RU1798733C - Устройство дл измерени активного сопротивлени - Google Patents

Abstract

Использование: в области электротехники , а именно в релейной защите и электрических измерени х. Сущность изобретени : устройство содержит генератор импульсного сигнала, включенный последовательно с контролируемой цепью и опорным резисто- ром. и два одинаковых канала выделени  посто нной составл ющей сигнала на контролируемой цепи и на опорном резисторе, каждый из которых состоит из каскадного соединени  аналого-цифрового преобразовател , фильтра нижних частот (нулевой гармоники ) и адаптивного датчика посто нной величины. Новым в устройстве  вл етс  исполнение генератора импульсного сигнала как источника последовательности одинаковых импульсов произвольной формы и способности выделени  посто нных составл ющих напр жени  и тока в контролируемой цепи на фоне переменного напр жени  и переходного процесса. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электрическим измерени м и релейной защите, и. в частности, может быть использовано дл  измерени  и непрерывного контрол  активного сопротивлени  изол ции электрических сетей переменного тока, наход щихс  под рабочим напр жением или обесточенных, а также в услови х длительных переходных процессов, вызванных различными причинами.

(Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей, повышение точности и быстродействи  устройства дл  измерени  активного сопротивлени  электрических цепей переменного тока, наход щихс  под напр жением или же обесточенных, и в услови х длительных переходных процессов в контролируемой электрической цепи произвольной сложности .

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - функциональна  схема адаптивного датчика посто нной величины, на фиг. 3 - временна  диаграмма работы.

Устройство содержит (фиг. 1) генератор испытательного сигнала 1, включенный последовательное нагрузкой 2 (электрическа  цепь) и опорным резистором 3, аналого- цифровые преобразователи 4 и 5. входы которых подключены к выходам генератора импульсного сигнала 1, фильтр нижних частот б и фильтр нулевой гармоники 7, присоединенные входами соответственно к

XI

О ОР

VI

OJ СА)

выходам аналого-цифровых преобразователей 4 и 5. а выходами - к соответствующим входам данных адаптивных датчиков 8 и 9, выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым входами данных управл - юще-вычислительного блока 10, индикатор 11 и делитель тактовых импульсов 12, при этом выходы управл юще-вычислительного блока 10 подключены: ко входу индикатора 11, к управл ющим входам генератора им- пулъсного сигнала 1, к управл ющим входам адаптивных датчиков посто нной величины 8 и 9, а через делитель тактовых импульсов 12 и ко входам синхронизации аналого-цифровых преобразователей 4 и 5 и ко входам синхронизации фильтра нижних частот 6 и фильтра нулевой гармоники 7 и адаптивных датчиков посто нной величины 8 и 9.

На фиг. 2 приведена структурна  схема адаптивного датчика посто нной величины 8 (9). Она включает в себ  два цифровых фильтра 13 и 14, первый из которых настраиваетс  на входной сигнал, а второй идентичен первому и получает свои параметры по результатам его настройки, сумматор 15, пороговый блок 16, блок задани  весовых коэффициентов 17, источник единичного сигнала 1.8 и блок делени  19. В состав цифрового фильтра 13 вход т элементы задержки 20-22, умножители 23-25 и многовходовой сумматор 26. Второй цифровой фильтр 14 состоит из аналогичных элементов , но включены фильтры 13 и 14 по-разному: вход данных датчика 13 образует вход адаптивного датчика посто нной величины , а вход данных адаптивного датчика посто нной величины 14 подключен к источнику единичного сигнала 18. Входы задани  коэффициентов обоих адаптивных датчиков 13 и 14 подключены к верхним выходам задающего блока 17, нижний же выход этого блока подключен ко входам блока делени  19 и сумматора 15. Пороговый блок 16, вход которого соединен с выходом сумматора 15, воздействует совместно со входным сигналом адаптивного датчика посто нной величины на блок задани  весовых коэффициентов 17. Блок делени  19 выполнен с задающим входом, подключенным к выходу цифрового фильтра 14. Выход блока делени  19  вл етс  выходом данных адаптивного датчика посто нной величины, запуск которого осуществл етс  по входу задающего блока 17, нижний выход задающего блока  вл етс  стробирующим выходом адаптивного датчика посто нной величины 8 или 9. Согласование работы адаптивною датчика с другими блоками устройства осуществл етс  по каналу синхронизации ,

Работа устройства происходит следующим образом.

Каскадное соединение аналого-цифро- вого преобразовател  4, фильтра низких частот 6 и адаптивного датчика посто нной величины 8, выход данных которого подключен к первому входу данных управл ющевычислительного блока 10, образуют канал выделени  посто нной составл ющей напр жени  на входе контролируемой электрической цепи. Аналогичное соединение аналого-цифрового преобразовател  5,

фильтра нулевой гармоники 7 и датчика посто нной величины 9, соединенного своим выходом со вторым входом данных управл юще-вычислительного блока 10, образует канал выделени  посто нной составл ющей тока, протекающего в контуре: опорный резистор 3 - источник испытательного сигнала 1 - измер ема  цепь (нагрузка) 2.

