Opublikowano: 6.IX.1969 58242 V KI. 21 e 36/01 MKP GOlr/ffl? UKD Twórca wynalazku: dr inz. Jan Zuzok Wlasciciel patentu: Instytut Automatyki Systemów Energetycznych, Wroclaw (Polska) Sposób pomiaru wahan napiecia zmiennego Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru wahan napiecia zmiennego, przeznaczony zwlasz¬ cza do przekazywania wyniku pomiaru na odleg¬ losc przy pomocy telemetrii cyfrowej.Przy automatycznej regulacji róznych obiektów wystepuje nieraz koniecznosc cyfrowego pomiaru wartosci napiecia zmiennego, wahajacego sie w scisle okreslonych granicach wokól wartosci wy¬ branej, np. wokól wartosci nominalnej. Wymaga¬ nia takie wystepuja miedzy innymi w procesie automatycznej regulacji systemu energetycznego.Konieczny jest tu pomiar wahan napiecia z wy¬ magana przez proces automatycznej regulacji stala czasu w wybranych wezlach systemu. Winien to byc pomiar cyfrowy zarówno ze wzgledu na za¬ stosowanie telemetrii cyfrowej przy przekazywa¬ niu wyniku pomiaru do osrodka centralnego jak i ze wzgledu na stosowanie maszyny cyfrowej w procesie automatycznej regulacji systemu.Dotychczas do cyfrowego pomiaru wahan napie¬ cia zmiennego stosuje sie te same sposoby co do cyfrowego pomiaru napiecia zmiennego. Najbar¬ dziej znanym sposobem cyfrowego pomiaru napiec zmiennych jest przetwarzanie napiecia zmiennego na napiecie stale a nastepnie przetworzenie napie¬ cia stalego przy pomocy konwertera analogowo- -cyfrowego na wielkosc cyfrowa. Drugi sposób, rzadko stosowany, polega na przetwarzaniu mie¬ rzonego napiecia zmiennego na czestotliwosc, a na- 10 30 stepnie na pomiarze czestotliwosci przez uklad zli¬ czania impulsów.Zarówno przetwornik napiecia zmiennego na na¬ piecie stale jak i konwerter analogowo-cyfrowy sa ukladami zlozonymi i kosztownymi. Ze wzgledu na pomiar tylko wahan napiecia w obu podzespolach nie jest wykorzystany caly zakres pomiarowy, co ma wplyw na dokladnosc prowadzonych pomia¬ rów.Przetwornik przetwarza poza tym napiecie zmienne na napiecie stale ze stala czasu, która ma juz ustalona wartosc dla kazdego przetwornika.Wynikaja stad trudnosci przy koniecznosci doboru innych stalych czasu pomiaru, wymaganych przez uklad regulacji.Celem wynalazku jest taki sposób cyfrowego po¬ miaru wahan napiecia zmiennego, który pozwalal¬ by zarówno na latwy dobór stalej czasu pomiaru, wymaganej przez uklad regulacji oraz na mozli¬ wosc jej zmiany w trakcie pomiaru jak i na wy¬ korzystanie calego zakresu pomiarowego uzytego konwertera analogowo-cyfrowego do pomiaru wa¬ han napiecia, co wplynie na zwiekszenie doklad¬ nosci pomiaru.Cel ten zostal osiagniety przez prostowanie mie¬ rzonego napiecia i kompensacje niezmieniajacej sie jego czesci oraz przez calkowanie otrzymanego w ten sposób napiecia i ponownej kompensacji czesci napiecia uzyskanego z ukladu calkujacego.Wynikowe napiecie jest nastepnie przetwarzane na 58 242• Z*Z8£ 3 wielkosc cyfrowa przy pomocy konwertera analo- gowo-cyfrowego.Dla opisywanego sposobu pomiaru zaleznosc mie¬ dzy stosunkiem kompensowanego napiecia wypro¬ stowanego do napiecia kompensujacego a stosun¬ kiem maksymalnej wartosci mierzonego napiecia do jego wartosci minimalnej jest proporcjonalna.Wartosc napiecia, która kompensuje czesc napiecia z ukladu calkujacego, zalezy od zakresu doklad¬ nosci, który zamierza sie uzyskac przy prowadzo¬ nym pomiarze wahan napiecia.Opisany sposób pozwala na cyfrowy pomiar wa¬ han napiecia przy pomocy ukladu, który cechuje sie duza prostota w stosunku do dotychczas stoso¬ wanych sposobów oraz