PL177690B1

PL177690B1 - Sposób przetwarzania na postać cyfrową sygnału przemiennoprądowego o nieznanej lub zmieniającej się częstotliwości

Info

Publication number: PL177690B1
Application number: PL95309938A
Authority: PL
Inventors: Joseph Ch. Engel; Thomas J. Kenny
Original assignee: Eaton Corp
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 2000-01-31
Also published as: KR100379146B1; US5544065A; EP0696738A1; AU2712995A; TW268169B; AU695109B2; KR960009424A; CA2155616A1; ZA956552B; BR9503119A; CN1103924C; PL309938A1; CN1126319A

Abstract

1. Sposób przetwarzania na postac cyfrowa sygnalu przemiennopradowego o nieznanej lub zmieniajacej sie czestotliwosci, znam ienny tym, ze podczas kazdego okresu sygnalu przemienno- pradowego w obwodzie wejsciowym wytwarza sie impuls wejsciowy, zas pomiedzy pierwszym a drugim wybranym impulsem wejsciowym okresla sie róznice liczby impulsów w sygnale zegarowym wytworzonym przez generator sygnalów zegaro- wych, nastepnie dzieli sie te róznice impulsów zegarowych przez wybrany wspólczynnik prób- kowania i wytwarza sie w obwodzie wytwarzania liczby próbkowan zadana liczbe próbkowan sy- gnalu przemiennopradowego w czasie jednego okresu tego sygnalu, a po kazdym zliczeniu prób- kowan impulsów zegarowych wytwarza sie sygnal przerwania próbkowania, zas w odpowiedzi na kazdy sygnal przerwania próbkowania wytwarza sie w przetworniku analogowo-cyfrowym próbke cyfrowa sygnalu przemiennopradowego. F I G . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania na postać cyfrową sygnału przemiennoprądowego o nieznanej lub zmieniającej się częstotliwości.

Urządzenie cyfrowe, które nadzoruje i kontroluje sygnały przemiennoprądowe, wymaga, by sygnały przemiennoprądowe zostały przetworzone do postaci cyfrowej dla wykorzystania przez układ cyfrowy. W systemach, gdzie można zakładać, że częstotliwość sygnału przemiennoprądowego pozostaje stała, sygnał jest zamieniany na postać cyfrową przez próbkowanie sygnału przemiennoprądowego w stałych interwałach czasowych. W niektórych zastosowaniach nie można przyjąć, że częstotliwość pozostaje stała. Zwykle w takich wypadkach częstotliwość jest okresowo obliczana przez zliczanie liczby przejść przez zero sygnału przemiennoprądowego w danym czasie. W niektórych zastosowaniach interwał próbkowania jest ustawiany tak, aby uwzględniać zmianę częstotliwości, tak że jednakowa liczba próbek przetwarzania cyfrowego jest obierana w okresie przebiegu przemiennoprądowego pomimo zmian częstotliwości. W innych przypadkach interwał próbkowania pozostaje stały, a kompensacja odbywa się w oprogramowaniu, aby zmieniać liczbą próbek w okresie na skutek zmiany częstotliwości.

W rozwiązaniach znanych z opisów patentowych US nr 5 343 174 i nr 5 559 719 liczba przejść przez zero w czasie ustawionym przez określoną liczbą próbek jest wykorzystywana do określenia, czy wyłącznik obwodu jest dołączony do źródła 50 Hz, czy do źródła 60 Hz,

177 690 i jest wybierany odpowiedni stały interwał próbkowania do synchronicznego próbkowania przy odpowiedniej częstotliwości. W tej sytuacji przyjmuje się, że częstotliwość dołączonego sygnału jest albo 50 Hz, albo 60 Hz, a czas wykorzystywany na określenie tego nie jest krytyczny, ponieważ zakłada się, że częstotliwość źródła jest stała. W przykładach realizacji tych systemów liczba przejść przez zero w czasie około jednej sekundy wykorzystywana jest do określenia częstotliwości dla ustawienia częstości próbkowania, na jedną z dwóch stałych wartości.

Zastosowaniem, w którym może występować szeroka zmiana częstotliwości sygnału przemiennoprądowego, są przełączniki, które sterują połączeniem obciążenia z alternatywnymi źródłami zasilania. W wielu wypadkach jednym z alternatywnych źródeł zasilania jest źródło awaryjne napędzane silnikiem spalinowym. Częstotliwość takiego źródła będzie zmieniać się do ustabilizowani się prędkości obrotowej generatora, a nawet potem może wahać się wokół wartości nominalnej. Przełącznik nadzoruje tę częstotliwość, aby mieć pewność, że źródło dołączone do obciążenia jest w przewidzianych granicach częstotliwości. Nawet tam, gdzie alternatywne źródła zasilania, sterowane przez przełącznik, są oba źródłami przemysłowymi, przełącznik musi nadzorować częstotliwości, aby mieć pewność, że mieszczą się one w przewidzianych granicach.

