RU2003125C1 - Измерительный преобразователь искажений формы кривой переменного напр жени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дл  измерени  искажений формы периодических сигналов и может быть использовано дл  анализа качества потребл емой энергии в промышленных энергосистемах.

Изобретение решает задачу повышени  точности измерени  искажений формы кривой переменного напр жени  в услови х отклонени  частоты от номинальной с целью улучшени  формы кривой напр жени  и энергетических характеристик промышленных систем.

Известны устройства измерени  и компенсации искажений, содержащие первичный преобразователь (датчик тока или напр жени ), заграждающий фильтр пер- иой гармоники, усилитель сигнала высших гармоник. Выделение сигнала искажений осуществл етс  подавлением сигнала первой гармоники заграждающим филЪтром, настроенным на фиксированную номинальную частоту входного сигнала. Несмотр  на просюту данного технического, решени , его недостатком  вл етс  неэффективность работы при колебани х частоты относительно номинальной.

Известны также измерители составл ю- напр жений в 3-фазной промышленной сети, содержащие масштабный преобразователь , входы которого соединены с шинами фазных напр жений, а выходы подключены к входам первого коммутатора, вход управлени  которого соединен с одним из выходов блока управлени , выход перво- то коммутатора соединен с первым входом блока управлени  непосредственно, а с входом формировател  импульсов через фильтр нижних частот, управл емый фазовращатель и регистратор, вход управлени  которого соединен со вторым выходом блока управлени , второй коммутатор, включенный между выходами формировател  импульсов и входом управл емою фазовращател , фазосдвигатель, два умножител  частоты, два интегратора, два элемента пам ти и амплитудный компаратор, один выход которого соединен с входом управлени  управл емого фазовращател , а второй - с одним входом регистратора, два других входа которого соединены с выходами элементов пам ти, первые входы которых подключены к третьему выходу блока управлени , причем второй вход одного элемента пам ти подключен к одному выходу управл емого фазовращател  непосредственно. а второй вход второго элемента пам ти соединен со вторым выходом управл емого фазовращател  через последовательно включенные интегратор и первый умножитель частоты, вход амплитудного компаратора подключен через последовательно соединенные оторой интегратор, второй умножитель частоты и фазосдвигатель ко

второму выходу управл емого фазовращател , вторые входы первого и второго умножителей частоты подключены к первому входу блока управлени , а вторые входы интеграторов подключены к четвертому выходу блока управлени , второй вход которого соединен с одним из выходов формировател  импульсов.

В известном устройстве измерение составл ющих напр жени  основано на пода5 че входного сигнала на низкочастотный избирательный фильтр и выделении первой гармоники периодического сигнала, котора  служит дл  формировани  сетки опорных частот, кратных частоте первой

0 гармоники, причем количество частот соот- ветствует требуемому количеству и номерам гармоник, выдел емых из напр жени  сети. Отклонение частоты входного сигнала относительно номинальной на входе низкоча5 стотного избирательного фильтра может приводить к расстройке контура формировани  сетки опорных частот, кратных частоте первой гармоники и снижению точности измерени .

0 Наиболее близким к предложенному по технической сущности и решаемой задаче  вл етс  устройство дл  измерени  нелинейных искажений, содержащее входной делитель напр жени , включенный между

5 входной шиной и входом режекторного фильтра, выход которого подключен ко входу усилител , еычитатель, сумматор, усилитель и переключатель, один вход которого соединен с выходом усилител  и входом до0 полнительного усилител , выход которого подключен к второму входу переключател , выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом вычитател , входы которого оае5 динены соответственно с входом и выходом режекторного фильтра. Известное техническое решение производит уменьшение коэффициента нелинейных искажений, не измен   его спектральных характеристик.

0 Выделение нелинейных искажений в известном устройстве осуществл етс  введением режекторного фильтра, который подавл ет первую гармонику входного сигнала .

