Способ определения постоянной составляющей напряжения

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерительном преобразовании активной и реактивной мощностей, при измерении ортогональных составляющих напряжения и тока. Сущность изобретения: способ определения постоянной составляющей напряжения, представляющего собой сумму постоянной составляющей с составляющей удвоенной промышленной частоты и затухающей составляющей промышленной частоты, заключается в том, что измеряют пять мгновенных значений напряжения через четверть периода промышленного тока, а постоянную составляющую определяют по формуле U₀= U₁(U₄+U₅)+U₂(U₅-U₃)-U₃(U₃+U₄)/2(U₁-2U₃+U₅) 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности при измерительном преобразовании активной и реактивной мощностей, измерении ортогональных составляющих напряжения и тока.

Известен способ выделения постоянной составляющей U_o напряжения из его суммы с составляющей удвоенной промышленной частоты U(2 ω)=U₁sin(2 ω t+ ϕ₁) (ω - промышленная частота, U₁ - амплитуда, ϕ₁ - начальная фаза) суммированием двух значений напряжения, взятых через полпериода Т= π /2 ω переменной составляющей. Недостатком способа является недопустимо большая погрешность определения постоянной составляющей напряжения U=U_o+U₁sin(2 ω t+ ϕ₁) + U₂l^-α^tsin( ωt+ϕ₂) в виде суммы составляющих U_o,U(2 ω) и затухающей гармонической составляющей промышленной частоты U( ω)=U₂l^-α^t -sin( ωt + ϕ₂) с амплитудой U₂, коэффициентом затухания α и начальной фазой ϕ₂.

Целью изобретения является повышение точности выделения постоянной составляющей напряжения из его суммы с составляющей удвоенной промышленной частоты и затухающей гармонической составляющей промышленной частоты. Для этого измеряют пять мгновенных значений напряжения с интервалом, равным четверти периода промышленного тока Т=5 мс и формируют первое, второе, третье произведения умножением сумм четвертого и пятого: третьего и четвертого; разности пятого и третьего на первое, третье и второе мгновенные значения напряжения соответственно и разделив половину суммы первого, второго и разности третьего произведений на сумму первого, пятого и разности удвоенного третьего мгновенного значения напряжения получают постоянную составляющую.

Как показали проведенные нами расчеты, предложенный способ позволяет выделить точные значения постоянной составляющей напряжения и независимо от параметров его составляющих.

В просмотренных источниках информации нами не обнаружены указанные отличительные признаки. Следовательно предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

Устройство, реализующее предложенный способ, может быть выполнено следующим образом (см. чертеж).

Выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1 подключен к информационным входам пяти параллельных регистров RG1-RG5 (блок 5), а синхровход АЦП 1 подключен к выходу тактового генератора импульсов (ГИ) 3. Выход ГИ 3 подключен также к входу счетчика импульсов (Сч) 4 и информационному входу демультиплексора (DMS) 5, к адресным входам которого подключены выходы Сч 4. Выходы DMS 5 подключены к синхровходам регистров RGI-RG5. Четвертый, пятый; третий, пятый;третий, четвертый; первый, третий, пятый выходы блока 2 подключены к входам сумматоров (алгебраических) 6, 7, 8, 9 соответственно, а первый, второй, третий выходы блока 2 подключены к входам умножителей 10, 11, 12 соответственно, к вторым входам которых подключены выходы сумматоров 6, 7, 8 соответственно. Выходы умножителей 10, 11, 12 подключены к входам сумматора (алгебраического) 13, выход которого подключен к входу устройства деления 14, второй вход которого подключен к выходу сумматора 9. К выходу устройства деления 14 подключен информационный вход регистра RG15, синхровход которого через элемент задержки 16 подключен к пятому выходу DMS 5.

Устройство реализует предложенный способ следующим образом.