W tych zastosowaniach, gdzie częstotliwość źródła zmienia się lub też muszą być nadzorowane częstotliwości wielu źródeł, jest potrzebny sposób szybkiego i dokładnego określania częstotliwości. Ponadto w zastosowaniach takich potrzebny jest sposób, który dokładnie i szybko ustawia częstość próbkowania, zwłaszcza tam, gdzie potrzebne jest próbkowanie synchroniczne.

Sposób przetwarzania na postać cyfrową sygnału przemiennoprądowego o nieznanej lub zmieniającej się częstotliwości, według wynalazku charakteryzuje się tym ,że podczas każdego okresu sygnału przemiennoprądowego w obwodzie wejściowym wytwarza się impuls wejściowy, zaś pomiędzy pierwszym a drugim wybranym impulsem wejściowym określa się różnicę liczby impulsów w sygnale zegarowym wytworzonym przez generator sygnałów zegarowych, następnie dzieli się tę różnicę impulsów zegarowych przez wybrany współczynnik próbkowania i wytwarza się w obwodzie wytwarzania liczby próbkowań żądaną liczbę próbkowań sygnału przemiennoprądowego w czasie jednego okresu tego sygnału, a po każdym zliczeniu próbkowań impulsów zegarowych wytwarza się sygnał przerwania próbkowania, zaś w odpowiedzi na każdy sygnał przerwania próbkowania wytwarza się w przetworniku analogowo-cyfrowym próbkę cyfrową sygnału przemiennoprądowego.

Korzystnie, stosuje się współczynnik próbkowania równy całkowitej liczbie próbkowań, które mają miejsce w czasie jednego okresu.

Różnicę liczby impulsów zegarowych dla każdego impulsu wejściowego, ewentualnie, określa się zapamiętując w obwodzie pamiętającym bieżącą liczbę impulsów zegarowych, odejmując kolejne zapisane liczby impulsów zegarowych i wytwarzając sygnał różnicowy.

Korzystnie, repetycyjnie odczytuje się aktualną liczbę impulsów zegarowych, generuje się aktualną wartość prądu i dodaje się wartość próbkowania do aktualnej wartości prądu, następnie wytwarza się liczbę przerwań i porównuje się tę liczbę przerwań z aktualną liczbą impulsów zegarowych, a kiedy aktualna liczba impulsów zegarowych jest równa liczbie przerwań generuje się sygnał przerwania próbkowania.

Wartość różnicy impulsów zegarowych wytworzonych pomiędzy kolejnymi impulsami wejściowymi korzystnie określa się po alternatywnym wybraniu jednego z sygnałów przemiennoprądowych za pomocą środków selekcji.

Sposób według wynalazku ma szczególne zastosowanie w powiązaniu z urządzeniem, które nadzoruje i/lub kontroluje wiele sygnałów przemiennoprądowych, z których każdy może być wielofazowy. W takim przypadku częstotliwość i interwał próbkowania są obliczone oddzielnie dla każdego z tych sygnałów przemiennoprądowych. Interwał próbkowania obliczony dla każdego z wielu sygnałów jest natychmiast wykorzystywany do przetworzenia na postać cyfrową każdej fazy tego sygnału zanim obliczona zostanie częstotliwość i interwał próbkowania dla następnego sygnału.

177 690

Według wynalazku częstotliwość i dokładny interwał synchronicznego próbkowania zostają określone w każdym okresie. Wynalazek przydatny jest zatem szczególnie dobrze w tych zastosowaniach, w których częstotliwość sygnału przemiennoprądowego zmienia się lub gdzie jest wiele sygnałów, które są naprzemiennie próbkowane i mogą mieć różne częstotliwości.

Przedmiot wynalazku jest szczegółowo opisany na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przełącznik, realizujący sposób według wynalazku, w schemacie blokowym, fig. 2 - sterownik przełącznika obwodów, stanowiący część układu przełącznika z fig. 1, w schemacie, fig. 3 - zegar stanowiący część sterownika przełącznika z fig. 2, w schemacie, fig. 4 - sekwencję próbkowania w sposobie według wynalazku, zaś fig. 5A i 5B przedstawiają działanie programu wykorzystywanego przez sterownik przełącznika obwodów z fig. 2 i 3, w schemacie blokowym.

