RU2046356C1

RU2046356C1 - Analyzer of envelope of signal of three-phase supply line

Info

Publication number: RU2046356C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Яковлевич Майер; Зения
Original assignee: Виктор Яковлевич Майер; Зения
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: electric measuring devices. SUBSTANCE: device has three-phase measuring transformer, direct sequence symmetry constituent filter, three memory units, rectifier, controlled gate, control unit, compensating voltage source, voltage divider, low- pass filter, amplifier, weight filter, effective value detection unit, squarer, accumulating adder, scaling unit, square-root calculation unit, recorder, delay gate. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения колебаний напряжения в трехфазной электрической сети. The invention relates to electrical engineering and is intended to measure voltage fluctuations in a three-phase electrical network.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет статистического анализа уровней фазных напряжений и их среднеквадратического значения. The aim of the invention is the expansion of functionality due to statistical analysis of phase voltage levels and their mean square values.

Сопоставленный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". Compared analysis with the prototype allows us to conclude that the criterion of "novelty".

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". On the basis of distinctive essential features, a search was made for known solutions in science and technology. No known solutions found. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

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. The fundamental difference between the present invention and the prototype is that the claimed device due to the introduction of a voltage divider, a compensating voltage source, a low-pass filter, a weighing filter and a delay element, as well as a chain of series-connected quadrator, accumulating adder, scaling unit and block extracting the square root included between the signal envelope extraction unit and the recorder allows for statistical measurement of vibration levels and every minute and subsequent measurement of the RMS value Range of voltage changes during the measuring time (observation) for all phases and the positive sequence component simultaneously, thereby significantly improving the reliability of measurement functional unit and expansion capabilities.

Таким образом, разница в результате исследования известного объекта прототипа и объекта по заявляемому техническому решению позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "положительный эффект". Thus, the difference as a result of the study of the known object of the prototype and the object of the claimed technical solution allows us to conclude that the invention meets the criterion of "positive effect".

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. Figure 1 presents the functional diagram of the analyzer envelope signal of a three-phase network; figure 2 timing diagrams of the voltages at the outputs of the individual components of the control unit, illustrating its operation.

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. The envelope analyzer of a three-phase network signal contains a three-phase measuring transformer 1, three input terminals of which are connected to the input terminals A, B, C of the meter, and three output terminals of block 1 are connected to three inputs of a filter 2 of a direct sequence and to the inputs of blocks 3-5 of a sample of storage, the outputs of which are combined and connected to the rectifier 6, the input connected through a managed key 7 to the output of the direct sequence filter 2, the first input of which is connected to the information input of the control unit 8, the second output of which th is connected to the control input of switch 7 and to permit recording blocks 3-5 inputs of sample and hold, for permitting the reading inputs of each of which are connected respectively third, fourth and fifth outputs of the control unit. The outputs of the rectifier 6 and the source 9 of the compensating voltage are connected to the corresponding inputs of the voltage divider 10, the output of which is connected through a series-connected low-pass filter 11, a scale amplifier 12, a weighting filter 13, an effective value extraction unit 14, a quadrator 15, an accumulating adder 16, a scaling unit 17 and the square root extraction unit 18 to the input of the recorder 19, to the other input of which the output of the effective value extraction unit 14 is connected. The second control input of the recorder is combined through the delay element 20 with the gate input of the accumulating adder 16 and is connected to the sixth output of the control unit 8, the first input of which is connected to the first control input of the registrar.

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.The control unit 8 is configured in the form of an integrated unit consisting of flip-flops 21 and 22, AND gate 23 and the series-connected controllable switch 24, the phase shift unit 25 at ^90, comparator 26, differentiation unit 27, driver unit 28 and the counters 29-31. The input of the key 24 is connected to the input of the control unit, and the control input is with the direct output of the trigger 21. The single inputs of the triggers 21 and 22 are combined and connected to the control input of the control unit. The output of the counter 30 is connected to the zero input of the trigger 22 and to the dynamic input of the element And 23, the static input of which is connected to the counting output of the counter 31. The output of the element And 23 is connected to the zero input of the trigger 21 and to the reset input of the counter 31. The outputs of the trigger 22 and counters 29 -31. The output of the element And 23 is connected to the zero input of the trigger 21 and to the reset input of the counter 31. The outputs of the trigger 22 and counters 29-31 are the outputs of the control unit.

