RU1837394C - Преобразователь составл ющих основной гармоники переменного тока в код - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизме- р тельной технике и предназначено дл  ис- пэльзовани  в системах автоматического управлени  промышленным электрообору- дэванием, например, регулирующими и к )мпенсирующими устройствами, а также в и нформационно-измерительных системах к нтрол  и учета электроэнергии, выпол- нных на основе микроЭВМ.

Цель изобретени  - повышение точно- ст .при измерени х частоты, измер емого счгнала.На фиг. 1 приведена функциональна  преобразовател  составл ющих основной гармоники переменного тока в код; на фиг, 2 показана функциональна  схема блока задержки; на фиг. 3 приведены вре- г-енные диаграммы работы устройства.

Преобразователь составл ющих основной гарм оники переменного тока в код содержит первичный преобразователь напр - t жени  1, первый и второй функциональные преобразователи 2 и 3, первичный преобразователь тока 4, фильтр нижних частот 5, блок задержки 6, первый и второй блоки перемножени  7 и 8. вычитающее устройство 9, умножитель частоты 10, пороговый элемент 11, первый и второй пребразователи напр жение-частота 12 и 13, первый и второй реверсивные счетчики 14 и 15.

В преобразователе составл ющих основной гармоники переменного тока в код последовательно соединены первичный преобразователь напр жени  1, фильтр нижних частот 5 и умножитель частоты 10, выход которого подключен к объединенным информационным входам первого 2 и второго 3 функциональных преобразователей и синхронизирующим входам первого 12 и второго 13 преобразователей напр жениеСЛ

С

со со -ч

OJ

о -N

частота, пороговый элемент 11 включен между выходом первичного преобразовател  напр жени  1 и объединенными управл ющими входами первого 2 и второго 3 функциональных преобразователей, выхо- ды которых подключены к первым входам соответственно первого 7 и второго 8 блоков перемножени , вторые входы которых объединены и подключены к выходу вычитающего устройства 9, а выходы подключены к информационным входам соответственно первого 12 и второго 13 преобразователей напр жение-частота, первые и вторые входы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого 14 и второго 15 реверсивных счетчиков, выходы которых служат выходами устройства , выход первичного преобразовател  тока 4 подключен к информационному входу блока задержки 6 и суммирующему входу вычитающего устройства 9, вычитающий вход которого соединен с выходом блока задер- жки 6, синхронизирующий вход которого соединен с выходом умножител  частоты 10.

Блок задержки содержит компаратор 16; регистр последовательного приюближе- ни  17; первый и второй цифроаналоговые преобразователи 18 и 23; счетчик 19; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 20; формирователь коротких импульсов 21; буферный регистр 22. В блоке задержки первый вход компаратора 16 служит информационным входом, второй вход соединен с выходом первого цифроаналогово- го преобразовател  18, а выход подключен к D-входу регистра последовательного приближени  17, С-вход которого служит синхронизирующим входом блока, а выход подключен к входу первого цифроаналого- вого преобразовател  18 и шине данных оперативного запоминающего устройства 20, шина адреса которого соединена с выходом счетчика 19, а выход подлключен к входу буферного регистра 22, С-вход которого соединен с выходом формировател  коротких импульсов 21, а выход соединён с входом второго цифроаналогового преобразовател  23, выход которого служит выходом блока, S-вход регистра последовательного приближени  17, WR-вход ОЗУ 20, С-вход счетчика 19 и вход формировател  коротких импульсов 21 объединены и подключены к SS-входу регистра последовательного приближени  17.

Преобразователь составл ющих основной гармоники переменного тока в код работает следующим образом. Напр жение питающей сети

и UMsin an, где UM - амплитуда;

о -частота,

поступает на вход первичного преобразовател  напр жени  1, а с его выхода подаетс  на вход порогового элемента 11 и фильтра

нижних частот 5. При этом выходной сигнал порогового элемента 11 имеет вид последовательности пр моугольных импульсов

file при ui 0 (0 t Т/2); uii Ч

(О при ui 0(Т/2 t Т),

где Ue const - напр жение, соответствующее уровню логической единицы.