Sposób według wynalazku jest opisany w powiązaniu z przełącznikiem używanym w układzie elektrycznym do zapewniania alternatywnych źródeł zasilania obciążenia energią elektryczną. Jest jednak oczywiste, że sposób według wynalazku ma zastosowanie w powiązaniu z różnymi rodzajami urządzeń elektrycznych, w których analogowe przebiegi przemiennoprądowe są przekształcane do postaci cyfrowej przed wprowadzeniem do obwodu cyfrowego. W szczególności sposób ma zastosowanie, jednakże bez ograniczenia tylko do tego, w powiązaniu z urządzeniami elektrycznymi takimi jak wyłączniki, styczniki, rozruszniki silników, układy sterowania silników i mierniki elektryczne. Ma on zastosowanie zwłaszcza tam, gdzie jest pożądane próbkowanie przebiegu przemiennoprądowego z całkowitą liczbą próbek na okres, kiedy częstotliwość przebiegu przemiennoprądowego nie jest znana lub zmienia się. Sposób według wynalazku ma zatem zastosowanie zwłaszcza w powiązaniu z przełącznikiem, który steruje połączeniem alternatywnych źródeł zasilania z obciążeniem, gdzie co najmniej jedno z tych źródeł jest awaryjnym urządzeniem zasilającym, które musi być doprowadzone do pewnej prędkości obrotowej, aby wytwarzać prąd przemienny o żądanej częstotliwości, przy czym częstotliwość wytwarzanego prądu może zmieniać się wraz z prędkością silnika.

Na figurze 1 przedstawiono układ elektryczny 1, w którym energia elektryczna z normalnego źródła 3 lub alternatywnego źródła 5 doprowadzana jest do obciążenia 7. Normalne źródło 3 i alternatywne źródło 5 mogą być przemysłowymi źródłami energii, albo każde z nich może być samodzielnym generatorem elektrycznym napędzanym przez pierwotne źródła napędu, lub też normalne źródło może być przemysłowym źródłem energii, a alternatywne źródło prądu 5 może być awaryjnym źródłem prądu w postaci samodzielnego generatora.

W każdym wypadku przełącznik 9 obwodów steruje połączeniem obciążenia 7 z jednym z tych źródeł prądu. Przełącznik 9 obwodów zawiera normalny łącznik 11, który łączy normalne źródło z obciążeniem 7 oraz alternatywny łącznik 13, który łączy alternatywne źródło z obciążeniem 7. Łączniki 11 i 13 mogą być wyłącznikami zabezpieczającymi lub łącznikami bez funkcji zabezpieczania. Łączniki 11 i 13 są sterowane przez sterownik 15 przełącznika obwodów. Sterownik 15 nadzoruje napięcia wytwarzane przez normalne źródło 3 i alternatywne źródło 5 odpowiednio poprzez przewody 17 i 19. Układ elektryczny 1 może być układem jednofazowym lub wielofazowym.

Sterownik 15 przełącznika obwodów zwykle łączy obciążenie 7 z korzystnym źródłem, zwykle z normalnym źródłem 3. W razie wykrycia uszkodzenia normalnego źródła lub na żądanie, czy pod działaniem programu obciążenie 7 może być przełączone na alternatywne źródło 5. Przed dokonaniem takiego przełączenia sterownik 15 przełącznika obwodów dokonuje sprawdzenia czy alternatywne źródło jest gotowe do zasilani obciążenia. W niektórych zastosowaniach sterownik 15 nadal nadzoruje normalne źródło 3, kiedy alternatywne źródło 5 jest dołączone do obciążenia 7, i automatycznie przełącza z powrotem na normalne źródło 3, kiedy normalne źródło powraca do normalnego stanu działania. Przykłady możliwych do zastosowania przełączników są znane, a w szczególności przedstawiane są w opisach patentowych US nr 4 672 227, 4 747 061 i 4 894 796.

Sterownik 15 przełącznika obwodów zawiera obwód cyfrowy do realizowania jego różnych zadań. Napięcia z normalnego i alternatywnego źródła na przewodach 17 i 19 muszą być

177 690 przetworzone na postać cyfrową do wykorzystania przez sterownik 15. W celu szybkiego wytworzenia dokładnych reprezentacji cyfrowych analogowych sygnałów napięciowych sterownik 15 przetwarza sygnały analogowe z całkowitą liczbą próbek w okresie. Jednakże, jak już wspomniano powyżej, częstotliwość tych dwóch sygnałów może być różna, a nawet może różnić się częstotliwość poszczególnych sygnałów, zwłaszcza z alternatywnego źródła 5, gdy jest ono samodzielnym generatorem z pierwotnym źródłem napędu, które musi zostać uruchomione i rozpędzone.

