Устройство для проверки статистических анализаторов колебаний частоты и фазы напряжения

 

Использование: устройство относится к вычислительной и измерительной технике и может найти применение в электроэнергетике как прецизионный имитатор резкопеременных изменений напряжения. Цель изобретения - повышение точности. Сущность изобретения: устройство содержит прецизионный генератор 1, нуль-орган 4, 3 одновибратора 5 - 7, элемент И 8, триггер 9, двоичный счетчик 10, ПЗУ 11, цифроаналоговый преобразователь 12, источник опорного напряжения 13, 4 резистора 18 - 22, 2 суммирующих операционных, усилителя 2, 3, два коммутатора 14, 15, переключатель 17, кнопка 20. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может найти применение в электроэнергетике как прецизионный имитатор резкопеременных изменений напряжения, используемый для поверки статистических анализаторов колебаний частоты и фазы напряжения.

Известно устройство для определения параметров выбросов напряжения [1], содержащее формирователь прямоугольных импульсов, датчик обратной связи, кнопку, триггер управления, одновибратор, переключатель режима работы, элемент И.

Недостатками аналога являются низкая точность и узкие функциональные возможности - оно предназначено для имитации только выбросов и провалов напряжения прямоугольной формы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования выбросов и размахов напряжения с монотонным изменением параметров [2], содержащее трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, резистор, усилитель мощности, масштабный усилитель, преобразователь код-аналог, реверсивный счетчик, дешифратор, формирователи, одновибраторы, элементы И и ИЛИ, триггеры, датчик обратной связи, делители частоты, переключатель режима работы, индикатор, кнопку.

Недостатками прототипа являются низкая точность и узкие функциональные возможности - оно предназначено для моделирования выбросов и размахов переменного напряжения постоянной частоты и не обеспечивает имитацию колебаний частоты и фазы напряжения.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства за счет получения возможности имитации колебаний частоты и фазы напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для поверки статистических анализаторов колебаний частоты и фазы напряжения, содержащее нуль-орган, элемент И, первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера, вход установки нуля которого соединен через первый резистор с шиной единичного потенциала устройства и через нормально открытые контакты кнопки - с общей шиной устройства, двоичный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, вход опорного напряжения которого подключен к выходу источника опорного напряжения устройства, а выход соединен с первым входом первого суммирующего операционного усилителя, одновибраторы, введены постоянное запоминающее устройство, резисторы, коммутаторы, второй суммирующий операционный усилитель, прецизионный генератор синусоидальных колебаний напряжения, выход которого соединен со входом нуль-органа и вторыми входами первого и второго суммирующих операционных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго коммутаторов, выходы которых объединены и соединены с выходной клеммой устройства, а управляющие входы связаны через контакты переключателя с общей шиной устройства и соответственно через второй и третий резисторы - с шиной единичного потенциала устройства, с которой через четвертый резистор также связан вход установки нуля двоичного счетчика, соединенный через нормально закрытые контакты кнопки с общей шиной устройства, выход нуль-органа соединен с прямым входом первого одновибратора и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с инверсным входом третьего одновибратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого одновибратора, а выход соединен с тактовым входом двоичного счетчика, выход которого соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с объединенными первыми входами первого и второго суммирующих операционных усилителей, выходы старшего разряда двоичного счетчика соединены с тактовым входом триггера.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются новая структура устройства, а также использование в его схеме новых элементов. Эти существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности устройства, а также расширение его функциональных возможностей за счет получения возможности имитации колебаний частоты и фазы напряжения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - процессы изменения напряжения на входе и выходе устройства; на фиг.3 - процесс изменения частоты напряжения на выходе устройства в течение всего теста поверки (в качестве примера приведен тест поверки анализатора колебаний частоты напряжения).