Назначение фильтра нижних частот 5 состоит в подавлении высоко-частотных шумов , присутствующих, как правило, в спектре напр жени  электрической сети. Параметры фильтра нижних частот 5 выбираютс  такими, чтобы он не вносил фазового сдвига дл  основной гармоники

напр жени ; Таким образом, выходной сигнал фильтра нижних частот 5 представл ет собой синусоидальное напр жение;

U5 UM5Sin lrt.

Сигнал с выхода фильтра нижних частот 5 поступает на вход умножител  частоты на п 10, на выходе которого формируютс  импульсы uid, частота которых пропорциональна  частоте питающей сети

30

f ю:

(1)

где п - коэффициент передачи умножител  частоты 10, п 2000/ Т 1/f-период сети. Импульсы выхода умножител  час5 тоты поступают на информационные входы первого 2 и второго 3 функциональных преобразователей и синхронизирующие входы блока задержки 6 и первого 12 и второго 13 преобразователей напр жение-частота.

0 Измер емый несинусоидальный ток

00

i(t) 2 Mt)sfn(meot-4 m)(2)

m -1

где m - номер гармоники;

5 1мт(1) - амплитуда m-ой гармоники тока; Ч m - фазовый сдвиг m-ой гармоники тока

преобразуетс  с помощью первичного преобразовател  тока 4 в напр жение

0 ui(t) K4i(t),

где КА коэффициент передачи первичного преобразовател  тока 4.

Сигнал ui(t) поступает на вход блока задержки 6, который задерживает напр же5 ние t/4(t)-H a врем , равное периоду Т измер емого тока:

00

ue(t) ui(t - Т) К4 2 lMm(t-T)(tm 1 -Т)-Ч m.

Сигналы с выходов первичного преоб- раз эвател  тока 4 и блока задержки 6 поступают соответственно на суммирующий и вы -итающий входы вычитающего устройства

I, на выходе которого формируетс  на- 5

пр жение

ug(t) - U4(t) - uc(t) K4i(t) - l(t - T) 00

2,Mt)- Mm(t-T)sln(m(yt- V m). (3)..

K4

m

1

Сигнал ug(t) поступает на вторые объединенные входы первого 7 и второго 8 бло- кои перемножени , на первых входах которых действуют напр жени  с выходов сое тветственно первого 2 и второго 3 функциональных преобразователей.

Функциональные преобразователи 2 и 3 г редставл ют собой цифровые формирр- ва ели опорных квазигармонических сигналов sinx и cosx.

Их работа происходит следующим об- paioM. В моменты времени, соответствую- Щ1 е положительным фронтам импульсов uv .т.е. в моменты, соответствующие началу (t : 0) каждого периода напр жени , функ

ональныке преобразователи 2 и 3 уста- вливаютс  выходным сигналом рогового элемента 11 ип в начальное соци

Не

по

сто ние. Далее функциональные преобразователи 2 и 3 выполн ют преобразование количества импульсов ию, поступающих с вь хода умножител  частоты 10 на их инфор- мгционные входы в квазигармонические сигналы

щ Uesin wt;(4)

13- Uecosftn.(5)

В результате опорные сигналы (4) и (5) строго синхронизированы с напр жением сети и, а их частота совпадает с частотой сети f.

Преобразование синфазной составл ю- щ ;й основной гармоники переменного тока в сод осуществл етс  следующим образом. Первый блок перемножени  7 выполн ет умножение сигнала ug(t) на опорный квази- Гермонический сигнал U2. В результате на Bi 1ходе первого блока перемножени  7 формируетс  сигнал

U7 (t)-i(t-T)Uesinwt,(6)

г; ie К - коэффициент передачи первого бло- .Kii перемножени  7.Сигнал U поступает на вход первого еобразовател  напр жение-частота 12 и зеобразуетс  им в частоту f 12 следовани  ипульсрв..

Преобразователь напр жение-частота 1)2 представл ет собой устройство синхронного типа. Среднее значение его выходной ч ютоты пропорционально входному напр - л ению и и частоте тактовых импульсов U ю.

поступающих с выхода умножител  частоты 10:

fi2 - Ki2fiqu7(t) при U7(t) 0; fi2 j

fn. Kl2flO U7(t) При U(t) 0,

где Ki2 - коэффициент передачи первого преобразовател  напр жение-частота 12.