Na figurze 2 przedstawiono schemat sterownika 15 przełącznika obwodów. Sterownik 15 wykorzystuje zwykły obwód scalony 21. Konstrukcja i działanie tego obwodu scalonego są przedstawione w opisie patentowym US nr 5 270 898. Ten obwód scalony (IC) jest obwodem monolitycznym wykonanym w technologii CMOS i znormalizowanym dla sterowania różnego rodzaju urządzeń elektrycznych elektrycznych, takich jak: wyłączniki zabezpieczające, obwody sterowania silników, styczniki, przełączniki itp. Obwód scalony 21 zawiera własny mikroprocesor 23, przetwornik analogowo-cyfrowy 25 i różne urządzenia wejściawyjścia, obejmujące port we/wy 27. Obwód scalony 21 zawiera ponadto zegar 29, który jest przedstawiony na fig. 3, oraz własne komparatory 31 i 33, które mogą być wybiórczo łączone z zegarem 29 odpowiednio poprzez czynniki 35 i 37.

Napięcia trójfazowe z normalnego źródła 3 i z alternatywnego źródła 5 są podawane na multiplekser 39, który kolejno podaje je na przetwornik analogowo-cyfrowy 25, przetwarzający je na postać cyfrową w sposób, który zostanie omówiony dla sygnału wejściowego mikroprocesora 23. Napięcia fazy A z normalnego źródła 3 i alternatywnego źródła 5 są również podawane na obwód wejściowy 41. Obwód wejściowy 41 zawiera filtry wejściowe 43, z których każdy zawiera rezystor 45 i kondensator 47, który odfiltrowuje wszelkie szumy z napięć fazy A, tak że pozostaje zasadniczo tylko częstotliwość podstawowa. Filtrowane napięcie fazy A normalnego źródła jest obcinane przez diody 49 i 51 i podawane poprzez rezystor wejściowy 53 na komparator 31, gdzie jest ono porównywane z napięciem odniesienia REF. Diody 49 i 51 oraz komparator 31 wytwarzają przebieg prostokątny o częstotliwości równej częstotliwości podstawowej napięcia fazy A normalnego źródła. Wynikowy przebieg prostokątny jest przesunięty w fazie względem napięcia fazy A, na skutek działania dużego filtra wejściowego 43, jednakże dokładne przejścia przez zero napięcia fazy A nie są wymagane, a potrzebny jest tylko odstęp czasowy pomiędzy przejściami przez zero, a ten można określić z przebiegu prostokątnego.

Podobnie filtrowane napięcie fazy A alternatywnego źródła 5 jest kształtowane przez diody obcinające 49 i 51 oraz komparator 33, aby wytworzyć przebieg prostokątny o częstotliwości podstawowej napięcia fazy A alternatywnego źródła. Jak to zostanie omówione, mikroprocesor 23 steruje łącznikami 35 i 37, aby na przemian doprowadzać prostokątne napięcie fazy A normalnego źródła 3 i przemiennego źródła 5 do zegara 29 poprzez rezystor 54. Zegar 29 szybko i dokładnie ustawia, jak widać, odstęp czasowy próbkowania napięć normalnego i alternatywnego źródła poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 25. Przetworzone na postać cyfrową napięcia źródłowe są wykorzystywane przez mikroprocesor 23 do generowania sygnałów służących do sterowania normalnym łącznikiem 11 i awaryjnym łącznikiem 13. Polecenia sterowania łączników 11 i 13 są wyprowadzane poprzez port we/wy 27. Sygnały stanu, oznaczające czy łączniki 11 i 13 są otwarte, czy też zamknięte, są odbierane poprzez port we/wy 27.

Zegar 29 jest pokazany na fig. 3. Szczegóły działania tego zegara są przedstawione w opisie patentowym US nr 5 270 898. Omówione zostaną zatem tylko te aspekty działania zegara, które dotyczą niniejszego wynalazku.

Podstawowym elementem programowalnego zegara 29 jest 16-bitowy licznik 55 o dostępie swobodnym, który otrzymuje sygnał z przelicznika wstępnego 57 dzielącego przez cztery sygnał zegarowy 59 wewnętrznej fazy II mikrosterownika. Przelicznik wstępny 57 zapewnia zegarowi rodzielczość 2,00 ps, jeżeli przyjmie się częstotliwość kwarcu 4 MHz. Licznik 55 jest sterowany sygnałem zegarowym, aby zwiększać wartości podczas dolnej części sygnału zegarowego wewnętrznej fazy II. Ponieważ zegar ma konfigurację 16-bitową, każda specyficzna możliwość działania jest reprezentowana przez dwa rejestry. Rejestry te zawierają

