Анализатор огибающей сигнала трехфазной сети

 

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения колебаний напряжения в трехфазной электрической сети. Сущность изобретения: анализаторсодержит трехфазный трансформатор, фильтр симметричной составляющей прямой последовательности, три блока выбора хранения.выпрямитель, управляемый ключ, блок управления, источник компенсирующего напряжения, делитель напряжения, фильтр низких частот, усилитель, взвешивающий фильтр, блок выделения эффективных значений, квадратор, накапливающий сумматор, масштабирующий блок, блок извлечения квадратного корня, регистратор, элемент задержки. 3 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения колебаний напряжения в трехфазной электрической сети.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет статистического анализа уровней фазных напряжений и их среднеквадратического значения.

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 технической решение соответствует критерию "существенные отличия".

Принципиальное отличие предлагаемого изобретения от прототипа заключается в том, что заявляемое устройство за счет введения в него делителя напряжения, источника компенсирующего напряжения, фильтра низких частот, взвешивающего фильтра и элемента задержки, а также цепочки из последовательно соединенных квадратора, накапливающего сумматора, масштабирующего блока и блока извлечения квадратного корня, включенной между блоком выделения огибающей сигнала и регистратором, позволяет обеспечить статистическое измерения уровней колебаний за каждую минуту и последующую оценку среднеквадратического значения размахов изменений напряжения в течение всего времени замера (наблюдения) для всех фаз и составляющей прямой последовательности одновременно, что способствует значительным повышению достоверности измерений и расширению функциональных возможностей устройства.

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 анализатора огибающей сигнала трехфазной сети; на фиг.2 временные диаграммы напряжений на выходах отдельных составных элементов блока управления, иллюстрирующие его работу.

Анализатор огибающей сигнала трехфазной сети содержит трехфазный измерительный трансформатор 1, три входных зажима которого соединены с входными клеммами А, В, С измерителя, а три выходных зажима блока 1 подключены к трем входам фильтра 2 прямой последовательности и к входам блоков 3-5 выборки хранения, выходы которых объединены и подключены к выпрямителю 6, входом соединенному через управляемый ключ 7 с выходом фильтра 2 прямой последовательности, первый вход которого подключен к информационному входу блока 8 управления, второй выход которого подключен к управляющему входу ключа 7 и к разрешающим запись входам блоков 3-5 выборки-хранения, к разрешающим считывание входам каждого из которых соответственно подключены третий, четвертый и пятый выходы блока управления. Выходы выпрямителя 6 и источника 9 компенсирующего напряжения соединены с соответствующими входами делителя 10 напряжения, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр 11 низких частот, масштабный усилитель 12, взвешивающий фильтр 13, блок 14 выделения эффективных значений, квадратор 15, накапливающий сумматор 16, масштабирующий блок 17 и блок 18 извлечения квадратного корня к входу регистратора 19, к другому входу которого подключен выход блока 14 выделения эффективных значений. Второй управляющий вход регистратора объединен через элемент 20 задержки со стробирующим входом накапливающего сумматора 16 и подключен к шестому выходу блока 8 управления, первый вход которого подключен к первому управляющему входу регистратора.

Блок 8 управления выполнен в виде комплексного блока, состоящего из триггеров 21 и 22, элемента И 23 и последовательно соединенных управляемого ключа 24, блока 25 фазового сдвига на 90^о, компаратора 26, блока 27 дифференцирования, формирователя 28 модуля и счетчиков 29-31. При этом вход ключа 24 соединен с входом блока управления, а управляющий вход с прямым выходом триггера 21. Единичные входы триггеров 21 и 22 объединены и подключены к управляющему входу блока управления. Выход счетчика 30 соединен с нулевым входом триггера 22 и с динамическим входом элемента И 23, статический вход которого соединен с пересчетным выходом счетчика 31. Выход элемента И 23 подключен к нулевому входу триггера 21 и к входу сброса счетчика 31. Выходы триггера 22 и счетчиков 29-31. Выход элемента И 23 подключен к нулевому входу триггера 21 и к входу сброса счетчика 31. Выходы триггера 22 и счетчиков 29-31 являются выходами блока управления.

Регистратор 19 состоит из АЦП 32 и 33, элемента ИЛИ 34 и ЦПУ 35, причем информационные и управляющие входы АЦП 32 и 33 соединены с соответствующими входами регистратора, а выходы АЦП подключены через элемент ИЛИ 34 к входу ЦПУ 35.