mozliwoscia latwego dobie¬ rania odpowiedniej stalej czasu urzadzenia pomia¬ rowego.Zakres pomiarowy konwertera analogowo-cyfro- wegp wykorzystuje sie do pomiaru wylacznie wa¬ han napiecia, co pozwala, przy danej klasie kon¬ wertera, na zwiekszenie dokladnosci pomiaru. Za¬ leta opisywanego sposobu pomiaru jest równiez to, ze wielkosc cyfrowa na wyjsciu urzadzenia pomia¬ rowego przedstawia w postaci bitów wylacznie wartosc wahan napiecia mierzonego, co jest ko¬ rzystne przy stosowaniu telemetrii cyfrowej do przesylania wyników pomiarów na odleglosc.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania, przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu, realizujacego opisywany sposób pomiaru, fig. 2 — zaleznosc na przykladzie napiecia sinu¬ soidalnego jako najczesciej spotykanego, miedzy poszczególnymi wartosciami napiec wystepujacych w ukladzie pomiarowym, fig. 3 — schemat ideowy urzadzenia pomiarowego, realizujacego opisany sposób pomiaru.Zaklada sie, ze nalezy mierzyc wahania napiecia zmiennego Ux od wartosci U1 min do wartosci Uj max. Napiecie mierzone V1 jest podane do ukla¬ du prostowania i kompensacji UPK, w którym ule¬ ga prostowaniu przy czym czesc tego napiecia jest kompensowana napieciem stalym Er W ukladzie prostowania i kompensacji UPK kompensuje sie 30 procent lub wiecej wartosci szczytowej maksy¬ malnego napiecia mierzonego Ux max. Wynikowe napiecie podaje sie na uklad calkujacy UC, które¬ go stala czasu, przez zmiane wartosci elementów ukladu np. opornika R lub kondensatora C, moze byc zaleznie od potrzeb w latwy sposób zmienia¬ na.Celem polepszenia liniowosci miedzy napieciem mierzonym V1 a wielkoscia cyfrowa WC, czesc na¬ piecia Wyjsciowego z ukladu calkujacego UC, ozna¬ czonego jako U2 jest kompensowana napieciem sta¬ lym E2 w ukladzie kompensujacym UK. Uzyskane na wyjsciu ukladu kompensujacego UK napiecie U3 podaje sie na konwerter analogowo-cyfrowy KAC, który przetwarza wartosc napiecia U3 na wielkosc cyfrowa WC.W ukladzie zastosowano konwerter analogowo- cyfrowy calkujacy, gdyz pozwala on, ze wzgledu s na swoja zasade dzialania, na uniezaleznienie wy¬ ników pomiaru od wartosci stalej czasowej ukla¬ du calkowania.. Dla napiecia mierzonego V1 min uzyska sie wielkosc cyfrowa WC o wartosci rów- in nej zeru, zas dla napiecia Ux max — o wartosci maksymalnej, zaleznej od stopnia dopasowania za¬ kresu konwertera analogowo-cyfrowego do ukladu pomiarowego.Fig. 2 przedstawia zaleznosc , wartosci napiecia 15 wyjsciowego U2 z ukladu calkujacego UC od war¬ tosci szczytowej Uls mierzonego napiecia sinusoi¬ dalnego, przy czym ]/2 Uj min oznacza wartosc szczytowa napiecia sinusoidalnego V1 min, zas V 2 Ulmax oznacza wartosc szczytowa napiecia si- 20 nusoidalnego V1 max.Fig. 3 przedstawia schemat ideowy urzadzenia pomiarowego, gdzie napiecie mierzone Ux jest pro¬ stowane dioda Dp a czesc jego jest kompensowa¬ na napieciem stalym Er Opornik r jest nieliniowy 25 i przedstawia dla duzych napiec duza opornosc, a dla malych napiec mala opornosc.Dioda D2 sluzy do zmniejszenia napiecia na opor¬ niku r w okresie, gdy jest spolaryzowana w kie¬ runku przewodzenia. so Uklad calkujacy UC, skladajacy sie z opornika R i kondensatora-C, posiada stala czasu RC. Czesc napiecia U2 z ukladu calkujacego UC zostaje skom¬ pensowana napieciem stalym E2 w ukladzie kom¬ pensujacym UK a uzyskane napiecie wynikowe 35 jest podane na wejscie konwertera KAC, który wartosc napiecia stalego przetwarza na wielkosc cyfrowa, odpowiadajaca wahaniom napiecia zmien¬ nego. PL