Анализатор огибающей сигнала

 

Использование: контроль качества электроэнергии систем электроснабжения. Сущность изобретения: анализатор огибающей сигнала содержит входной блок, фильтр прямой последовательности, последовательно соединенные блок выборки-хранения, аналоговый коммутатор, выпрямитель, избирательный усилитель, блок выделения эффективных значений, регистратор, а также блок управления, фильтр прямой последовательности содержит трехстержневой измерительный трансформатор, фазовращатель на 90° и сумматор, блок управления содержит последовательно соединенные генератор, тактовых импульсов, элемент ИЛИ - НЕ, элементы задержки, второй элемент ИЛИ - НЕ. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к контролю качества электроэнергии систем электроснабжения.

Известно устройство, содержащее блок формирования амплитуды, блок управления, входной блок и последовательно соединенные избирательные усилитель, фазовый детектор и регистратор [1].

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее входной блок и последовательно соединенные избирательный усилитель, фазовый детектор, опорным входом соединенный с блоком управления, и регистратор [2].

Общим недостатком известных устройств является то, что они не позволяют обеспечить достаточную информацию о исследуемом сигнале из-за возможности получения независимо от продолжительности периода наблюдения лишь одного результата измерения.

Кроме того, они также не позволяют наблюдать одновременно за несколькими сигналами.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения контроля сигналов многофазных сетей, что позволяет получить одновременно четырех характеристики - три функции распределения значений амплитудной модуляции линейных напряжений и функцию распределения значений амплитудной модуляции напряжения прямой последовательности.

Цель достигается тем, что в анализатор огибающей сигнала, содержащий входной блок, последовательно соединенные избирательный усилитель и блок выделения эффективных значений, опорный вход которого соединен с первым выходом блока управления, регистратор, введены последовательно соединенные фильтр прямой последовательности, блок выборки-хранения, аналоговый коммутатор и выпрямитель, выход которого соединен с входом избирательного усилителя, выход блока выделения эффективных значений соединен с входом регистратора, стробирующий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с адресным входом аналогового коммутатора, а четвертый и пятый выходы соединены с входами записи блока выборки-хранения, второй, третий и четвертый информационные входы которого соединены с соответствующими входами фильтра прямой последовательности и выходами входного блока, входы которого соединены с входными клеммами устройства, второй, третий и четвертый выходы блока выборки-хранения соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора.

Фильтр прямой последовательности содержит фазовращатель на 90^о, сумматор и трехстержневой измерительный трансформатор, имеющий три первичные обмотки, подключенные к входам фильтра, одну вторичную обмотку, расположенную на первом стержне, и по две вторичные обмотки, расположенные на втором и третьем стержнях, вторичная обмотка, расположенная на первом стержне, имеет число витков, создающее напряжение, равное 1/3 напряжения на первичной обмотке, причем вторичные обмотки образуют две цепи, первая из которых состоит из последовательно и встречно включенной вторичной обмотки, расположенной на первом стержне, и согласно соединенных вторичных обмоток, расположенных на втором и третьем стержнях и имеющих число витков, создающее напряжение, равное 1/6 напряжения на первичных обмотках, расположенных на этих стержнях, вторая цепь состоит из последовательно и встречно соединенных вторичных обмоток, расположенных на втором и третьем стержнях, создающих напряжение, равное /6/6 напряжения на первичных обмотках, расположенных на этих стержнях, первый вывод первой цепи соединен с началом вторичной обмотки, раcположенной на первом cтержне, и c первым входом cумматора, второй вывод первой цепи cоединен c общей шиной, первый вывод второй цепи соединен с началом вторичной обмотки, расположенной на втором стержне, и через фазовращатель на 90^о - с вторым входом сумматора, выход которого соединен с выходом фильтра, второй вывод второй цепи соединен с общей шиной.

Блок управления содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй элементы задержки, выход второго элемента задержки соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с первым выходом блока, второй элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым выходом блока, а входы соединены соответственно с выходами генератора тактовых импульсов, первого элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента задержки, которые также соединены с пятым, четвертым и третьим выходами блока соответственно.

Сопоставленный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

По отличительным существенным признакам был проведен поиск известных решений в науке и технике. Известных решений не найдено, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Принципиальное отличие предлагаемого изобретения от прототипа заключается в том, что заявляемое устройство за счет введения в него цепочки из последовательно соединенных фильтра прямой последовательности, блока выборки-хранения, коммутатора и выпрямителя, включенной между входным блоком и избирательным фильтром, позволяет обеспечить как измерение, так и статиcтический анализ амплитудной модуляции трех линейных напряжений и их составляющей прямой последовательности, что тем самым обеспечит широкое внедрение в практику эксплуатации трехфазных электросетей мероприятий, направленных на снижение амплитудной модуляции для повышения качества электроэнергии. Таким образом, разница в результате исследования известного объекта-прототипа и объекта по заявляемому техническому решению позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "положительный эффект".