177 690 górny i dolny bajt tej funkcji. Generalnie, doprowadzenie dolnego bajtu specyficznej funkcji zegara umożliwia pełne sterowanie tej funkcji, jednakże doprowadzenie górnego bajtu uniemożliwia tę specyficzną funkcję zegara aż do chwili doprowadzenia również dolnego bajtu. Dwubajtowy licznik 55 o dostępie swobodnym może być odczytywany z jednego z dwóch miejsc pamięci: rejestru liczącego 61 posiadającego górny bajt (TCRH) i dolny bajt (TCRL) lub alternatywnego rejestru liczącego 63 (TARH, TARL). Sekwencja czytania obejmująca tylko odczyt najmniej znaczącego bajtu rejestru licznikowego będzie odbierać wartość licznika w czasie odczytu. Jeżeli odczyt licznika w jakimkolwiek miejscu najpierw adresuje najbardziej znaczący bajt, powoduje to przeniesienie najmniej znaczącego bajtu do buforu 65. Dostęp do buforu 65 ma miejsce przy odczytywaniu najmniej znaczącego bajtu rejestru licznikowego (TCRL) lub alternatywnego rejestru licznikowego (TARL) i przez to kończy sekwencję odczytywania całej wartości licznika. Licznik 55 o swobodnym dostępie może być ładowany lub zatrzymywany przez program. W razie przepełnienia tego licznika o dostępie swobodnym detektor przepełnienia 67 ustawia flagę przepełnienia zegara w rejestrze 69 stanu zegara.

Każde narastające zbocze przebiegu prostokątnego wytwarzanego z nadzorowanego napięcia analogowego jest wykrywane przez detektor zbocza 71, który wyzwala wejściowy rejestr przechwytywania 73 (posiadający bajty TICH i TICL), aby oczytać i zapisać w pamięci treść rejestru 69 o dostępie swobodnym. Detektor zbocza 71 ustawia również flagę przechwytywania wejściowego (ICF) w rejestrze 69 stanu zegara. Rejestr 73 przechwytywania wejścia zapisuje zawartość licznika o swobodnym dostępie przy każdym narastającym zboczu filtrowanego napięcia analogowego.

Jak to zostanie omówione poniżej, mikroprocesor 23 odczytuje treść rejestru 73 przechwytywania wejścia poprzez szynę 75 wewnętrznego procesora. Mikroprocesor oblicza na postawie kolejnych treści odczytanych z rejestru 73 przechwytywania wejścia dokładną liczbę dla przerwania generowania następnej próbki napięcia.

Zegar 29 zawiera 16-bitowy rejestr 77 porównywania wyjścia głównego (TOCH, TOCL) i rejestr 79 porównywania wyjścia pomocniczego (TSCH, TSCL). Treści rejestrów porównywania 77 i 79 są porównywane z treściami licznika 55 o dostępie swobodnym odpowiednio w komparatorach 81 i 83. Komparator 81 i 83 ustawia flagę komparatora głównego wyjścia (POCF) i flagę komparatora pomocniczego wyjścia (SOCF) i rejestr 69 stanu zegara, kiedy odpowiednie porównywane wartości są równe.

Obwód przerwań 85 generuje żądanie przerwania w odpowiedzi na flagi ustawione w rejestrze 69 stanu zegara. Jednakże obwód przerwań 85 będzie reagować na flagi rejestru stanu zegara tylko wtedy, jeśli odpowiednie przerwanie jest dostępne przez rejestr 87 sterowania zegara. Przykładowo obwód przerwań 85 będzie generować przerwanie w odpowiedzi na flagę porównania głównego wyjścia (POCF) tylko wtedy, jeśli jest ono udostępnione przez bit (OCIE) udostępnienia przerwania porównania wyjścia głównego. Podobnie flaga (SOCF) porównania pomocniczego wyjścia będzie powodować generowanie przerwania tylko wtedy, jeśli ustawiony jest bit (SCIE) udostępnienia przerwania porównania pomocniczego wyjścia. Dostępność (ICIE) przerwania przechwytywania wejścia umożliwia reakcję na flagę stanu (ICF). Przerwanie przepełnienia zegara jest generowane, kiedy ustawiona jest flaga stanu TOF, jeśli ustawiony jest bit (TOIE) udostępnienia przerwania przepełnienia zegara. Przerwanie przechwytywania wejścia jest udostępniane przez bit (ICIE) udostępnienia przerwania przechwytywania wejścia. Bit (IEDG) biegunowości zbocza wejściowego określa, które poziome przejście końcówki (TCAP) będzie wyzwalać przeniesienie treści licznika o dostępie swobodnym do rejestru 73 przechwytywania wejścia. Jedynka wybiera zbocze narastające.