На вход АЦП 1 поступает напряжение U, на синхровход которого поступают первый, второй, третий, четвертый, пятый тактовые импульсы с выхода ГИ 3 и на выходе АЦП 1 появляются в моменты времени t₁, t₁+ T, t₁+2T, t₁+3T, t₁+4T цифровые значения напряжений U₁, U₂, U₃, U₄, U₅соответственно поступающие на информационные входы блока 2. С выхода ГИ 3 импульсы также поступают на входы Сч 4 и DMS 5. В зависимости от номера пришедшего тактового импульса Сч 4 устанавливается в соответствующее состояние, что позволяет DMS 5 (в зависимости от информации на его адресных входах) "пропустить" тактовые импульсы на один из пяти своих выходов, которые позволяют записать информацию с выхода АЦП 1 в соответствующие регистры блока 2. За пять последовательных тактов информация будет записана во все пять регистров. С выхода регистров RG1-RG5 до входа регистра 15 информация обрабатывается асинхронно. С выхода блока 2 напряжения U₄, U₅; U₅, U₃; U₃, U₄; U₁, U₃, U₅ поступают на входы сумматоров 6, 7, 8, 9, на выходах которых формируются напряжения U₄+U₅; U₅-U₃; U₃+U₄; 2(U₁-2U₃+U₅) соответственно, причем в сумматоре 9 из напряжения формируется напряжение 2U₃ сдвигом его в сторону старшего разряда, а из напряжения U₁-2U₃+U₅ формируется слагающая 2(U₁-2U₃+U₅) также сдвигом этой суммы в сумматоре 9 в сторону старшего разряда. На входы умножителей 10, 11, 12 поступают напряжения U₄+U₅; U₅-U₃; U₃+U₄ с выходов сумматоров 6,7,8 и напряжения U₁, U₂, U₃ с выходов блока 2 соответственно, а с выходов умножителей 10, 11, 12 поступают напряжения U₁(U₄+U₅); U₂(U₅-U₃); U₃(U₃+U₄) соответственно на входы сумматора 13. С выходов сумматоров 9, 13 напряжения 2(U₁-2U₃+U₅), U₁(U₄+U₅)+U₂(U₅-U₃)-U₃(U₃+U₄) соответственно поступают на входы устройства деления 14, с выхода которого напряжение U_o= [U₄(U₄+U₅)+U₂(U₅-U₃)-U₃(U₃+U₄]/[2(U₁-2U₃+U₅)] поступает на вход RG15.

По окончании переходных процессов в сумматорах, умножителях, устройстве деления полученная информация записывается в RG15 по приходу задержанного импульса (посредством элемента задержки 16) с выхода 5 DMS 5, т.е. в конце цикла. Таким образом раз в цикл информация на выходе RG 15 изменяется.

Предлагаемый способ выделения постоянной составляющей напряжения основан на решении системы уравнений определяющих мгновенные значения напряжения в виде сумы постоянной составляющей, составляющей удвоенной промышленной частоты и затухающей гармонической составляющей промышленной частоты, различающиеся интервалом дискретизации Т=5 мс. Решение системы уравнений (1) относительно постоянной составляющей представляет собой выражение U_o = (2) Очевидно, что выражение (2), являющееся корнем системы уравнений (1), имеет место практически при всех значениях параметров U_o, U₁, U₂, t₁, ϕ₁, α, ϕ₂ напряжения U.

Достоверность соотношения (2) подтверждена расчетами на программируемом микрокалькуляторе МК-61. Так, например, при значениях U_o=1,29 B, U₁=2,1 B, U₂= 2,7 B, t₁= 10^-3 c, ω = 100 π , ϕ₁= 2 рад., ϕ₂= 7 рад., α= 200, Т=5 мс расчет по выражению (2) с использованием (1) позволяет получить U_o=1,29 B, а согласно известному способу при сложении двух значений U₁, U₂, сдвинутых на полпериода составляющей U(2 ω), получается погрешность вычисления U_o, достигающая до 100%.

Вышеприведенное выражение (2) для вычисления постоянной составляющей напряжения в виде суммы U_o с составляющей удвоенной промышленной частоты и затухающей гармонической составляющей промышленной частоты можно использовать, например, при вычислении активной, реактивной мощностей, ортогональных составляющих тока в цепях с электромагнитными переходными процессами.

I ] = (3) I ]= (4) =cst] (5)
=snt]
(6)
где Р,q - мгновенные значения активной и реактивной мощностей; U' , U '' - мгновенные ортогональные значения напряжения; i - мгновенное значение тока; U_m, I_m - амплитудные значения напряжения и тока; ϕ_n, ϕ_i - начальные фазы напряжения и тока; I₁ - максимальное значение апериодической составляющей тока; i₁, i₂ - мгновенные ортогональные значения тока; U_1оп, U_2оп - опорные гармонические составляющие промышленной частоты.

Из выражений (3)-(5) следует, что они по структуре совпадают с напряжением U и представляют сумму постоянной составляющей (активной P= U_mI_mcos(ϕ_n - ϕ_i), реактивной Q= U_mI_msin (ϕ_n-ϕ_i) мощностей, ортогональных составляющих I_m sin ϕ_i, I_mcos ϕ_iсоответственно), составляющих удвоенной промышленной частоты (вторые слагаемые) и затухающие гармонические составляющие промышленной частоты. Соотношения (5), (6) представляют собой подынтегральные выражения формул Фурье.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения через четверть периода промышленного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения постоянной составляющей напряжения, представляющего собой сумму постоянной составляющей с составляющей удвоенной промышленной частоты и затухающей составляющей промышленной частоты, измеряют пять мгновенных значений напряжения, а постоянную составляющую U₀ вычисляют по формуле

где U₁ - U₅ - измеренные с первого по пятое мгновенные значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1