Цифровое устройство для измерения несимметрии напряжений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнх

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 11 ° 04 ° 80 (21) 2907895/18-21 )$$) М. gh.3 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

6 01 Н 29/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (331 УДК 621. 317. . 57 (088. 8) Опубликовано 3001.83. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 300183

i

А.Д.Герлейн, A.Å.Ñïåêòoð и В.Я.Майер (72) Авторы изобретения

Сызранский филиал Куйбышевского гк пит института им. В.В.Куйбышева (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электроиз, мерительной технике, а именно к устройствам измерения несимметрии напряжений трехфаэных систем. 5

Известно цифровое устройство для измерения несимметрии напряжений, содержащее три преобразователя аналог — код, делители частоты, задатчик кодов,- множительные блоки, четыре реверсивных счетчика, квадратор, арифметическое устройство и другие вычислительные элементы j 11.

К недостаткам устройства следует. отнести сложность и пониженную точность иэ-эа необходимости измерений мгновенных значений напряжений, измерения частоты и выработки кодов ортогональных гармонических функций.

Наиболее близким по технической

Сущности к предлагаемому является устройство для измерения несимметрии напряжений, содержащее коммутатор фаэ, фазосдвигающий блок, два регистрирующих блока, преобразователь аналог - код, блоки умножения, реверсивные счетчики, задатчик кодов, определитель знака, квадратор, делител, нуль — орган, блок управления

f2). Недостатками известного устройства являются его сложность и низкая точность. Сложность обусловлена не-. обходимостью выработки или хранения значений,в1поф с и сов(1, необходимостью получения частоты стробирования Шет, равной частоте сети (ы и большйм числом довольно сложных цифровых блоков. Низкая точность обусловлена следующими факторами.

Изменение аргумента стробирующих функций (и4 ) должно идти синхронно с изменением фазы сетевого напряжения на протяжении каждого полупериода. Погрешность, вызываемая несинхронностью реального устройства слежения, сопровождается погрешностью . определения несимметрии;

В устройстве предуомотрено измерение и преобразование мгновенных значений напряжений фаэ. Это предъявляет высокие требования к преобразователям аналог — код и увеличивает результирующие погрешности за счет динамических составляющих.

Кроме перечисленных погрешностей, существенными будут также погрешности нуль-органа и фазосдвигающего блока.

При умножении сетевой синусоидЫ на стробирующую функцию возникает вторая гармоника.

993162

Эта гармоника также обусловливает погрешность в определении амплитуд симметричных составляющих. Наконец, дискретный характер стрббнрующих (нормирующих)функций вызывает погрешность дискретизации за счет конечно- э го числа точек отсчета на периоде.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей измерителя.

Поставленная цель достигается тем,10 что в цифровое устройство для измерения несиммвтрии напряжений, .содер" жащее последоватвльно соединенные разделительный трансформатор, коммутатор фаз, а также аналого-цифро- 15 вой преобразователь (ЛЦП ), блок управления и цифровой вычислительный и регистрирующий блок, введены последо, вательно соединенные фильтр первой гармоники и выделитель среднего 20 значения модуля напряжения переменного тока (ВМ), причем выход коммутатора фаз соединен с входом фильт" ра первой гармоники, выход ВМ через

AUII соединен с входом цифра ого вычислительного и регистрирующего блока, который соединен с блоком управления.

Цифровой вычислительный и регистрирующий блок(ЦВРБ) состоит из последовательно соединенных преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов, мультиплексера набора ключей для ввода цифр и микрокалькулятора.

З о

Блок управления состоит из последовательно соедиНенных блока выработки счетных импульсов, двоично" го счетчика, блока памяти и трех дешифраторов, причем выходы дешиф- 40 ратора цифр подключены к входам муль. типлексере цифрового вычислительного и регистрирующего блока, выходы дешифратора команд управления подключены к управляющим входам коммутато- 4$ ра фаз, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов. цифрового вы. числительного регистрирующего блока и блока выработки счетных импульсов, выходы дешифраторов команд 50 микрокалькулятору подключены к управляющим входам ключей ввода команд, а выходы ключей подключены к входам микрокалькулятора цифрового вычислительного и регистрирующего у блока калькулятора.

На чертеже представлена структурная схема цифрового устройства для измерения несиМметрии напряжений. устройство содержит разделитель-. 60 ный трансформатор 1, коммутатор 2 фаэ, фильтр 3 первой .гармоники, выделитель 4 среднего значения модуля напряжения переменного тока, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 65

5, вычислительный и регистрирующий блок и блок управления. В вычислительный и регистрирующий блок входят преобразователь 6 двоичного кода в двоично-десятичный, стробируемые дешифраторы 7 десятичных разрядов, мультиплексвр 8, набор 9 ключей ввода цифр, микрокалькулятор 10. В блок управления входят блок 11 выработки счетных импульсов, двоичный счетчик

12, блок 13 памяти, дешифратор цифр

14-1, дешифратор команд микрокалькулятору 14-2, дешифратор команд управления 14-3, набор 15 ключей ввода команд.