Mikroprocesor 23 na przemian wybiera napięcie fazy A normalnego i alternatywnego źródła do obliczenia częstotliwości i ustawienia interwału próbkowania. Przykładowo, gdy wybrana jest faza A napięcia normalnego źródła, łącznik 35 (patrz fig. 2) jest zamknięty, a przebieg prostokątny generowany przez komparator 31 jest podawany na zegar 29. Raz na okres napięcia fazy A normalnego źródła, za każdym razem kiedy występuje zbocze narastające przebiegu prostokątnego wytwarzanego przez komparator 31, treść licznika 55 o dostępie swobodnym zostaje przechwycona w rejestrze 73 przechwytywania wejścia. Ponieważ

ΠΊ 690 zdarza się to raz na okres, różnica pomiędzy kolejnymi zliczeniami impulsów zegarowych reprezentuje okres nadzorowanego sygnału napięciowego, a oczywiście odwrotnością okresu jest częstotliwość. Następnie mikroprocesor dzieli tę różnicę zliczeń prze liczbę całkowitą reprezentującą żądaną liczbę próbek nadzorowanego napięcia pobieranych w czasie jednego okresu. Iloraz ten reprezentuje liczbę zliczeń impulsów zegarowych pomiędzy próbkami. Ta liczba przerwań dodawana jest do ostatniej liczby przechowywanej w rejestrze 73 przechwytywania wejścia, a suma jest podawana do rejestru 79 komparatora wyjścia pomocniczego. Kiedy treść licznika o dostępie swobodnym osiągnie wartość przechowywaną w rejestrze komparatora pomocniczego wyjścia, generowane jest przerwanie. Sygnał przerwania jest podawany na przetwornik analogowo-cyfrowy 25, który próbkuje napięcie fazy A normalnego źródła. Liczba przerwania jest znowu dodawana do ostatniej liczby i umieszczana w rejestrze 79 komparatora pomocniczego wyjścia w celu wygenerowania następnego przerwania próbkowania.

Jak pokazano na fig. 4, określana jest częstotliwość w interwale próbkowania dla pierwszego źródła, np. dla normalnego źródła 3. Jak omówiono powyżej, wymaga to tylko jednego cyklu przebiegu źródła. Obliczony interwał jest następnie wykorzystywany do kolejnego próbkowania, po jednym dla każdego cyklu, napięcia fazy A-B źródła 1, napięcia fazy B-C i napięcia fazy C-A. Potem następują inne wejścia przemiennoprądowe związane z pierwszym źródłem, takie jak wyłącznik otwarty/zamknięty i stan normalny/wyzwolony. Następnie określana jest częstotliwość i interwał próbkowania dla drugiego źródła. Potem następuje kolejno próbkowanie napięcia fazy A-B źródła 2, napięcia źródła B-C i napięcia fazy C-A źródła 2. Określenie częstotliwości i interwału próbkowania i kolejne próbkowanie każdego z napięć poszczególnych faz wymaga tylko jednego okresu każdego z przebiegów źródła 2. Po próbkowaniu napięć poszczególnych faz źródła 2 sygnały wejściowe prądu przemiennego związane ze źródłem 2, które są podobne do sygnałów związanych ze źródłem 1, są próbkowane w celu wprowadzania do procesora cyfrowego

W końcu jest określana, jeśli trzeba, częstotliwość w interwale próbkowania dla obciążenia. Chociaż częstotliwość, a zatem i żądany interwał próbkowania, dla obciążenia będą odpowiednimi parametrami dla dołączonego źródła, kiedy obciążenie jest zasilane, częstotliwość napięcia obciążenia może różnić się od częstotliwości każdego ze źródeł, a w rzeczywistości będzie zmieniać się tam, gdzie obciążeniem jest silnik, który pracuje na dobiegu po przerwaniu zasilania. Ponownie określane są kolejno napięcia poszczególnych faz obciążenia, a następnie próbkowane są wejściowe sygnały prądu przemiennego z obciążenia. Ten cykl określania częstotliwości i prędkości próbkowania, a następnie próbkowania napięć poszczególnych faz i sygnałów wejściowych prądu przemiennego dla obu źródeł (i dla obciążenia, jeśli trzeba) jest ciągle powtarzany. Jeżeli częstotliwość napięcia obciążenia będzie określana oddzielnie, dodatkowy obwód wejściowy fazy A dla napięcia obciążenia będzie przedstawiony na fig. 2.