Измерение активного сопротивлени  проводитс  циклически, поэтому достаточно рассмотреть 1-й цикл измерений.

Очередной цикл измерени  начинаетс  с формировани  сигнала на первом управл ющем выходе управл юще-вычислительного блока 10, в качестве которого,

например, может быть использован одно- кристалльный программируемый микроконтроллер . Это вызывает запуск генератора импульсного сигнала 1, работающего в ждущем режиме, и формирование импульсного напр жени  на его выходах. Причем форма импульса может быть произвольной , а его длительность не должна превышать период основной гармоники напр жени  и контролируемой электрической цепи. Через врем  Т, априорно известное и равное периоду основной гармоники, процедура повторитс , а на выходе генератора начинает формиро ватьс  второй импульс - идентичный первому . С этого момента времени напр жени  на входе аналого-цифрового преобразовател  4 описываетс  как

50

U(t) U l(t) + U 2(t) + Uce« 4 Uo. (1)

где U i(t) - переменна  составл юща  напр жени  наведенна  рабочим напр же нием контролируемой электрической цепи:

5 U a(t) - переменна  составл юща  напр жени  вызванного действием последо вательности импульсов генератора импульсных сигналов 1, гармонический состав которой совпадает составом перемен ной составл ющей U i(t). Uo(t) свободна 

составл юща  переходного процесса, вызванного действием последовательности импульсов генератора 1 на цепь 2 и, возможно другими причинами, Uo посто нна  составл юща  напр жени , вызванна  ге- нератором импульсного сигнала t,

На выходе аналого-цифрового преобразовател  4 формируетс  цифровой сигнал U(l т ) (в дальнейшем просто U(l), где I - дискретное врем ; т - интервал дискрети- зации , который выбираетс  из услови  обеспечени  необходимой точности вычислени  посто нной составл ющей напр жени , так как малые вызывают дополнительную погрешность представле- ни  исходного аналогового сигнала U(t) его цифровых аналогом U(l) из-за конечной разр дности реальных аналого-цифровых преобразователей и ограниченной длины машинного слова управл юще-вычисли- тельного блока 10. Величина интервала дискретизации г задаетс  коэффициентом пересчета делител  тактовых импульсов 12, на вход которого со второго управл ющего выхода управл юще-вычислительного бло- ка 10 поступает последовательность тактовых импульсов калиброванной частоты.

Фильтр низких частот 6 и фильтр нулевой гармоники 7 представл ют собой цифровые фильтры, преобразующие входной сигнал в соответствии с выражением

1

иф(0 тгX U(q),

N q L-N + 1

i

где N - количество выборок сигнала U(t) на периоде переменной составл ющей напр жени . Целью такого преобразовани   вл етс  подавление во входном сигнале всех гармоник переменной составл ющей меньших частоты Найквиста. Поэтому на инфор- мационный вход датчика посто нной величины 8 через врем  равное периоду Т следовани  импульсов генератора поступит сигнал

Назначением адаптивных датчиков посто нной величины 8 и 9  вл етс  фильтраци  посто нной слагаемой переходного процесса задолго до его окончани . Рассмотрим работу одного из датчиков, на вход которого поступает сигнал переходного процесса, описываемый выражением (3).

По приходе сигнала пуска задающий блок 17 адаптивного датчика обнул ет свои верхние выходы, формиру  на нижнем выходе посто нный сигнал у, который можно интерпретировать как задающий (обучающий) сигнал адаптивного датчика. В сумматоре 15 этот сигнал вычитаетс  из выходного сигнала программируемого нерекурсивного фильтра 13

Ц0 иф(1}- § asU rfl-s).

8 1

(4)

где m - пор док фильтра. А на пороговый элемент 16 поступает разностный сигнал

Ј(1) иф(1)-у- Ја ифО-8).

s i

(5)

который воспринимаетс  как помеха (нев зка ). Пороговый элемент 16 реагирует на ее уровень. Пороговый элемент и вход пуска адаптивного датчика управл ют разрешением работы задающего блока 17.

Блок 17 формирует на своих выходах сигналы, задающие коэффициенты а программируемому нерекурсивному фильтру 13, а также посто нную величину у. Принцип действи  этого блока заключаетс  в преобразовании отсчетов входной величины (l) в сигналы as, s - 1,m и у, и в общем случае подчинен некоторому критерию, минимизирующему уровень сигнала Ј(). Организаци  блока 17 обеспечивает решение m-И уравнени  с т+1 неизвестными as, s 1,m и у:

Ј(, l N + m.n n Ј2m + N. (6)

иф() Ucafl) + U0.

заметим, что преобразование (2), в силу своей линейности, не измен ет частот и коэффициентов свободного процесса, оставл   при этом неизменной величину посто нной составл ющей.

Одновременно с формированием второго импульса генератором 1 улравл юще- вычислительный блок 10 вызывает запуск адаптивных датчиков посто нной величины 8 и 9, формиру  дл  этого сигнал пуска на своем нижнем управл ющем выходе.