5 Недостатком известного устройства  вл етс  то, что режекторный фильтр настраиваетс  на фиксированное (номинальное) значение частоты входного сигнала и изменение частоты реального входного сигнала приводит к резкому увеличению погрешности измерени . Другим недостатком известного устройства  вл етс  ограниченный диапазон входного напр жени  устройства (до 10-20 дБ).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  искажений формы кривой переменного напр жени  при отклонени х частоты от номинальной.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный измерительный преобразователь искажений формы кривой переменного напр жени , содержащий входной делитель , выход которого соединен с первым входом вычитател  дополнительно введены формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом входного делител , а выход с первым входом фазового компаратора , выход которого через последовательно соединенные корректирующий фильтр, управл емый генератор импульсов и делитель частоты подключен ко второму входу фазового компаратора. Выходы управл емого генератора импульсов и делител  частоты соединены соответственно с информационным и управл ющим входами функционального преобразовател  синусоидального опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу блока перемножени . Выход входного делител  через амплитудный детектор соединен со вторым входом блока перемножени , выход которого соединен со вторым входом блока вычитател .

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением, предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки: амплитудный детектор , фазовый компаратор, блок умножени , делитель частоты, управл емый генератор импульсов

Следовательно, предлагаемое решение соответствует требованию новизна.

При реализации изобретени  повышаетс  точность измерени  искажений формы кривой переменного напр жени , что обусловлено введением контура подстройки частоты и функционального преобразовател  синусоидального опорного сигнала.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию положительный эффект.

По каждому отличительному существенному признаку проведен поиск известных технических решений в области измерительной техники.

Известны амплитудные детекторы и блоки перемножени , как отдельно вз тые элементы конструкции (см. например, Алек- сеенко, Коломбет Е.А., Стародуб Г.Й., Применение прецизионных аналоговых

микросхем. - М.: Радио v св зь, 1985, с. 170-176. с. 93-98).

Но в предлагаемом техническом решении они в совокупности с функциональным 5 преоиразователем работают в качестве формировател  синусоидального опорного сигнала, пропорционального входному сигналу .

Известны также фазовый компаратор, Ю управл емый генератор импульсов и делитель частоты как элементы контуров фазовой подстройки частоты (см. например. Шило 8.Л. Попул рные цифровые микросхемы Справочник. - Чел бинск: Металлур- 15 ги , 1989. с. 273-278). обеспечивающие синтез частот, кратных опорной, синхронизацию логического устройства под приход щий сигнал, преобразование напр жени  - частота. Но в предлагаемом техническом ре- 0 шении они выполн ют другую функцию, формиру  совместно с функциональным преобразователем синусоидальный опорный сигнал.

Таким образом, указанные признаки 5 обеспечивают за вленному техническому решению соответствие требованию существенные отличи .

На чертеже показана схема измерительного преобразовател  искажений. 0 Измерительный преобразователь искажений формы кривой переменного напр жени  содержит входной делитель 1, формирователь 2 импульсов, амплитудный детектор 3, фазовый компаратор 4, вычита- 5 тепь 5, корректирующий фильтр б, блок перемножени  7, управл емый генератор 8 импульсов, делитель 9 частоты и функциональный преобразователь 10.

Выход входного делител  1 соединен с 0 первым входом вычитател  5, а также входами амплитудного детектора 3 и формировател  2 импульсов, выход которого подключен к первому входу фазовог о компаратора 4, выход которого через последоеа- 5 тельно соединенные корректирующий фильтр 6. управл емый генератор 8 импульсов и делитель 9 частоты подключен ко второму входу фазового компаратора 4. Выходы управл емого генератора 8 импуль- 0 сов и делител  9 частоты соединены соответственно с информационным и управл ющим входами функционального преобразовател  10 синусоидального опорного сигнала, выход которого подключен к 5 первому входу блока 7 перемножени , второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 3, а выход подключен ко второму входу вычитател  5,

Измерительный преобразователь работает следующим образом.