Устройство содержит прецизионный генератор 1 синусоидальных колебаний напряжения, выход которого соединен со вторыми входами первого 2 и второго 3 суммирующих операционных усилителей и со входом нуль-органа 4, выход которого соединен с прямым входом первого одновибратора 5 и инверсным входом второго одновибратора 6, выход которого соединен с инверсным входом третьего одновибратора 7, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И 8, первый и второй входы которого подключены соответственно к инверсным выходам триггера 9 и первого одновибратора 5, а выход соединен с тактовым входом двоичного счетчика 10, выход которого соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 11, информационный выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12, вход опорного напряжения которого подключен к выходу источника 13 опорного напряжения устройства, а выход соединен с первыми входами первого 2 и второго 3 суммирующих операционных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого 14 и второго 15 коммутаторов, выходы которых объединены и соединены с выходной клеммой 16 устройства, а управляющие входы связаны через контакты переключателя 17 интервала квантования с общей шиной устройства и через второй 18 и третий 19 резисторы - с шиной единичного потенциала устройства, выход старшего разряда двоичного счетчика 10 соединен с тактовым входом триггера 9, вход установки нуля которого соединен через нормально открытые контакты кнопки 20 с общей шиной устройства и через первый резистор 21 - с шиной единичного потенциала устройства, вход установки нуля двоичного счетчика 10 соединен через нормально закрытые контакты кнопки 20 с общей шиной устройства и через четвертый резистор 22 - с шиной единичного потенциала устройства.

Устройство выполняется встроенным в статистический анализатор колебаний частоты и фазы напряжения АКЧФ. Элементы 2-20 являются встроенными в анализатор, в качестве кнопки 20 используется кнопка установки нуля анализатора, в качестве переключателя 17 - также соответствующий переключатель интервала квантования анализатора.

В качестве генератора 1, подключаемого ко входу устройства, могут использоваться: Г4-154, Г3-102, Г3-109 и др.

В ПЗУ 11 на стадии изготовления анализатора АКЧФ закладывается алгоритм поверки. Коэффициенты передачи по вторым входам усилителей 2 и 3 и первому входу усилителя 2 равны единице, по первому входу усилителя 3 - 0,1. Выходное напряжение источника 13 опорного напряжения равняется 5,12 В. Действующее значение выходного напряжения генератора 1 равняется 5 В.

При запуске устройства на его выходе 16, связанном со входом анализатора АКЧФ, по заданному алгоритму начинает изменяться напряжение - так, как это показано на фиг.2 - в качестве примера для удобства изображения на чертеже показан процесс изменения напряжения U₁ при работе генератора 1 с частотой 10 Гц.

Фактически генератор 1 работает при поверке с фиксированными частотами в интервале 49-51 Гц. Заложенная в ПЗУ 11 программа (см. табл.1) задает тест поверки, изображенный на фиг.3 - пример на чертеже дан для значения частоты генератора 1 в 50 Гц и положения переключателя 17 "1 Гц".

Устройство работает следующим образом.

При нажатии на кнопку 20 устанавливается в нулевое состояние триггер 9, а также обнуляется счетчик 10 устройства и содержимое каналов памяти анализатора. Синусоидальное напряжение генератора 1 преобразуется нуль-органом 4 в прямоугольные импульсы, а также подается на вторые входы сумматоров 2 и 3. Выходные импульсы нуль-органа 4 передним фронтом запускают в одновибратор 5, выходные отрицательные импульсы которого, проходя через элемент И 8, поступают на тактовый вход счетчика 10 в начале каждого периода напряжения генератора 1. Импульсы нуль-органа 4 своим задним фронтом запускают одновибратор 6, выходные импульсы которого имеют длительность примерно 5 мс. Своим задним фронтом эти импульсы запускают одновибратор 7, выходные отрицательные импульсы которого, проходя через элемент И 8, поступают на вход счетчика 10 через 15 мс после начала периода напряжения генератора 1.