Если свободный процесс  вл етс  апериодическим Uce(l) Uexpf-ytf I г), где U,/ - заранее неизвестные начальное значение и 50 коэффициент затухани , то задающий блок 17 определит параметры at и у из услови  (6) при

55

у+ ,(N)ai Lbj(N+1) у + иф(М-И)а 1)ф(М+2)

(7)

Решением (7) по отсчетам иф((). I N, N+2  вл ютс  ai - ехр(- /Зг) и у U0(1+a), которые автоматически обеспечивают при простом апериодическом свободном процессе выполнение услови  (6) при I N + 2m N+2 без изменени  параметров ai и у. При этом на выходе порогового элемента 16 вырабатываетс  низкий уровень Б(|), вызывающий окончание обновлени  величин as и у, а также формирование сигнала строба на выходе адаптивного датчика. Одновременно с формированием строба на выходе делител  19 формируетс  значение посто нной составл ющей переходного процесса U0, как результаты операции

U0 y/H(0)

(Н(0) 1 + Ј as 1 + ai - передаточна 

S 1

характеристика одинаковых фильтров 13 и 14), котора  вырабатываетс  на выходе фильтра 14 в результате воздействи  источника опорного единичного сигнала 18.

Таким образом адаптивный датчик посто нной величины 8 или 9 обладает свойством обнаруживать за вполне определенное врем  и без методической погрешности посто нную установившуюс  слагаемую переходного процесса, т.е. подавл ть свободную составл ющую.

По завершении настройки датчиков 8 и 9 на их стробирующих выходах вырабатываютс  сигналы, вызывающие запись соответ- ственно посто нных составл ющих напр жени  на нагрузке Uo и на опорном резисторе URO в пам ть управл юще-вычис- лительного блока 10,

Активное сопротивление электрической цепи вычисл етс  в соответствии с выражением

RU3-UoRo/UR0,

где RO - величина опорного резистора 3.

Результат вычислени  Риз отображаетс  управл юще-вычислительным блоком через выход данных на индикаторе 11,

На фиг. 3 приведены временные диаграммы сигналов на входах и выходах адаптивных датчиков посто нной величины 8 и 9,

В случае контрол  активного сопротивлени  обесточенной электрической цепи период последовательности испытательных Импульсов выбираетс  из соображений обеспечени  необходимого быстродействи  и точности. Расширение функциональных возможностей устройства обусловлено свойством каскадного соединени  фильтра нижних частот (сумматора отсчетов за пери

од ) и адаптивного датчика посто нной величины выдел ть из переходного процесса произвольной сложности и без методической погрешности -посто нные слагаемые

5 напр жени  и тока, характеризующие активные сопротивление объекта (электрической сети), повышение точности измерени  активного сопротивлени  обусловлено независимостью результатов измерений от

10 формы импульсов генератора импульсного сигнала, а повышение быстродействи  обусловлено способностью устройства выдел ть посто нную составл ющую входного сигнала на начальном участке переходного

15 процесса.

Claims (3)

1. Устройство дл  измерени  активного сопротивлени , содержащее генератор импульсного сигнала, первый вывод которого

20 подключен к первому зажиму измер емого сопротивлени , управл юще-вычислитель- ный блок, аналого-цифровой преобразователь , индикатор и фильтр нижних частот, отличающеес  тем, что, с

25 целью расширени  функциональных возможностей , повышени  точности и быстродействи , в него введены второй аналого-цифровой преобразователь, фильтр нулевой гармоники, опорный рези30 стор и первый и второй адаптивные датчики посто нной величины, делитель тактовых импульсов, второй вывод генератора импульсного сигнала соединен с первым выводом опорного резистора, второй вывод

35 которого и второй вывод измер емого сопротивлени  соединены с общей шиной, входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей подключены соответственно к первому и второму выводам генера40 тора импульсного сигнала, входы фильтра нижних частот и фильтра нулевой гармоники подключены к выходам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей , входы первого и второго адап45 тивных датчиков подключены к выводам

соответственно фильтра нижних частот и

фильтра нулевой гармоники, входы управл юще-вычислительного блока подключены к

выходам адаптивных датчиков, а выходы уп50 равл юще-вычислительного блока подключены к входу индикатора, к управл ющим входам генератора импульсного сигнала и адаптивных датчиков посто нной величины через делитель тактовых импульсов и к вхо55 дам синхронизации аналого-цифровых преобразователей , фильтра нижних частот и фильтра нулевой гармоники и адаптивных датчиков посто нной величины.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е с с   тем, что, с целью повышени  точноспгенератор импульсного сигнала выполнен в виде источника последовательности двух или более импульсов, а фильтры в виде сумматоров отсчетов за период следовани  импульсов генератора.

3. Устройство по пп. 1и 2, отличающее с   тем. что. с целью повышени 

Фиг. г

точности измерени  активного сопротивлени  электрической цепи, наход щейс  под переменным напр жением, период следовани  импульсор генератора импульсного сигнала установлен равным периоду переменного напр жени .

Фиг. 1