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. The registrar 19 consists of an ADC 32 and 33, an OR element 34 and a CPU 35, the information and control inputs of the ADC 32 and 33 connected to the corresponding inputs of the recorder, and the ADC outputs are connected through an OR 34 element to the input of the CPU 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.The meter is based on the following considerations. When evaluating voltage fluctuations, the integration time is chosen to be 1 min (Norme Europeenne EN 50 006). Each such measurement determines the value of the range of voltage fluctuations, considered in accordance with the expression
δV

· 100,
(1) where g (F) is the frequency response (AFC) of the visual analyzer;
G (F) energy spectrum of voltage fluctuations in the frequency range 0.001-25 Hz.

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.Consequently, the rms value of the range of voltage changes during the measurement T, normalized by GOST 13109-87 from known one-minute values of it, is determined from the expression
δV _t =

, (2) where δ V _{i is the} current span value determined from (1);
k the number of one-minute intervals on the time interval of the measurement T.

Цикл работы устройства соответствует четырем периодам времени замеров Т, а каждый период времени обработки считанной информации. The cycle of the device corresponds to four periods of time T measurements, and each period of time for processing the read information.

Трехфазное напряжение сети понижается измерительным трансформатором 1, после чего линейные напряжения поступают на фильтр 2 прямой последовательности. The three-phase voltage of the network is reduced by a measuring transformer 1, after which the line voltage is applied to the filter 2 in a direct sequence.

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. According to the "Start" signal, indicating the beginning of the cycle and, accordingly, the first period, triggers 21 and 22 are set to a single state. Moreover, in the first period, by a logical unit from the output of the trigger 22, the control unit 8 permits the recording of information in blocks 3-5 of the retrieval-storage system and opens the key 7. A component of the direct sequence to be directly processed from the output of the filter 2 is supplied through the key 7 to the input of a half-wave rectifier 6, and the linear voltages at this moment from the outputs of the measuring transformer 1 are recorded in blocks 3-5 sampling-storage. The rectifier 6 converts the spectrum of the signal under investigation, which is fed to the voltage divider 10, where the signal is attenuated and its DC component is compensated by the compensating voltage source 9. Next, the resulting voltage is filtered by an active low-pass filter 11 and amplified by a scale amplifier 12. The output voltage of the scale amplifier, which is the envelope of the signal under study, is additionally filtered by frequency using a weighting filter 13, the frequency response of which modulates the sensitivity curve of the human visual analyzer. Then, the resulting voltage is linearly detected by the level of effective values using block 14. At the output of block 14 for extracting effective values, the value δ V (formula 1) is formed, which is the amplitude of the voltage fluctuations, which is transmitted to the recorder 19 and to the quadrator 15, where it is constructed squared and then fed to the accumulating adder 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.In control unit 8, simultaneously with trigger 22, trigger 21 opens a key 24, at the output of which an input alternating voltage U ₂₄ appears (Fig. 2a), which is supplied to phase shift unit 25 by 90 ^° . In block 25, the voltage U ₂₄ is shifted 90 ^° in phase U ₂₅ (Fig. 2a), after which the comparator 26 forms a meander U ₂₆ from it (Fig. 2a), whose edges coincide in time with the maxima of the input voltage U ₂₄ . The differentiation unit 27 generates, at moments corresponding to the edges of the meander U ₂₆ , short-polarity short pulses U ₂₇ (Fig. 2b). Next, the module driver 28 generates from the pulse train U _{27 a} sequence of unipolar pulses U ₂₈ (Fig. 2c), each of which coincides in time with the maximum positive or negative half-wave of the input voltage U ₂₄ . Then the clock pulses from the output of the shaper module are fed to series-connected counters 29-31. In this case, the counter 30 enters the next state every minute by the transfer signal of the counter 29, i.e. after calculating the current span, and the counter 31, which is a non-binary counter with the counting module K _sc = 3, in turn passes to the next state after each measurement time period T by the transfer signal of the counter 30, i.e. after the end of the calculation of the rms scale value.