В основу работы измерителя положены следующие соображения. При оценке колебаний напряжения время интегрирования выбирается равным 1 мин (Norme Europeenne EN 50 006). Каждый подобный замер определяет значение размаха колебаний напряжения, рассматриваемое в соответствии с выражением δV · 100, (1) где g(F) амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) зрительного анализатора; G(F) энергетический спектр колебаний напряжения в диапазоне частот 0,001-25 Гц.

Cледовательно, среднеквадратическое значение размахов изменений напряжения за время замеров Т, нормируемое ГОСТ 13109-87 по известным одноминутным значениям его, определяется из выражения δV_т= , (2) где δ V_i текущее значение размаха, определенное из (1); k число одноминутных интервалов на интервале времени замера Т.

Цикл работы устройства соответствует четырем периодам времени замеров Т, а каждый период времени обработки считанной информации.

Трехфазное напряжение сети понижается измерительным трансформатором 1, после чего линейные напряжения поступают на фильтр 2 прямой последовательности.

По сигналу "Пуск", обозначающему начало цикла и соответственно первого периода, триггеры 21 и 22 устанавливаются в единичное состояние. При этом в первом периоде по логической единице с выхода триггера 22 блок 8 управления разрешает запись информации в блоки 3-5 выборки-хранения и открывает ключ 7. Составляющая прямой последовательности, подлежащая непосредственно обработке, с выхода фильтра 2 поступает через ключ 7 на вход двухполупериодного выпрямителя 6, а линейные напряжения в этот момент с выходов измерительного трансформатора 1 записываются в блоки 3-5 выборки-хранения. Выпрямитель 6 преобразует спектр исследуемого сигнала, который поступает на делитель 10 напряжения, где происходит ослабление сигнала и компенсация его постоянной составляющей с помощью источника 9 компенсирующего напряжения. Далее результирующее напряжение фильтруется активным фильтром 11 низких частот и усиливается масштабным усилителем 12. Выходное напряжение масштабного усилителя, представляющее собой огибающую исследуемого сигнала, дополнительно фильтруется по частоте с помощью взвешивающего фильтра 13, АЧХ которого модулирует кривую чувствительности зрительного анализатора человека. Затем результирующее напряжение подвергается линейному детектированию по уровню эффективных значений с помощью блока 14. На выходе блока 14 выделения эффективных значений образуется значение δ V (формула 1), представляющее собой размах колебаний напряжения, которое поступает на регистратор 19 и на квадратор 15, где оно возводится в квадрат и затем подается на накапливающий сумматор 16.

В блоке 8 управления одновременно с триггером 22 триггер 21 открывает ключ 24, на выходе которого появляется входное переменное напряжение U₂₄ (фиг. 2а), которое поступает на блок 25 фазового сдвига на 90^о. В блоке 25 напряжение U₂₄ сдвигается на 90^о по фазе U₂₅ (фиг.2а), после чего компаратор 26 формирует из него меандр U₂₆ (фиг.2а), фронты которого совпадают по времени с максимумами входного напряжения U₂₄. Блок 27 дифференцирования формирует в моменты, соответствующие фронтам меандра U₂₆, разнополярные короткие импульсы U₂₇ (фиг.2б). Далее формирователь 28 модуля формирует из последовательности импульсов U₂₇ последовательность однополярных импульсов U₂₈ (фиг. 2в), каждый из которых по времени совпадает с максимумом положительной или отрицательной полуволны входного напряжения U₂₄. Затем тактовые импульсы с выхода формирователя модуля поступают на последовательно соединенные счетчики 29-31. При этом счетчик 30 переходит в следующее состояние через каждую минуту по сигналу переноса счетчика 29, т.е. после вычисления текущего размаха, а счетчик 31, представляющий собой недвоичный счетчик с модулем счета К_сч= 3, переходит в свою очередь в следующее состояние через каждый период времени замера Т по сигналу переноса счетчика 30, т.е. после окончания вычисления среднеквадратического значения размахов.

Таким образом, в регистраторе после завершения цикла работы счетчика 29 размах, преобразуемый АЦП 33 в цифровой код, после поступления команды 1 раз в минуту от блока управления печатается с помощью ЦПУ 35, а в накапливающем сумматоре 16 после завершения цикла работы счетчика 30 формируется сумма квадратов размахов в соответствии с формулой (2). Выход сумматора 16 подключен через масштабирующий блок 17 с коэффициентом передачи, равным 1/К, к входу блока 18, который предназначен для извлечения квадратного корня из суммы квадратов. Выходная величина блока извлечения квадратного корня является среднеквадратическим значением размахов, и она поступает на регистратор 19, где преобразуется АЦП 32 в цифровой код и после поступления 1 раз за период времени замера Т сдвинутой во времени элементом 20 задержки команды от блока управления также печатается с помощью ЦПУ 35.