Устройство работает следующим образом.

При подаче пускового импульса П (от кнопки или элемента ACV) счетчик

12 устанавливается в исходное состояние,аблок 11 начинает выдавать им пульсы на счетный вход счетчика 12.

Разрядные шины счетчика 12 соединены с адресными шинами блока 13 памяти, в который предварительно записывается программа функционирования устройства измерения. Четыре информационные шины блока 13 памя- ти соединены с входами дешифратора

14-1, а остальные четыре - с входами дешифратора 14-2. Первое состоя-. ние счетчика 12 обеспечивает выдачи информации из первой ячейки блока памяти, второе состояние — иэ второй и т.д. Если в ячейке записана десятичная цифра (от нуля до 9), то она выделяется дешифратором 14-1. C одного иэ выходов дешифратора 14-1 сигнал поступает на соответствующий элемент ИЛИ мультиплексера (мультиплексер 8 содержит 10 элементов ИЛИ, каждый иэ которых .имеет 5 входов) и далев через соответствующий ключ набора 9 в микрокалькулятор 10. Команды микрокалькулятору декодируются двшифратором 14-2, а команды остальным блокам — дешифратором 14-3.

Тракт, состоящий иэ элементов 1-9 обеспечивает в последовательности, определяемой занесенной в блок 13 памяти программой, ввод в микрокалькулятор трех четырехразрядных десятичных чисел значений напряжений контролируемой сети. Число разрядов десятичных чисел при необходимости может быть увеличено.

Состав программы, вносимой в блок памяти, зависит от числа рассчитыва- вмых показателей несимметрии и ис= пользуемых расчетных формул. В блоке памяти должны использоват ься постоянные запоминающие устройства (ППЗУ), не теряющяе занесенной информации при исчезновении питающего напряжения fíàïðèìåð, ПЗ> типа 155РЕЗ или ППЗУ типа К.558 РР1).

Основными показателями несимметрии являются относительные значения на99 3162 пряжений обратной последовательности и прямой последовательностиф а также коэффициент несимметрии. Ч.Ф,Расчет укаэанных напряжений может быть выполнен по формулам — Г "Г

6"н м .Р

0 =„Д-В. Ц,» @ В, "=0ab+Cc+"ca, В=-A(L3a„+0 с, 2U©,0,„ где со "<Фцас"9аь Ute)i c3t,U,Ucc3 - линейныв напряжения контролируемой сети, 0 - номинальное напряжеИ иие.

Расчет по указанным формулам может быть выполнен с помощью, например, микрокалькулятора "Электроника БЗ-21", имеющего, кроме операционных, шесть регистров памяти. Это позволяет не вводить дополнительного блока памяти для хранения промежуточных -результатов вычислений. При построении алгоритма функционирования устройства может быть также использована способность "Электроники

ВЗ-21" хранить в памяти до 60 команд вычислений. В этом случае программа выглядит следующим образом. Первые

95 слов обеспечивают ввод в микрокалькулятор (МК) иэ ЗУ программы вычисления ф (60 команд МК). Следующие 37 слов обеспечивают ввод в ИК из ЗУ величины Они от АЦП трех модулей линейных напряжений. Команды а, b, с от дешнфратора 14-3 обеспечи-, вают выбор одного иэ трех линейных напряжений, команда Й запускает АЦП, выдаваемые последовательно во время команды е, f, g, h,ïåðåäàþò в МК: четыре десятичные цифры величины на-. пряжения. Последующие две команды

МК обеспечивают выполнение им прог-.. раммы вычислений и занесение полученного значения в один из регистров памяти. Команда Х от дешифратора

14-3 прекращает подачу импульсов от блока 11 на время расчета Ч . После окончания установленной выдержки времени блок 11 начинает выдавать импульсы с увеличенным периодЬм следования для расчета величин gq,с „ и занесения их в регистры памяти. Пля этого требуется еще 22 слова. Таким образом, 156 слов достаточно для реа лиэации цикла измерений и вычисле ний. Например, ППЗУ типа К558РР1 емкостью 2048 бит может хранить 256 слсв Выдача счетных импульсов блоком 11 прекращается при поступлении от дзшифратора 14-3 (после декодирования последнего слова программы ) В известном цифровом устройстве осуществляется преобразование мгновенных значений напряжений сети, что увеличивает погрешность АЦП за счет динамической составляющей. Кроме того, осуществляется измерение частоты сети и фазовых сдвигов, что сопровождается дополнительными погрешностя« ми. Как указывалось выше, в известных цифровых устройствах и в вычислительных блоках возникаЮт методические погрешности. Предлагаемое устройство является также более техноло-, гичным в изготовлении, так как цифровые блоки формируются из укрупненных узлов серийного производства. Это55