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного анализатора огибающей сигнала; на фиг.2 - блок-схема фильтра прямой последовательности; на фиг.3 - блок-схема блока управления; на фиг.4 - временные диаграммы напряжений на выходах отдельных составных элементов, иллюстрирующие его работу; на фиг.5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления.

Анализатор огибающей сигнала содержит входной блок 1, фильтр 2 прямой последовательности, последовательно соединенные блок 3 выборки-хранения, аналоговый коммутатор 4, выпрямитель 5, избирательный усилитель 6, блок 7 выделения эффективных значений, регистратор 8, а также содержит блок 9 управления. Входы входного блока 1 соединены с входными клеммами А, В, С измерителя, а выходы - с входами 10-12 фильтра 2 прямой последовательности. Входы 10-12 и выход 13 фильтра соединены с входами блока 3 выборки-хранения. Выходы 14-18 блока 9 управления соответственно соединены с входом разрешения записи и входом стробирования выборки блока 3 выборки-хранения, с адресным входом коммутатора 4, с опорным входом блока 7 выделения эффективных значений и с разрешающим работу входом регистратора 8.

Фильтр прямой последовательности (фиг.2) состоит из трехстержневого измерительного трансформатора 19, фазовращателя 20 на + 90^о и сумматора 21. Входные зажимы трансформатора 19 соединены с входами 10-12 фильтра, а выходные зажимы - с входами сумматора 21 и фазовращателя 20, выходом соединенного с сумматором, выход которого соединен с выходом 13 фильтра прямой последовательности.

Блок управления (фиг.3) выполнен в виде блока, содержащего последовательно соединенные генератор 22 тактовых импульсов, элемент ИЛИ-НЕ 23, элементы 24 и 25 задержки, выходы каждого из которых, кроме последнего, выходом соединенного с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 23, соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 26, а выходы каждого из узлов являются выходами 14-18 блока управления.

Устройство работает в два этапа в каждом из циклов анализа.

Первый этап. Трехфазное напряжение сети понижается входным блоком 1, выполненным в виде измерительного трансформатора, после которого линейные напряжения подаются на входы 10-12 фильтра 2 прямой последовательности для выделения из них составляющей прямой последовательности. Эти линейные напряжения и их составляющая прямой последовательности по сигналу U₁₄ (фиг.5, время записи в память t_з.п. (пр. АВ, ВС, СА) блока 9 управления записываются в блок 3 выборки-хранения. Блок 3 является аналоговой памятью входных сигналов, хранящей информацию о входных напряжениях, приведенную к единому моменту времени, и считывающей данные, подлежащие обработке.

Второй этап. После заполнения блока 3 выборки-хранения данными, устройство переходит в режим обработки (фиг.5, время обработки t_обр.).

Пока сигнал управления U_упр с выхода генератора 22 тактовых импульсов (фиг. 3), поступающий на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 23, при записи входной информации равен логической единице (фиг.5, время t _з.п. (пр. АВ, ВС, СА), на его выходе сформирован нуль, какими бы ни были сигналы на другом входе, как показано на графиках фиг.5 около начала оси времени. Поэтому нуль с выхода элемента ИЛИ-НЕ 23, пройдя элементы 24 и 25 задержки, поступает на его вход (U_вх=U₁₇=0), не изменяя его состояние.

Через время t_з.п. (пр. АВ, ВС, СА) (фиг.5) тактовый генератор 22 переходит в режим "Пауза" (U_упр=U₁₄=0), и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 23 появляется сигнал U₁₅=1 (фиг.5, время выборки t_выб.1), которым блок 9 управления переводит блок 3 выборки-хранения в режим считывания (выборки), т.е. начинается прием информации, подлежащей обработке. (Данная информация может быть одним из напряжений U_пр U_АВ, U_ВС, U_СА, поэтому в процессе обработки они обозначены индексами 1-4 на графиках фиг.5).

Через время τ₁ эта единица с выхода элемента ИЛИ-НЕ 23 достигает выхода элемента 24 задержки, т.е. U₁₆=1 (фиг.5, время подключения t_под.1), по которому блок 9 управления дает коммутатору 4 команду на подключение считанного сигнала U₄ (фиг.4а) с выхода блока 3 выборки-хранения на вход выпрямителя 5. Выпрямитель преобразует и стробирует спектр поступающего сигнала, и на его выходе формируется напряжение U₅ (фиг.4б), которое подается на вход избирательного усилителя 6. Избирательный усилитель, резонансная частота которого равна частоте следования выпрямленных импульсов, усиливает поступающий сигнал и на его выходе появляется сигнал U₆ (фиг.4в), амплитуда которого пропорциональна разности наибольшей и наименьшей амплитуд модулированного напряжения (фиг.4а, U₄), а фаза определяет, какая из амплитуд больше.