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. Thus, in the registrar after completing the cycle of operation of the counter 29, the amplitude converted by the ADC 33 into a digital code, after receiving a command 1 time per minute from the control unit, is printed using the CPU 35, and in the accumulating adder 16, after the completion of the cycle of operation of the counter 30, the sum of squares is formed range in accordance with formula (2). The output of the adder 16 is connected through a scaling unit 17 with a transmission coefficient equal to 1 / K to the input of the unit 18, which is designed to extract the square root of the sum of squares. The output value of the square root extraction unit is the rms value of the span, and it goes to the recorder 19, where the ADC 32 is converted to a digital code, and after receiving 1 time per measurement period T, the time-delayed instruction 20 from the control unit is also printed using the CPU 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. At this moment, in the control unit 8, by the transfer signal, the counter 30 sets the trigger 22 to the zero state and transfers the counter 31 to one. In this case, according to the signal "Stop-1" (Fig. 1), trigger 22 stops recording information in blocks 3-5 of sample-storage and closes key 7, and the appearance of logical "1" at the first code output of counter 31 will cause the signal to be read from the output of the block 3 sampling-storage, which will lead to the beginning of the second period, and thus the process will be repeated until the whole cycle is complete.

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. When the cycle is completed, the transfer signal of the counter 30 is fed through the And 23 element to the reset input of the counter 31 and to the zero input of the trigger 21, as a result of which the counter 31 is set to the zero state by the "Reset" signal, and the trigger 21 closes the key by the "Stop" signal 24. And this completes the whole cycle.

Если возникает необходимость дальнейшего анализа, то цикл будет повторен при повторной подаче сигнала "Пуск". If there is a need for further analysis, the cycle will be repeated when the Start signal is repeated.

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. Thus, after the accumulation of a sufficient amount of information on the contents of the meter recorder, the distribution functions of the amplitude of the voltage fluctuations are constructed and their rms values are determined for all phases and a component of the direct sequence at the same time, according to which the voltage quality of the network under study is more reliably estimated.

Claims

1. AN ANALYZER OF AN ENVIRONMENTAL SIGNAL OF A THREE-PHASE NETWORK, comprising a three-phase measuring transformer, a filter of a symmetrical component of a direct sequence, a controlled key, three sampling-storage units, a rectifier, a recorder, an effective value extraction unit, a control unit, the first output of which is connected to the first control input of the recorder, the first information input of which is connected to the output of the effective value extraction unit, the three input terminals of the measuring transformer are connected to three input terminals devices, three output terminals of the measuring transformer are connected respectively to the three inputs of the filter of the symmetric component of the direct sequence and the information inputs of the three blocks of sample-storage, the recording inputs of which are connected to the second output of the control unit and the control input of the managed key, the third, fourth and fifth outputs of the control unit are connected with the corresponding reading inputs of the sample-storage units, the outputs of which are combined and connected to the input of the rectifier and the output of the controlled key, an amplifier, characterized in that, in order to expand the functionality by providing a static analysis of the phase voltage levels and their rms values, a voltage divider, a compensating voltage source, a low-pass filter, a weighting filter, a delay element, a series-connected quadrator, accumulating the adder are introduced, a scaling unit and a square root extraction unit, the filter output of the symmetric component of the direct sequence being connected to the input of the controllable about the key, the rectifier output through a series-connected voltage divider, low-pass filter, a scale amplifier and a weighing filter with an input of the effective value extraction unit, the output of which is connected to the quad input, the sixth output of the control unit is connected to the gate input of the accumulating adder and through the delay element to the second control input of the recorder, the second information input of which is connected to the output of the square root extraction unit, the output of the source of compensating voltage is connected with the second extreme terminal of the voltage divider, the first output terminal of the measuring transformer is connected to the input of the control unit.

2. The analyzer according to claim 1, characterized in that the control unit contains two triggers, an element And and a serially connected controlled key, a 90 ^o phase shift unit, a comparator, a differentiation unit, a module former, the first, second and third counters, and the input the controlled key is connected to the input of the block, the control input with the output of the first trigger, the first inputs of both triggers are combined and connected to the "Start" terminal, the output of the second counter is connected to the second input of the second trigger, the sixth output of the block and the first input of the And element, the second input of which is connected to the conversion output of the third counter and the fifth output of the block, and the output is connected to the second input of the first trigger and the installation input of the third counter, the second and third outputs of which are connected respectively to the fourth and third outputs of the block, the output of the second trigger is connected to the second output of the block , the output of the first counter is connected to the first output of the block.

3. The analyzer according to claim 1, characterized in that the recorder contains two analog-to-digital converters, an OR element and a digital printing unit, the inputs of the first and second analog-to-digital converters being connected respectively to the second and first information inputs of the recorder, their control inputs are connected respectively with the second and first control inputs of the recorder, and the outputs with the inputs of the OR element, the output of which is connected to the input of the digital printing unit.