Способ обработки электрического сигнала

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения. Достигаемый технический результат - получение электрического сигнала, с помощью которого идентифицируют в исходном сигнале или апериодическую составляющую, обусловленную переходным процессом, или постоянную составляющую, появляющуюся в результате выпрямления исходного электрического сигнала. Способ обработки электрического сигнала, который состоит из двух составляющих, одна из которых является суммой гармоник, заключается в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, при этом из полученного электрического сигнала выделяют электрический синусоидальный сигнал с частотой гармонического сигнала и по наличию этого сигнала идентифицируют в обрабатываемом электрическом сигнале его другую составляющую, причем эта составляющая является или апериодическим сигналом переходного процесса, или постоянной составляющей.

 

Изобретение относится к области электротехники, например, к способам обработки электрического сигнала (напряжения или тока) переходного процесса в системе электроснабжения промышленной частоты, где сигнал переходного процесса состоит из двух составляющих, а именно апериодической составляющей, а принужденная составляющая этого процесса в общем случае определяется суммой гармоник, или к способам обработки полученного в результате преобразования, например выпрямления, электрического сигнала промышленной частоты в электрический сигнал, который состоит из двух составляющих, а именно постоянной составляющей и составляющей, определяемой суммой гармоник, и заключается в получении синусоидального электрического сигнала гармоники, однозначно идентифицирующего либо апериодическую составляющую в сигнале переходного процесса, либо постоянную составляющую в преобразованном электрическом сигнале.

В качестве прототипа можно выделить используемый в технике передачи информации способ преобразования первого электрического сигнала, в общем случае состоящего из спектра частот, основанный на модуляции и последующей демодуляции и, в конечном итоге, заключающийся в получении второго электрического сигнала с восстановленным частотным спектром первого сигнала [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. - 10-е изд. М.: Гардарик, 2001. С.221; Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, Москва, «Советское радио». 1977 г. С.283-290]. Способ обработки первого электрического сигнала по прототипу не обеспечивает получение второго электрического сигнала, однозначно идентифицирующего либо апериодическую составляющую в первом электрическом сигнале, обусловленного переходным процессом, либо однозначно идентифицирующего содержащуюся в первом электрическом сигнале постоянную составляющую, появляющуюся в результате, например, выпрямления первого электрического сигнала.

Технический результат, достигаемый в устройстве, использующем данное изобретение и выполняющем, например, функцию быстродействующего измерительного органа релейной защиты и противоаварийной автоматики, или в устройстве, для функционирования которого требуется информация о постоянной составляющей, состоит в возможности повышения технического уровня в результате использования в логике работы устройства информации в виде синусоидального электрического сигнала гармоники постоянной частоты, у которого изменение амплитуды функционально связано с изменением апериодической составляющей даже при быстром ее затухании в подводимом к устройству и обусловленном переходным процессом электрическом сигнале, например в системе электроснабжения, либо у которого изменение амплитуды функционально связано с величиной постоянной составляющей подводимого к устройству выпрямленного синусоидального электрического сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки электрического сигнала, состоящего из двух составляющих, одна из которых является либо апериодической составляющей, либо постоянной составляющей, а вторая составляющая определяется суммой гармоник, заключающемся в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники обрабатываемого электрического сигнала, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, согласно изобретению из полученного электрического сигнала выделяют синусоидальный электрический сигнал гармоники с частотой гармонического сигнала и по наличию выделенного электрического сигнала идентифицируют в первом электрическом сигнале апериодическую составляющую при условии, что этот сигнал является сигналом переходного процесса, или постоянную составляющую при условии, что этот сигнал является сигналом, полученным в результате выпрямления первого сигнала.

Сущность изобретения поясняется нижеприведенными теоретическими положениями.

Способ обработки электрического сигнала заключается в том, что первый электрический сигнал x(t) является электрическим сигналом переходного процесса в системе электроснабжения промышленной частоты и в своей структуре содержит апериодическую составляющую х_апер(t) и принужденную составляющую x_пр(t), в общем случае определяемую суммой гармоник, x_гарм(t), т.е. x_пр(t)=x_гарм(t):

или первый электрический сигнал x(t) является электрическим сигналом, полученным в результате выпрямления, например, электрического сигнала промышленной частоты, и содержит постоянную составляющую Х_пост и определяемую суммой гармоник составляющую x_гарм(t):

после суммирования первого электрического сигнала x(t) со вторым дополнительным гармоническим сигналом x_доп(t) с частотой f_доп, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник x_гарм(t) первой по номеру гармоники:

получения суммарного электрического сигнала y(t) со структурой (4)

для первого электрического сигнала со структурой по (1); или получения суммарного электрического сигнала y(t) со структурой (5)

для первого электрического сигнала со структурой по (2); получения электрического сигнала z(t) путем возведения суммарного электрического сигнал y(t) во вторую положительную степень:

отличается тем, что с целью повышения точности, надежности и однозначности идентификации либо апериодической составляющей x_апер(t) в первом сигнале по (1), либо постоянной составляющей Х_пост в первом сигнале по (2) из сигнала z(t) (6) выделяют синусоидальный электрический сигнал гармоники z_выд(t) с частотой f_доп второго гармонического сигнала x_доп(t) (3), причем для первого электрического сигнала со структурой (1) выделенный синусоидальный сигнал гармоники z_выд(t) имеет структуру затухающего синусоидального сигнала:

у которого амплитуда Z_т(t) функционально связана с апериодической составляющей x_апер(t), т.е.

а для первого электрического сигнала по (2) выделенный синусоидальный сигнал гармоники z_выд(t) является гармоническим сигналом

у которого амплитуда Z_т(X_пост) функционально связана только с величиной постоянной составляющей Х_пост, т.е.

При этом предложенный способ обработки электрического сигнала можно использовать, например, либо для идентификации апериодической составляющей х_апер(t) в электрическом сигнале (1) переходного процесса путем выделения известными способами электрического сигнала h_огиб(t), воспроизводящего огибающую амплитуд электрического сигнала со структурой по (7)

либо для идентификации постоянной составляющей X_пост, входящей в структуру гармонического сигнала (9), путем обработки этого сигнала известными способами, основанными на определении либо амплитуды, либо среднего значения, либо действующего значения гармонического сигнала по (9); либо для выделения из первого электрического сигнала со структурой по (1) электрического сигнала, определяемого суммой гармоник х_гарм(t) согласно выражению

либо для выделения из первого электрического сигнала со структурой по (2) электрического сигнала, определяемого суммой гармоник x_гарм(t) согласно выражению

где в выражениях (12) и (13) - масштабный коэффициент.

Способ может быть использован, в частности, для идентификации апериодической составляющей в электрическом сигнале x(t) переходного процесса в электрических цепях постоянного тока при условии, что этот электрический сигнал определяется только апериодической составляющей, т.е. x(t)=x_апер(t).

Способ может быть реализован, например, с использованием компонентов аналоговой техники обработки электрических сигналов, например схем сложения, умножения двух электрических величин, избирательного фильтра, или реализован программно с использованием средств микропроцессорной или вычислительной техники.

Способ обработки электрического сигнала, состоящего из двух составляющих, одна из которых является суммой гармоник, заключающийся в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, отличающийся тем, что из полученного электрического сигнала выделяют электрический синусоидальный сигнал с частотой гармонического сигнала и по наличию этого сигнала идентифицируют в обрабатываемом электрическом сигнале его другую составляющую, причем эта составляющая является или апериодическим сигналом переходного процесса или постоянной составляющей.