Через время τ₂ эта единица с выхода элемента 24 задержки достигает выхода элемента 25 задержки (фиг.5г, время опорного сигнала t_о.с.1) и поступает на опорный вход блока 7 выделения эффективных значений, на информационный вход которого подается синусоидальный сигнал с выхода избирательного усилителя 6. Блок выделения эффективных значений преобразует указанный синусоидальный сигнал в пропорциональное напряжение U₇(фиг.4г), представляющее собой значение амплитудной модуляции Δ U_мод=U_н.б.а.-U_н.м.а., которое поступает на регистратор 8.

Для записи полученной информации служит элемент ИЛИ-НЕ 26 с тремя входами, на выходе которого лог."1" формируется лишь при нулях на всех его входах, т.е. U₁₄, U₁₅ и U₁₆. На фиг.5 штриховыми линиями введены те отрезки времени, на которых указанные три сигнала равны 0 и, следовательно, U₁₈=1 (фиг.5д, время записи в регистратор t_з.р.i).

Появление лог."1" на выходе элемента 25 задержки создает U_вх=U₁₇=1, что вызовет появление нового нулевого сигнала U₁₅=0 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 23, и процесс будет так повторяться до тех пор, пока не совершится обработка записанных в блоке выборки-хранения входных сигналов. Затем весь цикл заново повторяется при дальнейшем анализе, причем продолжительность каждого цикла (фиг. 5, время цикла Т_цi) соответствует периоду следования выходных импульсов тактового генератора 22.

После накопления достаточного объема информации по содержимому регистратора измерителя строятся функции распределения значений амплитудной модуляции линейных напряжений и их составляющей прямой последовательности, по которым оценивается качество напряжения исследуемой трехфазной сети.

Формула изобретения

1. АНАЛИЗАТОР ОГИБАЮЩЕЙ СИГНАЛА, содержащий входной блок, последовательно соединенные избирательный усилитель и блок выделения эффективных значений, опорный вход которого соединен с первым выходом блока управления, регистратор, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения контроля сигналов многофазных сетей, введены последовательно соединенные фильтр прямой последовательности, блок выборки-хранения, аналоговый коммутатор и выпрямитель, выход которого соединен с входом избирательного усилителя, выход блока выделения эффективных значений соединен с входом регистратора, стробирующий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с адресным входом аналогового коммутатора, а четвертый и пятый выходы соединены с входами записи и считывания блока выборки-хранения, второй, третий и четвертый информационные входы которого соединены с соответствующими входами фильтра прямой последовательности и выходами входного блока, входы которого соединены с входными клеммами устройства, второй, третий и четвертый выходы блока выборки-хранения соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора.

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что фильтр прямой последовательности содержит фазовращатель на 90^o, сумматор и трехстержневой измерительный трансформатор, имеющий три первичные обмотки, подключенные к входам фильтра, одну вторичную обмотку, расположенную на первом стержне, и по две вторичные обмотки, расположенные на втором и третьем стержнях, вторичная обмотка, расположенная на первом стержне, имеет число витков, создающее напряжение, равное 1/3 напряжения на первичной обмотке, причем вторичные обмотки образуют две цепи, первая из которых состоит из последовательно и встречно включенной вторичной обмотки, расположенной на первом стержне, и согласно соединенных вторичных обмоток, расположенных на втором и третьем стержнях и имеющих число витков, создающее напряжение, равное 1/6 напряжения на первичных обмотках, расположенных на этих стержнях, вторая цепь состоит из последовательно и встречно соединенных вторичных обмоток, расположенных на втором и третьем стержнях, создающих напряжение равное /6 напряжения на первичных обмотках, расположенных на этих стержнях, первый вывод первой цепи соединен с началом вторичной обмотки, расположенной на первом стержне, и с первым входом сумматора, второй вывод первой цепи соединен с общей шиной, первый вывод второй цепи соединен с началом вторичной обмотки, расположенной на втором стержне, и через фазовращатель на 90^o с вторым входом сумматора, выход которого соединен с выходом фильтра, второй вывод второй цепи соединен с общей шиной.

3. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый элемент ИЛИ -НЕ, первый и второй элементы задержки, выход второго элемента задержки соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ - НЕ и с первым выходом блока, второй элемент ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с вторым выходом блока, а входы соединены соответственно с выходами генератора тактовых импульсов, первого элемента ИЛИ - НЕ и первого элемента задержки, которые также соединены с пятым, четвертым и третьим выходами блока соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5