды входного сигнала и является постоянной величиной.

Формирование первой гармоники входного сигнала осуществляется следующим образом. На выходе амплитудного детектора 3 устанавливается постоянное напряжение, величина которого пропорциональна амплитуде сигнала на выходе входного делителя 1. Блок 7 перемножения выполняет умножение сигнала пропорционального амплитуде входного сигнала с выхода амплитудного детектора 3, на опорный синусоидальный сигнал, с выхода функциональнога преобразователя 10, который строго синхронизирован с входным напряжением, а частота которого совпадает с частотой входного сигнала.

Точность измерения преобразователя повышается за счет введения контура подстройки частоты и функционального преобразователя, т,к. отклонение частоты входного сигнала практически не влияет на результат сравнения в блоке вычитания, и, следовательно, на величину измеряемых искажений. Диапазон измеряемого входного сигнала практически не ограничен и достигнут применением амплитудного детектора.

Использование предлагаемого измерительного преобразователя для анализа качества потребляемой энергии в промышленных энергосистемах позволит повысить точность измерения искажений формы кривой переменного напряжения, улучшить энергетические характеристики промышленного электрооборудования. (563 Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промп редприятий, — M.: Энергаатомиздат, 1984, с. 101—

102.

Авторское свидетельство СССР

М 875309, кл G 01 Я 29/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

f4 911374, кл, 6 01 R 29/04, 1982.

200312b

Составитель 8Хомлев

Техред М,Моргентал Корректор, О.Кравцова

Редактор B.Tðóá÷åíêo

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113036, Москве, Ж-З6, Раушская наб., 4/5

Заказ 3232

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 01

Формула изобретения рователя импульсов и амплитудного

ИЗМЕРИТЕдщцй ПРЕОБРАЗОВА- детектора. выход которого соединен с втоTFJlb 1 КдуЕНрД ФОРМц КрдцОр ПЕ . рым входом блока перемножения, выход

РЕМЕННОГО НАПРЯЖЕННАЯ содержащий делителЯ . частоты соединен с УпРавлЯювычитатель и входной делитель, выход ко- «цим входом функционального преобразоторого соединен с первым входом выч„та вателя и вторым вход« «фазового теля, отличающийся тем, чго в ..не«o компаратора, первый вход которого подвведены формирователь импульсов, wn-: ключен к выходу формирователя импульлитудный детектор, блок перемножения 1 сов, выход управляемого .генератора функциональный преобразователь дели импульсов соединен с входом делителя чатель частоты и последовательно соединен- стоты и информац 10HH«IM входом функциные фазовый компаратор онального преобразователя, выход корректирующий фильтр и управляемый, K0T0ppf подключен к первому входу блока генератор импульсов, причем выход вход- 1 перемножения, выход которого соединен с ного делителя соединен с входами форми вторым входом вычитателя.