Если напр жение uy(t) 0, то выходные импульсы первого преобразовател  напр - жение-частота 12 формируютс  на его первом выходе (+). если u(t) 0. то на втором выходе (-). Импульсы с первого и второго выходов первого преобразовател  напр жение-частота 12 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы первого реверсивного счетчика 14. В результате в момент времени t, t Т в первом реверсивном счетчике записываетс  число

N14 2 (U12 - U12 /Kl2flO U7(t)dt. (7)

t -T

где и (2. и ui2 J импульсы соответственно на первом и втором выходах первого преобразовател  напр жение-частота 12. С уче- том (1), (2), (3) и (6) выражение (7) имеет вид:

г t°°

N14 K12 у/ K/lK7Slnft) t Ј |Mm(t) - - ч-Тm 1

fMm(t - T)Ue X Sln(murt -Ґ m)dt К/1К7К12ПиеТм1СОЗ 1 Ксф(м1С08 , ( 8)

где IM1 - среднее на скольз щем интервале времени значение амплитуды основной гармоники;

Ксф - K4K7Ki2nUe - коэффициент передачи преобразовател  по каналу синфазной составл ющей.

Таким образом на выходе первого реверсивного счетчика 14 непрерывно формируетс  код (8), пропорциональный среднему значению синфазной составл ющей основной гармоники за период измер емого тока. При этом знак записанного числа оперел - етс  значением старшего разр да счетчика

-)4: положительному значению соответствует 0, отрицательному 1.

Преобразование квадратурной составл ющей основной гармоники переменного тока в код осуществл етс  следующим образом . Второй блок перемножени  8 выполн ет умножение сигнала ug(t) на опорной, квазигармонический сигнал из. В результа- те на выходе второго блока перемножени  8 формируетс  сигнал.

ua(t) K-iKeWt) - l(t - T)Uecos wt. (9) где Кв - коэффициент передачи второго блока перемножени  8.

Сигнал Vu8(t) поступает на вход второго преобразовател  напр жение-частота 13 и

преобразуетс  им в частоту следовани  импульсов

f 13+ Ki3f ioti8(t) при ua(t) 0;

f13 1

1 fia Kiafio ue(t) при ue(t) 0, где К 1з - коэффициент передачи второго преобразовател  напр жение-частота.

Импульсы с первого (+) и второго (-) выходов второго преобразовател  напр жение-частота 13 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы второго реверсивного счетчика 15. В результате в момент времени t, t Т, во втором реверсивном счетчике записываетс  число.г

JI

N15 ЦЛЗ - U13) « JK.13flOU8(t)dt, (Ю)

t-Т

где ui3+, im - импульсы соответственно на первом и втором выходах первого преобразовател  напр жение-частота 13.

С учетом (1), (2), (3) и (9) выражение (10) имеет вид:

n tоо

N15 К13 Y / K-qKecOSrm X IJM.mW - -lMm(t- 4 -T

- T) x sin(m «t -4 m)dt

1 7jK4K8Kl3nlM1UeSim/ 1 Ккв1м151П , (11).

где Ккв MKsKianUe - коэффициент передачи преобразовател  по каналу квадратурной составл ющей.

Таким образом на выходе второго реверсивного счетчика 15 непрерывно формируетс  код (11), пропорциональный среднему значению квадратурной составл ющей основной гармоники переменного тока . Знак записанного числа определ ютс  значением старшего разр да второго реверсивного счетчика 15: положительному значению соответствует 0, отрицательному 1.

Блок задержки работает следующим образом . Компаратор 16, регистр последовательных приближений 17 и первый цифроаналоговый преобразователь 18 представл ют собой аналого-цифровой преобразователь последовательных приближений с помощью которого входной аналоговый сигнал U4 преобразуетс  в код Ni на выходе регистра последовательных приближений 17. Код с выхода регистра 17 записываетс  в ОЗУ 20. Запись стробирует- с  сигналом конец преобразовани  (SS) регистра 17. Адрес ОЗУ 20 формируетс  двоичным счетчиком 19, на С-вход которого поступает сигнал конец преобразовани  (SS) с выхода регистра 17. После записи нового значени  кода в ОЗУ 20 происходит приращение адреса и запись в буферный

регистр 22 по стробирующему сигналу с формировател  коротких импульсов из ОЗУ 20 кода, записанного 2 - - 1 тактов, ранее (N- разр дность счетчика адреса 19), Код с

выхода буферного регистра 22 транслируетс  на второй цифроаналоговый преобразователь 23, на выходе которого формируетс  аналоговый сигнал, задержанный относительно входного на 2N тактов.

