RU1798805C

RU1798805C - Устройство дл измерени тока короткого замыкани

Info

Publication number: RU1798805C
Application number: SU914945090A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Мокин; Сергей Васильевич Юхимчук; Владимир Витальевич Грабко; Игорь Анатольевич Валькованый
Original assignee: Винницкий политехнический институт
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1993-02-28

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности измерени тока короткого замыкани в электрических сет х, измер емого с помощью трансформатора тока, за счет учета нелинейности передэточ ,М) ной характеристики трансформатора тока. Устройство содержит датчик тока 1, пороговый блок 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок пам ти 4, преобразователь Фурье 5, блок синхронизации 6, регистр 7, вычислители 8-17 коэффициентов р да Фурье, регистр 18, цифроаналоговые преобразователи 19-28, генераторы 29-33 синус- но-косинусных сигналов, блоки умножени 34-43, сумматор. Поставленна цель достигаетс путем сведени процесса решени интегрального уравнени Вольтерра в частотной области с помощью введени преобразовател Фурье 5 и блока пам ти 4. Кроме того, использование перепрограммируемых вычислителей 8-17 коэффициентов р да Фурье позвол ет в качестве датчика тока 1 примен ть различные типы трансформаторов тока. 1 ил. r.AM (Л С

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл измерени тока короткого замыкани (ТКЗ) в сильноточных электроустановках.

Целью изобретени вл етс .повышение точности измерени ТКЗ.

Устройство дл измерени ТКЗ по сн етс чертежом и содержит: 1 - датчик тока; 2 - пороговый блок; 3 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 4 - блок пам ти; 5 - преобразователь Фурье; б - блок синхронизации; 7 - второй регистр; 8-17 - с первого по дес тый вычислители коэффициентов р да Фурье (ВКФ); 18 - первый регистр; 19-28 - с первого по дес тый цифроаналоговые преобразователи (ЦАП); 29-33 - с первого по п тый генераторы синусно-косинусных сигналов; 34-43 - с первого по дес тый блоки умножени (БУ); 44 - сумматор.

Устройство работает следующим образом .

Если производитс измерение небольших значений токов, т.е. значений, когда датчик тока (трансформатор тока) 1 работает на линейном участке характеристики преобразовани , то устройство находитс в ждущем режиме, а выходной сигнал l2(t), завис щий от входного li(t), снимаетс непосредственно с выхода датчика тока 1.

Если производитс измерение ТКЗ (в этом случае датчик тока 1 работает на участке насыщени характеристики преобразовани ), то при этом срабатывает пороговый блок 2, который запускает АЦП 3 и разблокирует блок пам ти 4. При этом выходной сигнал lz(t) датчика тока 1 преобразуетс с помощью АЦП 3 в цифровой код и записываетс в блоке пам ти 4. Через определенное врем , задаваемое с помощью порогового блока 2, на его выходе по вл етс сигнал логического нул , производитс блокирование АЦП 3 и прекращаетс подача цифровой информации в блок 4. Одновременно этим же сигналом запускаетс блок синхронизации 6.

Известно, что зависимость 2 - f(H) описываетс полиномом вида 12 Cih + C2li2 + Csli3 + C4h4 + Csli5. (1) где Ci-Cs - коэффициенты полинома.

Передаточна функци датчика тока К (1: + Тм р) 1 + Т р

Поскольку характеристика преобразовани трансформатора тока симметрична относительно начала координат, то члены полинома (1), содержащие четную степень, равн ютс нулю, и поэтому полином (1) принимает вид

W(p) (2)

и

l2 Cih + СзИ - Сг.г

Особенностью передаточной функции (2) вл етс то. что соответствующа ей весова характеристика обладает свойством сепарабельности.

Поскольку датчик тока 1 вл етс нелинейной системой и ее можно представить в виде последовательного соединени динамического звена с соответствующей весовой характеристикой и нелинейности (3), то дл нее справедливо интегральное уравнение Вольтерра

00

l2(t)Ci / 91 (ri)H (t-n)dti +

-оо

оо оо со + Сз / / / дз (ri, г2. гз) -и (t - п) х

-00-00-00

X h (t - r2) h (t -гз) d ri d Г2 d гз +

00 00 00 00 00

+ Сб / / / / / 95 (Г1, T2, Гз, Г4, Ts) Их

-00-00-00-00-00

X (t - n) li (t - Гг) h (t - Гз) li (t - T4) X x h (t - TS) d ri d Г2 d гз d Г4 d rs , (4)

где gi (ri. T2, ... , TI) - t-мерна весова характеристика .