Напр жение питающей сети поступает на входной делитель 1, а с его выхода подаетс  на входы формировател  2 импульсов, амплитудного детектора 3 и первый вход вычитател  5. С выхода формировател  2 импульсов на первый вход фазового компаратора 4 поступают пр моугольные импульсы , частота которых равна частоте входного сигнала, а фронты синхронизированы с моментами перехода входного сигнала через нулевой уровень. Последовательно соединенные фазовый компаратор 4, корректирующий фильтр б, управл емый генератор 8 импульсов и делитель 9 частоты составл ют петлю фазовой подстройки сигнала с выхода формировател  2 импульсов. Сигнал ошибки выхода фазового компаратора 4 сглаживаетс  корректирующим фильтром 6 и поступает на вход управл емого генератора 8 импульсов в такой фазе, чтобы частота сигнала приближалась к частоте сигнала на первом входе фазового компаратора 4. Дл  формировани  частоты, кратной входной частоте сигнала, выход управл емого генератора 8 импульсов присоедин етс  ко второму входу фазового компаратора через делитель 9 частоты, причем коэффициент делени 

m- f т f

где f - частота управл емого генератора 8 импульсов;

fc - частота входного сигнала.

Некоторое врем , таким образом, будет идти переходный процесс автоподстройки частоты. В конце этого процесса установит-, с  режим автоподстройки фазы, поскольку частоты на первом и втором входах фазового компаратора 4 будут равны.

Функциональный преобразователь 10 представл ет собой цифровой формирователь опорного синусоидального сигнала sinx и работает следующим.образом. В моменты времени, соответствующие положительным и отрицательным фронтам импульсов на выходе делител  9 частоты, т.е. в моменты, соответствующие началу и середине каждого периода входного напр жени , функциональный преобразователь 10 устанавливаетс  выходным сигналом делител  9 частоты в начальное состо ние. Далее функциональный преобразователь 10 выполн ет преобразование количества  м- пульсов, поступающих с выхода управл емого генератора 8 импульсов на его

информационный вход, в синусоидальный опорный сигнал

Uio , где а)- кругова  частота;

t - текущее врем ;

Uio - напр жение на выходе функционального преобразовател  10, которое строго синхронизировано с входным напр жением , а частота совпадает с частотой

входн©го сигнала fc.

Амплитуда синусоидального опорного сигнала не зависит от амплитуды входного сигнала и  вл етс  посто нной величиной. Формирование первой гармоники входного сигнала осуществл етс  следующим образом. На выходе амплитудного детектора 3 устанавливаетс  посто нное напр жение , величина которого пропорциональна амплитуде сигнала на выходе входного делител  1. Блок 7 перемножени  выполн ет умножение сигнала пропорционального амплитуде входного сигнала с выхода амплц- тудного детектора 3, на опорный синусоидальный сигнал, с выхода функционального преобразовател  10, который строго синхронизирован с входным напр жением , а частота которого совпадает с частотой входного сигнала.

Точность измерени  преобразовател 

повышаетс  за счет введени  контура подстройки частоты и функционального преобразовател , т.к. отклонение частоты входного сигнала практически не вли ет на результат сравнени  в блоке вычитани , и,

следовательно, на величину измер емых искажений . Диапазон измер емого входного сигнала практически не ограничен и достигнут применением амплитудного детектора. Использование предлагаемого измерительного преобразовател  дл  анализа качества потребл емой энергии в промышленных энергосистемах позволит повысить точность измерени  искажений формы кривой переменного напр жени ,

улучшить энергетические характеристики промышленного электрооборудовани .

(56) Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжени  промпредпри-  тий. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 101- 102.

Авторское свидетельство СССР № 875309, кл G 01 R 29/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР №911374, кл. G 01 R 29/04, 1982.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИСКАЖЕНИЙ ФОРМЫ КРИВОЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий вычитатель и входной делитель, выход которого соединен с первым входом вычита- тел , отличающийс  тем, что в него введены формирователь импульсов, амплитудный детектор, блок перемножени , функциональный преобразователь, делитель частоты и последовательно соединенныефазовыйкомпаратор , корректирующий фильтр и управл емый генератор импульсов, причем выход входного делител  соединен с входами формировател  импульсов и амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом блока перемножени , выход делител  частоты соединен с управл ющим входом функционального преобразовател  и вторым входы фазового компаратора, первый вход которого подключен к выходу формировател  импульсов , выход управл емого генератора импульсов соединен с входом делител  частоты и информационным входом функционального преобразовател , выход которого подключен к первому входу блока

   5, перемножени , выход которого соединен с вторым входом вычитател ,