Способ контроля переменного напряжения

 

(72) А втер изобретению

В.П.Иванов (7l) Заявитель

{54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЕРЕИЕННОГО

НАПРЯЖЕН Л

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе-. но для использования в системах лоро. гового контроля среднеквадратического значения напряжения в сетях переменного тока.

Известен способ контроля переменного напряжения, предусматривающий квадратичное преобразование вход-. ного сигнала, усреднение полученного в процессе преобразования напряжения и измерение результата усред" нения 11 .

Недостаток известного способа связан со значительной длительностью контроля при его практической реализации, обусловленной необходимостью тщательной фильтрации напряжения при усреднении, т;е. усреднением за достаточно большой промежуток времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля переменного напряжения, основанный на,интегрнровании входного сигнала в течение его одноименных полупериодов, сравнении полученных интегральных значений с величиной опорного напряжения, формировании по результатам сравнения сигналов превышения контролируемым напряжением заданного порога и компенсации частотной ногреаности контроля.

В известном способе компенсация частотной погрешности осуществляется sa счет адаптивной (по отиоиению к изменению частоты) коррекции величины опорного напряжения. Прн этом контролируется действукщее значение напряжения с использованием промежуточного логарифмического время-импульсного преобразования, а сигнал превышения контролируемым напряжением заданного порога формируется путем сравнения длительности время-импульсных сигналов с временной уставкой 2

900!96 4

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое напряжение Ч » с частотой поступает на вход ДВН

l, функции которого выполняют согласующий измерительный трансформатор, делитель напряжения, измерительный усилитель и т.п.

Ha выходе ДВН 1 формируется на1".. пряжение Ч„ =!с Ч„,, где к — коэффи—

3 циент пропорциональности (фиг. 2 и

3, диаграмма !б).

Напряжение /„ подается на входы

BBKII 2, БВИП 5 и на интегрирующий вход УАИ 4.

БВКП 2 вырабатывает на своем выходе прямоугольные импульсы, длительность которых повторяет длительность полупериодов напряжения и, следовательно, длительность контролируемых полупериодов входного напряжения Ч„ (фиг. 2 и 3, диаграмма 17). В качестве БВКЛ 2 используют усилитель-ограничитель, нуль-индикатор и т.п.

БВИП 5 в контролируемом полупериоде входного напряжения Ч„ формирует на своем выходе периодический импульсный сигнал (фиг. 2 и 3, ЗО диаграмма 18), следующий с частотой 1,(„ )) Г, ) и с переменным коэффициентом заполнения Aj, который в каждом 1-ом периоде частоты пропорционален текущему значению ф

35 напряжения Vx

Однако известный способ имеет неудовлетворительную компенсацию частотной погрешности, и как следствие, низкую точность контроля. Это объясняется тем, что периодическое варьирование величины опорного напряжения вызывает дополнительные динамические погрешности в установ— ке заданного порога контролируемого напряжения.

Цель изобретения — повышение точности контроля переменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля переменного напряжения, основанному на интегрировании входного сигнала в течение его одноименных полупериопов, сравнении полученных интегральных значений с величиной опорного напряжения, формировании по резульЪ татам сравнения сигналов превышения контролируемым напряжением заданного порога и компенсации частотной погрешности контроля, компенсацию частотной погрешности осуществляют путем коррекции интегральных значений напряжения прямо пропорционально отклонениям частоты от номинальной величины.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля среднеквадратического значения переменного напряжения, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при повышенных значениях частоты контролируемого напряжения, на фиг. 3— то же, при пониженных значениях частоты, Устройство содержит датчик 1 величины напряжения (ДВН), блок 2 выделения контролируемого полупериода (БВКП), интегро-квадратичный преобразователь (ИКН) 3 с управляемым аналоговым интегратором (УАИ) 4 и блоком 5 время-,импульсного преобразования (БВИП), пороговый компаратор (ПК) 6, блок 7 формирования опорного временного интервала (БФОИ), логические элементы ЗАПРЕТ 8 и 9, логический элемент ИЛИ 1О, источник

11 корректирующего разрядного тока (ИКРТ)> источник 12 корректирующего зарядного тока (ИКЗТ), формирователь 13 сигнала опроса (ФСО 1, логический элемент ИЛИ-HE 14, логический элемент И 15. J К< ко (1 А ъо)

40 где у — некоторая константа, определяемая конструкцией

БВИП 5.

Выходной сигнал БВИП 5 поступает на управляющий вход УАИ 4. Если на входе сброса ИКП 3 в это время сигнал сброса отсутствует, то в УАИ 4 происходит прерываемое интегрирование напряжения Vx.

Ф

При этом процесс интегрирования разрешается сигналом на управляющем входе УАИ 4. Накопительный конденсатор интегратора УАИ 4 заряжается импульсами тока, величина

И которых определяется текущим значеМ нием напряжения Ч, частота следования равна f а текущие значения коэффициента заполнения соответ0 V„ И (21 где А,, В - константы устройства, — — длительность 1 -ro конХб

2 тролируемого полупериода напряжения V

Приникая во внимание определение среднеквадратического значения напряжения

VAN(= атвуют текущим значениям напряжения V> по выражению (I) .