Разложим известный сигнал I2(t) в р д Фурье

I2(t) § 4eilwit(5)

на отрезке О, TI, TI - врем наблюдени , Oh 2jr/Timax, а неизвестный сигнал h(t) представим также р дом Фурье вида

m

li(t) Ј h,eJ|(Wlt(6)

с неизвестными коэффициентами hi. Подставл (5), (6) в уравнение (4) и находим в нем интегралы с учетом свойства сепарабельности , получим выражение

§ Л, § hiW(jiwOe IWlt + i -tni -m

+ Сз Ј hi3W3Olwi)ej3iWlt + )

+ C5 § h W JIwOe 5 1 1(7)

Рассматрива его как тождество, получаем систему уравнений

55 A±i Ci h± j W; (± j i г/л) + C3 h3±i/3 W I x(± j wi) + C5 h5±i/5 W s (± j I an). (8)

где i -N. -(N-1). ..., -1, 1, 2. .... N-1. N. котора в развернутом виде дл i - 1.5 имеет вид

10

15

20

25

30

35

40

45

50

A±1 Ci h±1W(±jwi), A±2 Cih±2W(), А±з Ci h±3W(±j3wi) +

+ Сзп5± f-W3().

A±4 Ci h±4 W(±j4«i),A±5

Ci h±5W(±j5wi) + Csh|;1W5()

(9) Отсюда находим h±j

h±1 A±1

h±2

h±3 h±4

CiW(±jwi)

A±2

CiW(±j2ft)t)

A±3-C3hJ:iw3(±JaJi) CiW(±j3wi)

A ±4

(Ю)

Ci.W(±jai) A±5-C5hilW5(±jftJi)

hrbCiW(±j5«wi)

Поскольку выражени коэффициентов Фурье h±1, ..., л±5 редста.влена в комплексной форме, то дл аппаратной реализации необходимо произвести их преобразование к тригонометрической форме. Учитыва ,что

;+. ni ±Jdi ±, - 2

(11)

hti

где ni, di - коэффициенты разложени сигнала l2(t) в тригонометрический р д Фурье, а

а ± j bi

2

где а, bi - коэффициенты разложени сигнала M(t) в тригонометрический р д Фурье, подставл ем (2), (11) в (10) и путем преобразований получаем выражени дл вычислени aibi,..., asbs.

Например, дл коэффициентов ai и bi получаютс выражени

1 +ТТм&Я Ci К (1 + Тм2 aft (Т-Тм)ш1

Ci К (1 + Тм2 «Я)

(Тм-Т)«1

bi m

ai ш

+ di

+

+ di

CtK(1 +Тм2) 1 +ТТмоЯ

+

(13)

Ci К (1 + Тм2 to) Подставл выражени вида (13) в три нометрический р д Фурье

lift)

: 2/ (ai cos Ш1 t + bi sin i wi t) (14) 1 1

восстанавливаем входной сигнал h(t).

При этом параметры датчика тока и значение считаютс известными.

5

1°

15

0

5

0

5

0

5

0

5

Необходимо отметить, что выражени вида (13) могут, быть записаны и в следующем виде

ai fi(m, di).

bi f2(ni. di),

32 f3(n2, d2), b2 fl(ri2. d2),

a3 fs(ni, di, пз, ds),(15) Ьз fe(ni, di. пз, da),

34 f(rt4, d4).

b4 fs(n4, d),

as f9(ni, di, ns, ds),

bs fio(ni, di, ns, ds).

Дл упрощени структуры данного устройства решени выражений (13) запрограммированы в ВКФ 8-17 с учетом предельных значений щ, ..., ns, di, ..., ds. Поэтому, например, коэффициент ai определ етс на выходе ВКФ при наличии на его двух входах значений ni и di.

Итак, после срабатывани блока синхронизации 6 работа устройства осуществл етс по тактам. В первом такте на втором выходе блока синхронизации 6 по вл етс сигнал логической единицы, который подаетс в преобразователь Фурье 5, вследствие чего последний считывает данные из блока пам ти 4. По окончании считывани в пре- образователе Фурье 5 вычисл ютс коэффициенты щ, ...; ns, di, ..., dg, а значени щ и di устанавливаютс на его информационных выходах.

Во втором такте сигнал логической единицы по вл етс на третьем выходе блока синхронизации 6, по которому значени щ и dr записываютс в регистр 7, с выхода которого эти же сигналы поступают на ВКФ 16 и 17, на выходах которых формируютс коды значений bi и di, завис щие от значений коэффициентов щ и di.

В третьем такте сигнал логической единицы формируетс на четвертом выходе блока синхронизации 6, вследствие чего значени ai и bi записываютс в регистр 18.

В четвертом такте сигнал логической единицы со второго выхода блока синхронизации б подаетс в преобразователь Фурье 5, на выходах которого устанавливаютс сигналы П2 и d2. Одновременно на выходах ВКФ 15 и 14 по вл ютс соответствующие им значени коэффициентов 32 и Ь2, которые по п тому такту блока синхронизации 6 записываютс в регистр 18.

В шестом такте сигнал логической единицы со второго выхода блока синхронизации 6 поступает в преобразователь Фурье 5, на выходах которого устанавливаютс сигналы пз и d3. Поскольку на выходах регистра 7 присутствуют сигналы, соответствующие коэффициентам щи di. то на выходах ВКФ 13 и 12 по вл ютс коды сигналов аз и Ьз, которые по седьмому такту блока синхронизации 6 записываютс в регистр 18, В восьмом такте работы блока синхронизации 6 на выходах преобразовател Фурье 5 устанавливаютс коэффициенты гм и оЧ вследствие чего на выходах ВКФ 11 и 10 образуютс коды сигналов ал, и Ь4, которые по дев тому такту работы блока синхронизации 6 записываютс в регистр 18.