65 команды j. При этом на индикаторе

ИК отображается значение o(y . Для отсчета значений и ф нужно их вызвать из памяти ИК на индикатор нажатием соответствующих клавиш МК, Цикл измерений и вычислений повторяется при подаче сигнала П.

Предлагаемое устройство для asмерения несимметрии напряжений имеет лишь три элемента, вносящих

Ю погрешности: коммутатор 2, выделитель 4 модуля и АЦП 5. Разрядность цифровой части устанавливается такой, чтобы погрешность вычислений бы ла пренебрежимо мала по сравнению

t5 с погрешностью аналоговой части.

Современные ключевые схемы на микросхемах (например, серии К101, К124) обладают весьма малыми оста точными параметрами, что позволяет

;щ снизить погрешность, вносимую ими, до значений 0,01Ъ от величины коммутируемого напряжения. Такого же порядка погрешность выделители модуля, построенного на операционных

25 усилителях. Влияние искажений форьаи кривой напряжения исключается эа счет введения полосового фильтра пер вой гармоники. Погрешность простого по устройству АЦП широкого примене-.

30 1ния с двойным интегрированием, име-! ющего 10 разрядов, составляет около 0,1В, а прецизионных AQH (0,050,0015) а.

Таким образом при применении де

35 сятираэрядного WH шиРокого BgaMeHe ния устройство обеспечивает погрешности оценок .несимметрии порядка

0,1Ъ, а при использовании прецизион-, . ных АЦП вЂ” порядка (0,03-0,05)Ъ.

Для предлагаемого устройства погрешности измерений напряжений фаз практически определяют погрешность оценок несимметрии. Погрешностями цйф. ровой вычислительной части можно, 45 пренебречь, так как при необходимости (при увеличении точности аналоговой части ) можно увеличить число раз. рядов, с которыми производятся вычисления.

5О

9931б2

Формула изобретения го нельзя сказать о задатчиках кодов н известных цирфовых устройствах.

Экономическая эффективность устройства определяется теми регулирующими воздействиями на показатели качества электроэнергии, которые осуществляются на основании измерений.

Следует также иметь ввиду,, что в промежутках между измерениями несимФ метрии микрокалькулятор, может использоваться для обработки других данных. Очевидно также, что, кроме и оиру устройство позволяет расчитывать при увеличении числа команд значения углов, определяющих направления нектороз U H U<, а также хранить н памяти и при необходимости выводить на печать модули трех напряжений сети.

1. Цифровое устройство для измерения- несимметрии напряжений, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, rоммута.тор фаэ, а также аналого-.цифровой преобразователь, блок управления и цифровой вычислительный н регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, н него введены последовательно соединенные фильтр первой гармоники и выделитель среднего значения модуля -напряжения переменно= го тока, причем выход коммутатора фаз соединен с входом фильтра первой гармоники, выход вь.делителя среднего значения модуля напряжения через аналого-цифровой преобразователь соединен С входом цифрового вычислительного и регистрирующего блока, который соединен с блоком управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е e c я тем, что цифровой вычислительный и регистрирующий блок состоит из последовательно соединенных преобразователя двоичного кода .в двоично-десятичный, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов, 10 мультиплексера, набора ключей для ввода цифр и микрокалькулятора.

3. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ e e с я тем, что блок управления состоит из последо15 вательно соединенных блока выработки счетных импульсов, двоичного счет чика, блока памяти и трех дешифраторов, причем вЫходы дешифратора цифр подключены к входам мультиплексера

20 цифрового нычислительного и регистрирующего блока, выходы дешифратора команд управления подключены к управляющим входам коммутатора фаз, стробируемых дешифраторов десятич25 ных разрядов аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного и регистрирующего блока и блока выработки счетных импульсон, выходы дешифратора команд микрокалькулятору подключены к управляющим входам ключей ввода команд, а выходы ключей подключены к входам микрокалькулятора цифрового вычислительного и регистрирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 74б336, кл. G 01 R 29/1б, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 7378 82, кл. G 01 R 29/1б, 1980 (прототип).

Составитель О. Панчерников

Редактор А. Фролова Техред М.Тепер Корректор О. Билак т

Заказ 449/61 Тирам 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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