В течение контролируемого полупериода напряжения, если никаких дополнительных сигналов в УАИ 4 не подается, накопительный конденсатор интегратора заряжается до напряжения м- гм

Ж (4+Л)) — 1

Чс! А 2 J Ч„дФ вЂ” °

J o а т

fg у

900196 6 с выражением (4) величины Ч„и Чдр, связаны соотношением

13

S Va «тяь Н до p u

L причем V> const и задается какимлибо источником .опорного постоянного напряжения.

При изменении частоты 1д входного напряжения Ч„ изменяется и длительность полупериода,что при неизменной, величине V+ g приводит к изменению величины Щ.. Соответствеыно. равенство.(5) выполняется при иной величине gz. Это обуславливает частотную погрешность порога срабатывания устройства и погрешность контроля 8 целом.

Если величина Чл выбрана по выражению (5) для номинального значения длительности полуиериода р входного напряжения Ч„(т.е. для fz

=Г„„рм) и соответствует Ч0=8 Чдр

4 1 то при Н „=V o -=const и изменяющеся величине 1 - (+ = - < t) значение V g определяется выражением где ф1 -. среднеквадратическое значение напряжения Ч„ в контролируе- 30 мом L-ом полупериоде, выражение (2) можно привести к виду

Н„-SV .— а т„,; яка.

3S

Иэ выражения (4) следует, что между величиной напряжения на накопительном конденсаторе интегратора Ч 1,(и соответственно на выходе 40

ИКП 3) в конце контролируемого 1 -ro полупериода входного напряжения Чу, и величиной среднеквадратического значения Ч д1 напряжения Н в этом полупериоде имеется однозначное: соответствие, т.е. по величине V судят о величине Чдк в данном полупериоде напряжения Vx.

Напряжение Ч с выхода ИКП 3 поступает на вход ПК 6. Если величина Н превышает соответствующим образом выбранный порог срабатывания компаратора Ч, это свидетельствует о том, что в контролируемом полупериоде среднеквадратическое значение напряжения Vx превышает заданный уровень Чдр. В соответствии

Ч„=SV„,(+ ам Ня Ч„, (0)

Ф

Второе слагаемое в выражении (6) характеризует величину дополнительной частотной погрешности контроля.

Для устранения этой погрешности необходимо и достаточно скомпенсировать влияние второго слагаемого на величину Ч 1.

Укаэанную задачу в устройстве выполняют функциональные блоки 2, 7-9, !! и 12.

По фронту выходного сигнала БВКП

2 запускается БФОИ 7, на выходе которого формируется сигнал заданной длительности, равной, например, номинальной длительности полупериода ф входного напряжения Ц, (фиг. 2 и 3, диаграмма 19). Выходной сигнал

БВКП 2 подается также на разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ 8, на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ 9 и на первый вход элемента ИЛИ 10, Выходной сигнал БФОИ 7 подводится к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 8, к разрешающему входу элемен та ЗАПРЕТ 9 и ко второму входу элемента ИЛИ 10.

Если длительность контролируемого полупериода -%- входного напряже1е1

900!96 Нс, = —, (7) !!

Нос

T o p

2 (8) ния Ч оказывается меньше номинальк тр ной длительности - - (Г„ г„,на выходе элемента ЗАПРЕТ 9 формируется сигнал "-gt" длительность которого составляет = 2 — Зу.(фиг. 2, диаграмма 20), Этот сигнал включает

ИКЗТ !2, на выходе которого вырабатывается корректирующий зарядный ток i,длительностью gt (фиг. 2, диаграмма 21), подаваемый на дополнительный вход ИКП 3 и производящий корректирующий подзаряд накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4.

Воздействие корректирующего тока в течение времени д1 вызывает приращение выходного напряжения УАИ

4 (фиг. 2, диаграмма 22) на величину где с — величина емкости накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4.

Если величина i выбрана в соответствии с равенством то в конце измерительного цикла работы устройства в соответствии с выражением (6) величина напряжения на накопительном конденсаторе равна

Ч.=

Ta Чс =- Чп, (9)

? т,е. при неизменном значении V>xi=V+ напряжение на выходе УАИ 4 в конце измерительного цикла остается постоянным и не зависит от величины At.

Если длительность контролируемого полупериода " напряжения Чх

2. оказывается больше номинальной длительности — (fz (f„„ ), на выходе

R. элемента ЗАПРЕТ 8 формируется сиг" нал +At", длит ельность которого составляет д,Т= - — — (днаграмма 23, Тх То фиг. 3) .

Этот сигнал включает ИКРТ 11, на выходе которого вырабатывается

° ° корректирующий разрядный ток i длительностью ht (фиг. 3, диаграмма 23), подаваемый на дополнительный вход

ИКП 3 и производящий корректирующий подразряд накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4.