В дес том такте на выходах преобразовател Фурье 5 формируютс коды значений ns и ds, на выходах ВКФ 9 и 8 по вл ютс сигналы, соответствующие значени м аз и Ьб, которые по одиннадцатому такту работы блока синхронизации б записываютс в регистр 18.

По мере записи цифровых кодов, соответствующих коэффициентам ai, ..., as, bi, .,., , в регистр 18 на выходах ЦАП 19-28 формируютс те же значени коэффициентов , только представлены они в аналоговой форме.

По двенадцатому такту работы блока синхронизации б на его п том выходе по вл етс сигнал логической единицы, который запускает генераторы сигналов 29-33. На первых выходах генераторов образуютс сигналы, соответствующие значению sin i ш t, а на вторых выходах - сигналы, соответствующие cos I 0)i t, причем дл генератора 29 i 5, дл генератора 30 i 4, дл генератора 31 I 3, дл генератора 32 i 2, дл генератора 33 i 1, т.е., каждый из генераторов сигналов имеет свою частоту следовани гармонических сигналов.

Выходные сигналы ЦАП и генераторов подаютс на БУ 34-43, а затем на сумматор 44, на выходе которого по двенадцатому такту работы блок синхронизации 6 начинает по вл тьс восстановленный входной сигнал h(t), вычисленный согласно выражению (14) и смещенный во времени относительно сигнала h(t) на врем преобразований. Восстановление сигнала производитс на участке времени, равном времени считывани H{t) искаженного сигнала через АЦП 3 в блок пам ти 4, т.е. времени работы порогового блока 2.

Последним тринадцатым тактом блок синхронизации 7 возвращаетс в исходное состо ние, а также обнул ютс пороговый блок 2, блок пам ти 4 и регистр 18.

Следует отметить, что паузы между тактами и длительность тактов в работе блока синхронизации 6 могут регулироватьс в зависимости от быстродействи различных блоков устройства, что несложным .путем

достигаетс при реализации блока синхронизации 6.

Claims

Формула изобретени Устройство дл измерени тока короткого замыкани , содержащее датчик тока, подключенный выходом к информационному входу аналого-цифрового преобразовател , св занного выходом с информационным входом блока пам ти,

0 подключенного выходом к информационному входу преобразовател .Фурье, шесть блоков умножени , выходы первого и второго блоков умножени соединены с соответствующими входами сумматора, отличаю5 щ е е с тем, что, с целью повышени точности измерени , в устройство введены два регистра, дес ть вычислителей коэффициентов р да Фурье, дес ть цифроаналоговых преобразователей, п ть генераторов синус0 но-косинусных сигналов, четыре блока умножени , блок синхронизации и пороговый блок, подключенный информационным входом к выходу датчика тока, входом обнулени - к первому выходу блока

5 синхронизации, к входам обнулени блока пам ти и первого регистра, а выходом - к входу разрешени записи блока пам ти, к входам запуска аналого-цифрового преобразовател и блока синхронизации, св зан0 ного вторым выходом со входом разрешени считывани данных преобразовател Фурье, подключенного первым информационным выходом к первому информационному входу второго регистра и

5 к первым информационным входам с первого по восьмой вычислителей коэффициентов р да Фурье, а вторым информационным выходом - к вторым информационным входам с первого по восьмой вычислителей коэффи0 циентов р да Фурье и к второму информационному входу второго регистра, св занного входом разрешени записи с третьим выходом блока синхронизации, первым выходом - с третьими информаци5 онными входами первого, второго, п того и шестого вычислителей коэффициентов р да Фурье и с первыми информационными входами дев того и дес того вычислителей ко- эффициентов р да Фурье, а вторым

0 выходом - с четвертыми информационными входами первого, второго, п того и шестого вычислителей коэффициентов р да Фурье и с вторыми информационными входами дев того и дес того вычислителей коэффици5 ентов р да Фурье, выходы с первого по дес тый вычислителей коэффициентов р да Фурье подключены к соответствующим информационным входам первого регистра, соединенного входом разрешени записи с четвертым выходом блока синхронизации, а

с первого по дес тый выходами подключенного к информационным входам соответствующих цифроаналоговых преобразователей, подключенных выходами к первым входам соответствующих блоков умножени , п тый выход блока синхронизации соединен с входами запуска с первого по п тый генераторов синусно-косинусных сигналов, подключенных первыми выходами к вторым входам соответственно первого, третьего, п того, седьмого и дев того блоков умножени , а вторыми выходами - к вторым входам соответственно второго, четвертого, шестого, восьмого и дес того блоков умножени , выходы с третьего по дес тый блоков умножени св заны с соответствующими входами сумматора.

10