Jak wynika z powyższego, częstotliwość i prędkość próbkowania są określane bardzo szybko w czasie jednego okresu. Duże filtry wejściowe 43 eliminują szum, tak że okres jest dokładnie określony. Jak wspomniano poprzednio, duże filtry 43 powodują znaczne przesunięcie fazy (w przybliżeniu 90°) pomiędzy przejściem przez zero napięcia analogowego fazy A i przebiegu prostokątnego, który jest sygnałem wejściowym dla procesora cyfrowego w celu określenia okresów przebiegu analogowego. Nie trzeba jednak dokładnie znać chwili wystąpienia przejść przez zero przebiegu analogowego, aby mieć dokładne synchroniczne próbkowanie przebiegu. Dokładny interwał próbkowania jest określany szybko według wynalazku przez dzielenie liczby impulsów zegarowych przypadających na jeden okres przez żądaną całkowitą liczbę próbek na jeden okres. Przez synchroniczne próbkowanie rozumie się, że interwał próbkowania jest podzielny w okresie przebiegu zasadniczo dokładnie przez liczbę całkowitą. Rzadko liczba całkowita będzie dokładnie dzielić liczbę impulsów, jednakże rodzielczość treści licznika jest tak duża, że reszta jest bez znaczenia. Faza próbkowania względem fazy sygnału prądu przemiennego nie ma znaczenia.

Figura 5A i 5B przedstawiają schemat blokowy działania programu, odpowiedniego do wykorzystywania przez mikroprocesor 23 przy realizacji sposobu według wynalazku. Kiedy

177 690 przerwanie wychwytywania wejścia jest udostępnione (bit ICIE ustawiony), wykrycie przez detektor 71 narastającego zbocza przebiegu prostokątnego wybranego źródła powoduje wytworzenie przerwania wychwytywania wejścia. W odpowiedzi na to przerwanie mikroprocesor 23 odczytuje treść rejestru 73 wychwytywania wejścia i zapisuje ją w chwili t,. Po wystąpieniu następnego przerwania wychwytywania wejścia mikroprocesor 23 odczytuje znowu stan rejestru 73 wychwytywania wejścia i zapisuje tę wartość w chwili t₂. Różnica pomiędzy wartościami t₂ i t_l jest wykorzystywana do obliczenia okresu sygnału analogowego. Jeśli okres ten nie mieści się w zakresie możliwym do przyjęcia, który reprezentuje częstotliwość od około 40 do 80 Hz, powyższe działanie jest powtarzane. Jeżeli cztery próby nie dadzą w wyniku okresu w zakresie możliwym do przyjęcia, wówczas wytworzony jest raport odczytania złej częstotliwości i następuje wyjście z programu.

Normalnie okres będzie w zakresie możliwym do przyjęcia, a różnica pomiędzy ą i tj jest wtedy dzielona przez żądaną prędkość próbkowania, która w przykładzie realizacji wynalazku wynosi 16 próbek na okres, aby określić wartość interwału próbkowania napięcia. Ta wartość próbkowania jest następnie dodawana do wartości t₂ i wprowadzana do rejestru 79 porównywania wyjścia pomocniczego. Następnie przerwanie wychwytywania wejścia zostaje zakazane, częstotliwość jest obliczana jako odwrotność okresu, a liczba wznowień prób jest kasowana.

Program wchodzi następnie w pętlę pokazaną na fig. 5B w celu próbkowania napięć faz wybranego źródła. Kiedy zatem treść licznika 55 o dostępie swobodnym osiągnie wartość przerwania zapisaną w rejestrze 79 porównywania wyjścia pomocniczego, mikroprocesor 23 odczytuje aktualną treść. Wygenerowanie tego przerwania powoduje wyzwolenie przetwornika analogowo-cyfrowego 25 w celu próbkowania wybranego sygnału analogowego. Mikroprocesor 23 dodaje wartość próbkowania (interwał) do wskazania zegara, aby wygenerować następny czas przerwania, który jest wprowadzany do rejestru 79 porównywania pomocniczego wyjścia. Mikroprocesor odczytuje następnie przetwornik analogowo-cyfrowy, przelicza wyniki, podnosi do kwadratu wartość i dodaje wynik do sumy kwadratów, w celu wykorzystania przy obliczaniu wartości skutecznej próbkowanego przebiegu. Liczba próbek jest następnie inkrementowana i dodatkowe próbki są generowane aż zbierze się 16 próbek Po zebraniu pełnego cyklu próbek obliczana jest średnia z sumy kwadratów. Wartość skuteczna przebiegu jest następnie obliczana jako pierwiastek kwadratowy z tej wartości średniej. Multiplekser 39 zostaje następnie ustawiony w celu połączenia przetwornika analogowo-cyfrowego 25, aby wprowadzić następny pomiar napięcia poszczególnych faz, a rejestry zostają wyczyszczone dla nowego obliczania. Kiedy napięcia wszystkich trzech faz zostaną już wprowadzone, uruchamiany jest program określania częstotliwości i interwału próbkowania (wartości) oraz przeprowadzania próbkowania przebiegów dla następnego źródła.