1н

Воздействие корректирующего тока

1ц в течение времени t вызывает уменьшение выходного напряжения

УАИ 4 (фиг. 3, диаграмма 22) на величину ьч,< ф ь1

С и тр

2 поэтому при неизменном значении

Ч =VA0 напряжение на выходе УАИ 4 в конце измерительного цикла остает. ся также постоянным, т.е. VC =V0.

При номинальной частоте входного напряженгя Vy, (< =,,) на выходах элементов ЗАПРЕТ 8 и 9 никаких сигналов не формируется и коррекция величины выходного напряжения УАИ

4 не производится.

Совокупность функциональных элементов 10, !3-15 обеспечивает управление работой ИКП 3 и считывание показаний с выхода ПК 6 после окончания частотной коррекции выходного напряжения УАИ 4, На выходе элемента ИЛИ 10 формируется сигнал, длительность которого повторяет наибольшую из длительностей и - - (фиг. 2 и 3, диаграмTxj, То ма 25) .,ia спаде выходного сигнала элемента ИЛИ 10 все процессы в измерительной части устройства уже закончены, при этом задним фронтом данного сигнала формируется импульсный сигнал опроса длительностью (фиг. 2 и 3, диаграмма 26), разрешающий съем показаний с выхода ПК 6 (фиг. 2 и 3, диаграмма 27).

Сигнал опроса стробирует элемент

И 15 и, поскольку его поступление имеет место уже после осуществления частотной коррекции показаний ИКП

3, на выходе элемента И 15 формируется сигнал контроля, наличие которого свидетельствует о превышении среднеквадратическим значением входного напряжения Ч заданного порога в контролируемом полупериоде

Ч„ (V„„ Vao ), à его отсутствие, наоборот, указывает на пониженное среднеквадратическое значение Ч„ (Нд„, Н ) в контролируемом полупериоде (фиг,2 и 3, диаграмма 28).

Выходной сигнал ФСО !3 подается также на один из входов элемента

ИЛИ-НЕ 14, на другом входе которого присутствует выходной сигнал элемента ИЛИ 10. В результате на выходе элемента ИЛИ-HF, 14 формируется сиг900196

10

20

30

З5 нал после окончания сигнала опроса и продолжается до момента н.",чала следующего контролируемого полупериода напряжения V> (фиг, 2 и 3, диаграмма 29). Этот сигнал управляет процессом восстановления исходного состояния ИКП 3 и поступает на его вход сброса, разряжая конденсатор интегратора УАИ 4 до нуля и подготавливая ИКП 3 к новому цик" лу работы. После восстановления исходного состояния ИКП 3 (за время, равное — — t при -у-, либо

Тхъ Ти. Та

T . — -- t при-(— )устройство гока а О т Z тово к новому циклу работы. На практике величина t выбирается, исходя из частотных характеристик, применяемых в устройстве элементов, обычно а< --" - и его влиянием на о время восстановления устройства пренебрегают.

Для осуществления контроля входного напряжения в каждом его полупериоде достаточно ввести в устройство второй канал, выполненный аналогично и работающий в противофазе с первым каналом. В этом случае многие функциональные элементы являются общими для обоих каналов.

Если диапазон изменения частоты входного напряжения V ÿâëÿåòñÿ заданным, то наиболее целесообразное решение при выборе величины опорного временного интервала, формируемого БФОИ 7, саязано с обеспечением его равенства длительности полупериода входного напряжения У„ при максимальной рабочей частоте.

Поскольку при этом — -оказывается

Тх больше длительности опорного временного интервала, сигнал коррекции всегда имеет определенный знак и крнструкцию устройства существенно упрощают. В это случае частотная коррекция ИКП 3 всегда производится в соответствий с временными диаграммами (фиг. 3).

Изобретение может использоваться в цифровых и цифроаналоговых системах обработки сигналов. Кроме того, возможно его применение и для контроля среднего за полупериод значения переменного напряжения.

Формула изобретения

Способ контроля переменного на- пряжения, основанный на интегрирова нии входного сигнала в течение его одноименных полупериодов, сравнении полученных интегральных значений с величиной опорного напряжения, формировании по результатам сравнения сигналов превышения контролируемым напряжением заданного порога и компенсации частотной погрешности контроля, отличающийся о тем, что,с целью повышения точности,. компенсацию частотной погрешности осуществляют путем коррекции интегральных значений -напряжения прямо пропорционально отклонениям частоты от номинальной величины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 155863, кл. G 01 R19/02, 1962.

2. Морозов Л.Н.Вопросы технической реализации. аналого-дискретного преобразователя для интегрирующих дискретных трансформаторов тока.

Труды МЭИ, М., 1974, Вып. 199, с. 132-143 (прототип).

900196

2f

Ф

A4Х Ону /ду 8 бду

Фи7. 5

Составитель JI.Ìîðoçîâ

Редактор Н.Бобкова Техрер Т.Мато ка Корректор В.Синицкая

Заказ 12175/62 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4