Длительность задержки с учетом (1) определ ет с  соотношением

Тз ,). ,(12)

где К-разр дность кода на выходе регистра 17.

Если параметры устройства выбрать таким образом,что

2N(K + 1 )

п

то в соответствии с выражением (12) величина задержки Т3 строго равна периоду сети Т3 Тс и не зависит от изменений частоты сети.

В. результате, преобразование синфазной и квадратурной составл ющих основной гармоники переменного тока в код в предлагаемом устройстве овуществл етс  цифровым интегрированием произведени 

сигнала, пропорционального разности i(t)- i(t - Т), на опорные синусоидальный и коси- нусоидальный сигналы на скольз щем интервале усреднени , равном периоду измер емого тока.

При этом устройство имеет повышенную точность при изменени х частоты изме- р емого тока за счет поддержани  интервала интегрировани  и величины задержки равными периоду тока.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь составл ющих основной гармоники переменного тока в код, содержащий последовательно соединенные первичный преобразователь напр жени ,

   фильтр нижних частот и умножитель частоты , выход которого подключен к информационным входам первого и второго функциональных преобразователей и синхронизирующим входам первого и второго

   преобразователей напр жение-частота, пороговый элемент, включенный между выходом первичного преобразовател  напр жени  и управл ющими входами первого и второго функциональных преобразователей , выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго блоков перемножени , выходы которых соединены с информационными входами первого и второго преобразователей напр жение-частота, первичный преобраэователь тока, вход которого и вход пер- в очного преобразовател  напр жени   вл - ктс  соответственно первой и второй вводными шинами, первый и второй ревер- с 1виые счетчики, выходы которых  вл ютс  сэответственно первой и второй выходными шинами, отличающийс  тем. что, с целью повышени  точности при изменени-   частоты измер емого сигнала, в него вве- дены блок задержки и вычитающее у :тройство, а первый и второй преобразова- тзли напр жение-частота выполнены двух- пол рными, информационный вход блока эдержки подключен к выходу первичного реобразовател  тока, синхронизирующий вход - соединен с выходом умножител  частоты , а выход подключен к вычитающему в|ходу вычитающего устройства, суммирующий вход которого подключен к выходу пер- йичного преобразовател  тока, а выход сэединен со вторыми входами первого и йторого блоков перемножени , первые и вторые выходы первого и второго преобразователей напр жение-частота подключены соответственно к суммирующему и вычита- ющему входам первого и второго реверсивных счетчиков.
2. 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- и и с   тем, что блок задержки выполнен На регистре последовательного приближе-

   ни , оперативном запоминающем устройстве , счетчике, буферном регистре, формирователе коротких импульсов, первом и втором цифроаналоговом преобразователе и компараторе, первый вход которого  вл етс  информационным входом блока, второй вход соединен с выходом первого цифроаналогового преобразовател в а выход подключен к информационному входу регистра последовательного приближени , синхронизирующий вход которого  вл етс  синхронизирующим входом блока, а выходы подключены к входам первого цифроаиало- гового преобразовател  и входам данных оперативного запоминающего устройства, входы адреса которого соединены с выходами счетчика, а выходы подключены к информационным входам буферного регистра, синхронизирующий вход которого подключен к выходу формировател  коротких импульсов , а выходы соединены со входами второго цифроаналогового преобразовател , выход которого  вл етс  выходом блока, вход записи регистра последовательного приближени , вход записи оперативного запоминающего устройства, счетный вход счетчика и вход формировател  коротких импульсов объединены и подключены к выходу конец преобразовани  регистра последовательного приближени .

   /4

   IS

   V V

   Фиг. I