690

L NORMALNEJ ŹRÓDŁO I

(
1

ALTERNATYWNE

ŹRÓDŁO

NORMALNY

ŁĄCZNIK <31

	STEROWANIE	13
Λ	PRZEŁĄCZNIKA

ŁĄCZNIK

AWARYJNY

Z

OBCIĄŻENIE

FIG.1

177 690

FIG.2

177 690 £

WEWNĘTRZNA SZYNA PROCESORA

S '2	i
POROWNY-		POROWNY-
WANIĘ		WANIĘ
WYJŚCIA	77	WYJŚCIA
GŁÓWNEGO		POMOCNI-
	7 CZEGO 7

TOCH

TOCL

TSCH

TSCL

BUFOR

8-BITOWY

J79

6155

63'

REJESTR

LICZNIKOWY

TCRH	TCRL
TARH	TARŁ

ALTERNATYWNY

REJESTR

LICZNIKOWY

( PORÓW- NANIE

PORÓW- NANIE

DETEKCJA PRZEPEŁ- NIENIA

POCF

SOCF

TOF

ICF

τ . REJESTR STANU ZEGARA

OBWOD

PRZERWAŃ r£>

FIG.3

DETEKCJA

ZBOCZA <f-QTCAP

ŻĄDANIE -J5- PRZERWANIA —d I TCMP

O

ICIE

OCIE

TOIE

SC1E

IEDG

SLVL

REJESTR

STEROWANIA

ZEGARA

177 690

OKREŚLANIE CZĘSTOTLIWOŚCI ŹRÓDŁA 2 I INTERWAŁU PRÓBKOWANIA

ŹRÓDŁO 2 B-C

WEJŚCIA PRZEMIENNOPRĄDOWE RAZEM 8

OKREŚLANIE CZĘSTOTLIWOŚCI OBCIĄŻENIA I INTERWAŁU PRÓBKOWANIA

OBCIĄŻENIE A-B

OBCIĄŻENIE B-C

FIGA

OBCIĄŻENIE C-A

WEJŚCIA PRZEMIENNOPRĄDOWE RAZEM 8

177 690

FIG.5B

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób przetwarzania na postać cyfrową sygnału przemiennoprądowego o nieznanej lub zmieniającej się częstotliwości, znamienny tym, że podczas każdego okresu sygnałU przemiennoprądowego w obwodzie wejściowym wytwarza się impuls wejściowy, zaś pomiędzy pierwszym a drugim wybranym impulsem wejściowym określa się różnicę liczby impulsów w sygnale zegarowym wytworzonym przez generator sygnałów zegarowych, następnie dzieli się tę różnicę impulsów zegarowych przez wybrany współczynnik próbkowania i wytwarza się w obwodzie wytwarzania liczby próbkowań żądaną liczbę próbkowań sygnału przemiennoprądowego w czasie jednego okresu tego sygnału, a po każdym zliczeniu próbkowań impulsów zegarowych wytwarza się sygnał przerwania próbkowania, zaś w odpowiedzi na każdy sygnał przerwania próbkowania wytwarza się w przetworniku analogowo-cyfrowym próbkę cyfrową sygnału przemiennoprądowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się współczynnik próbkowania równy całkowitej liczbie próbkowań, które mają miejsce w czasie jednego okresu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że różnicę liczby impulsów zegarowych dla każdego impulsu wejściowego określa się zapamiętując w obwodzie pamiętającym bieżącą liczbę impulsów zegarowych, odejmując kolejne zapisane liczby impulsów zegarowych i wytwarzając sygnał różnicowy.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że repetycyjnie odczytuje się aktualną liczbę impulsów zegarowych, generuje się aktualną wartość prądu i dodaje się wartość próbkowania do aktualnej wartości prądu, następnie wytwarza się liczbę przerwań i porównuje się tę liczbę przerwań z aktualną liczbą impulsów zegarowych, a gdy aktualna liczba impulsów zegarowych jest równa liczbie przerwań generuje się sygnał przerwania próbkowania.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość różnicy impulsów zegarowych wytworzonych pomiędzy kolejnymi impulsami wejściowymi określa się po alternatywnym wybraniu jednego z sygnałów przemiennoprądowych za pomocą środków selekcji.