В этот момент в блоке 8 управления по сигналу переноса счетчик 30 устанавливает триггер 22 в состояние нуля и переводит счетчик 31 в единицу. При этом по сигналу "Стоп-1" (фиг.1) триггер 22 прекращает запись информации в блоки 3-5 выборки-хранения и закрывает ключ 7, а появление логической "1" на первом кодовом выходе счетчика 31 вызовет считывание сигнала с выхода блока 3 выборки-хранения, что приведет к началу второго периода, и таким образом процесс будет повторяться до тех пор, пока весь цикл не завершится полностью.

При полном завершении цикла сигнал переноса счетчика 30 подается через элемент И 23 на вход сброса счетчика 31 и на нулевой вход триггера 21, в результате чего по сигналу "Сброс" счетчик 31 устанавливается в нулевое состояние, а по сигналу "Стоп" триггер 21 закрывает ключ 24. И на этом весь цикл завершен.

Если возникает необходимость дальнейшего анализа, то цикл будет повторен при повторной подаче сигнала "Пуск".

Таким образом, после накопления достаточного объема информации по содержимому регистратора измерителя строятся функции распределения размахов колебаний напряжения и определяются их среднеквадратические значения для всех фаз и составляющей прямой последовательности одновременно, по которым более достоверно оценивается качество напряжения исследуемой сети.

Формула изобретения

1. АНАЛИЗАТОР ОГИБАЮЩЕЙ СИГНАЛА ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий трехфазный измерительный трансформатор, фильтр симметричной составляющей прямой последовательности, управляемый ключ, три блока выборки-хранения, выпрямитель, регистратор, блок выделения эффективных значений, блок управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом регистратора, первый информационный вход которого соединен с выходом блока выделения эффективных значений, три входных зажима измерительного трансформатора соединены с тремя входными клеммами устройства, три выходных зажима измерительного трансформатора подключены соответственно к трем входам фильтра симметричной составляющей прямой последовательности и информационным входам трех блоков выборки-хранения, входы записи которых соединены с вторым выходом блока управления и управляющим входом управляемого ключа, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с соответствующими входами считывания блоков выборки-хранения, выходы которых объединены и соединены с входом выпрямителя и выходом управляемого ключа, усилитель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения статического анализа уровней фазных напряжений и их среднеквадратического значения, введены делитель напряжения, источник компенсирующего напряжения, фильтр низких частот, взвешивающий фильтр, элемент задержки, последовательно соединенные квадратор, накапливающий сумматор, масштабирующий блок и блок извлечения квадратного корня, причем выход фильтра симметричной составляющей прямой последовательности соединен с входом управляемого ключа, выход выпрямителя через последовательно соединенные делитель напряжения, фильтр низких частот, масштабный усилитель и взвешивающий фильтр с входом блока выделения эффективных значений, выход которого соединен с входом квадратора, шестой выход блока управления соединен со стробирующим входом накапливающего сумматора и через элемент задержки с вторым управляющим входом регистратора, второй информационный вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, выход источника компенсирующего напряжения соединен с вторым крайним выводом делителя напряжения, первый выходной зажим измерительного трансформатора соединен с входом блока управления.

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит два триггера, элемент И и последовательно соединенные управляемый ключ, блок фазового сдвига на 90^o, компаратор, блок дифференцирования, формирователь модуля, первый, второй и третий счетчики, причем вход управляемого ключа соединен с входом блока, управляющий вход с выходом первого триггера, первые входы обоих триггеров объединены и подключены к клемме "Пуск", выход второго счетчика соединен с вторым входом второго триггера, шестым выходом блока и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с пересчетным выходом третьего счетчика и пятым выходом блока, а выход соединен с вторым входом первого триггера и установочным входом третьего счетчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым и третьим выходами блока, выход второго триггера соединен с вторым выходом блока, выход первого счетчика соединен с первым выходом блока.

3. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что регистратор содержит два аналого-цифровых преобразователя, элемент ИЛИ и цифропечатающий блок, причем входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с вторым и первым информационными входами регистратора, их управляющие входы соединены соответственно с вторым и первым управляющими входами регистратора, а выходы с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу цифропечатающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2