При отпускании кнопки 20 ко входу установки нуля счетчика 10 прикладывается нулевое напряжение - выходной код счетчика начинает изменяться с поступлением каждого импульса с выхода элемента И 8, а именно, в начале каждого периода напряжения генератора 1 и через 15 мс после начала периода. В соответствии с содержимым ячеек ПЗУ 11, первые 8 полупериодов напряжение U₁₆ имеет синусоидальную форму и частоту 50 Гц.

В начале девятого полупериода на выходе ПЗУ 11 появляется отличный от нуля код, что приводит к появлению напряжения смещения на выходе ЦАП 12. Это постоянное напряжение подается на первые входы сумматоров 2 и 3 и вычитается из синусоидального сигнала генератора 1. В результате на выходе сумматора 2, связанном через открытый коммутатор 14 (коммутатор 15 закрыт нулевым потенциалом на управляющем входе) с выходом 16 устройства, появляется напряжение U₁₆ искаженной формы (см. фиг.2, начиная с момента времени t = 0, соответствующего началу девятого полупериода с момента запуска устройства).

Напряжение смещения U₁₂ остается на входе сумматора 2 до середины следующего полупериода, после чего становится равным нулю. В итоге длительность первого полупериода напряжения U₁₆ увеличивается, а второго - уменьшается на то же приращение. Соответствующая длительности первого полупериода частота уменьшается на 1 Гц, а второго увеличивается на 1 Гц.

В следующем периоде напряжение смещения U₂ возрастает, что приводит к еще большему искажению синусоиды и т.д.

Процесс изменения колебаний частоты напряжения U₁₆ в процессе всего теста поверки показан на фиг.3.

После окончания теста, который продолжается 0,32 с, содержимое каналов памяти анализатора АКЧФ сверяется с данными табл.2.

После этого переключатель 17 переводится в положение "0,1 Гц".

Затем нажатием на кнопку 20 устройство вновь запускается. После окончания второго цикла поверки содержимое каналов памяти анализатора должно также совпадать с данными табл.2.

Поверка анализатора АКЧФ в режиме измерения колебаний фазы напряжения осуществляется аналогичным образом, только содержимое ячеек ПЗУ 11 должно быть другим.

Преимуществами предложенного устройства по сравнению с известными являются более высокая точность и более широкие функциональные возможности, обусловленные появлением возможности имитации колебаний частоты и фазы напряжения. В настоящее время изготовлен экспериментальный образец устройства, который реализован на интегральных микросхемах 140, 155, 284 и 572 серий. Для доведения предлагаемого изобретения до промышленного использования требуется 1-2 года.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРОВ КОЛЕБАНИЙ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее нуль - орган, переключатель, элемент И, первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера, вход установки нуля которого соединен через первый резистор с шиной единичного потенциала устройства и через нормальнооткрытые контакты кнопки - с общей шиной устройства, двоичный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, вход опорного напряжения которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен с первым входом первого суммирующего операционного усилителя, одновибраторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены постоянное запоминающее устройство, резисторы, коммутаторы, второй суммирующий операционный усилитель, прецизионный генератор синусоидальных колебаний напряжения, выход которого соединен с входом нуль-органа и вторыми входами первого и второго суммирующих операционных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго коммутаторов, выходы которых объединены и соединены с выходной клеммой устройства, а управляющие входы связаны через контакты переключателя с общей шиной устройства и соответственно через второй и третий резисторы - с шиной единичного потенциала устройства, с которой через четвертый резистор также связан вход установки нуля единичного счетчика, соединенный через нормально-закрытые контакты кнопки с общей шиной устройства, выход нуль-органа соединен с прямым входом первого одновибратора и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с инверсным входом третьего одновибратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого одновибратора, а выход соединен с тактовым входом двоичного счетчика, выход которого соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с объединенными первыми входами первого и второго суммирующих операционных усилителей, выход старшего разряда двоичного счетчика соединен с тактовым входом триггера.

РИСУНКИ

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