SU1698804A1 - Мультиметр дл контрол показателей качества электроэнергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерени м в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электроэнергии посто нного напр жени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  и контрол  коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напр жени . В устройстве, содержащем за- датчик 1 моментов измерени , аналого-цифровой преобразователь 2, задатчик 3 номинальных значений напр жени , блок 4 управлени , блоки 5 и 6 выделени  максимального и минимального значений кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и 10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечени  корн , логометр 13 и блок 14 индикации , арифметические блоки 9 и 10 оснащены дополнительными двум  входами а блок 4 управлени  - п тью выходами 1зп ф-лы,4 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерени м в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии посто нного напр жени  - коэффициента пульсации, отклонени  и колебани  напр жени , а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напр жени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  и контрол  коэффициента формы w коэффициента амплитуды исследуемого напр жени ,

На фиг.1 представлена функциональна  схема мультиметра; на фиг.2а,б и в - вре-1 менные диаграммы работы устройства в I.II и III режимах соответственно; на фиг.З - функциональна  схема блока управлени ; на фиг.4а и б - функциональные схемы первого и второго арифметических блоков соответственно .

Мультиметр дл  контрол  показателей качества электроэнергии (фиг.1) содержит задатчик 1 моментов измерени , выходом подключенный к первому входу аналого- цифрового (АЦП) преобразовател  2, второй вход которого св зан с выходом задатчика 3 номинальных значений напр жени , блок 4 управлени , блоки 5 и 6 выделени  кодов (максимального и минимального соответственно ), входами объединенные с выходом АЦП 2 и входом квадратора 7, квадратор 8, арифметический блок 9, арифметический блок 10, первый и второй входы второго подключены к выходам блоков 5 и 6 выделени  кодов, первый и второй входы которого соединены с выходами квадраторов 7 и 8, суммирующий счетчик 11, подключенный входом к выходу АЦП 2, а выходом - к входу квадратора 8, блок 12 извлечени  квадратного корн , входом соединенный с выходом арифметического блока 10, а выходом - с первым входом логометра 13, второй вход

О

ю

00 00

2-

которого подключен к выходу арифметического блока 9,третий вход - к выходу суммирующего счетчика 11, а выход - к входу блока 14 индикации, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 4 управлени  со- 5 единены с третьими, четвертыми входами арифметических блоков 10 и 9 соответственно , п тый и шестой выходы блока 4 управлени  соединены соответственно с входами задатчика 1 моментов измерени  и 10 адатчика 3 номинальных значений напр жени , третий вход АЦП 2 соединен с входом мультиметра.

Блок 4 управлени  (фиг.З) содержит блок 15 выбора режима измерени  (БЕРИ), 15 счетчики 16-18, худущие мультивибраторы 19 и 20, элементы ИЛИ 21-24, кнопки 25-27, триггеры 28-30, генератор 31 тактовых импульсов (ГТИ), элементы И 32-34, элемент НЕ 35, причем синхровыход БВРИ через по- 20 следовательно соединенные счетчик 16 и ждущий мультивибратор 19 соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с первым выходом (а) блока 4 управлени , а второй вход-с третьим выхо- 25i дом БВРИ 15 и с третьим выходом (в) блока 4 управлени , четвертый выход (г) которого соединен с четвертым выходом БВРИ 15, первый вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 24, второй и третий 30 входы которого соединены соответственно с п тым и шестым выходами БВРИ 15, седьмой выход которого соединен с шестым выходом (е) блока 4 управлени , выход (б) которого соединен с выходом элемента 35 ИЛИ 24, выход ГТИ 31, второй выход БВРИ 15и выход элемента НЕ 35 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами элемента И 32, выход которого соединен с п тым выходом (д) блока 4 управ- 40 лени ,синхровходом БВРИ 15, входом счетчика 18 и первым входом элемента И 33, выход которого через счетчик 17 соединен с S-входом триггера 30, инверсный выход ко- торого соединен с шестым и седьмым вхо- 45 дами БВРИ 15 и вторым входом элемента И 33, пр мой выход триггера 30.через элемент И 34 соединен с четвертым входом БВРИ 15, третий вход которого соединен с входом элемента НЕ 35, вторым входом элемента И 50 34 и через ждущий мультивибратор 20 - с выходом счетчика 18, входы сброса триггеров 29 и 30, счетчиков 17 и 18 и первые входы элементов ИЛИ 22 и 23 через контакты кнопки 27 соединены с общей шиной, 55 вторые входы элементов ИЛИ 22 и 23 соединены с выходом счетчика 16,а их выходы соответственно с входами сброса счетчика 16 и триггера 28, выход которого соединен с первым и вторым входами БВРИ 15, п тый

вход которого соединен с выходом триггера 29, S-входы которого и триггера 28 соединены с контактами кнопок 26 и 25 соответственно .

БВРИ 15 выполнен в виде трехпозици- онного переключател  на восемь контактных групп и позвол ет установить один из трех режимов измерени : режим - измерени  коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов); режим II - измерени  отклонений и колебаний напр жени  (среднее положение контактов); режим III - измерени  коэффициента амплитуды и коэффициента формы (нижнее положение подвижных контактов).

Счетчики 16 и 17 выполнены с коэффициентом счета п, а счетчик 18 - 2п. Кнопка 25 предназначена дл  запуска блока 4 управлени  в режиме I, кнопка 26 - дл  запуска блока 4 управлени  в режиме II и III, a кнопка 27 - дл  установки счетчиков 16-18 и триггеров 28-30 в нулевое состо ние.

Выходы (а и б) блока 4 управлени  предназначены дл  перевода блока 9 (фиг.1) соответственно в режим вычитани  и суммировани , выходы (в и г) предназначены дл  перевода блока 10 (фиг.1) соответственно в режим вычитани  и суммировани , выходы (д и е) предназначены дл  запуска задатчиков 1 и 3 соответственно.

Первый арифметический блок 9 (фиг.4а) предназначен дл  выполнени  операций суммировани  поступающих кодов, последующего их усреднени , а также выполнени  операции вычитани  кодов. Арифметический блок 9 содержит блок 36 усреднени  кодов, выполненный в виде последовательно соединенных блока 37 двух- входовых элементов И, сумматор 38 кодов, блок 39 двухвходовых элементов И и блока 40 делени  кодов, счетчика 41 числа поступивших кодов, объединенного входом с входом сумматора 38 кодов, а выходом подключенного к второму входу блока 40 делени  кодов и инвертора 42, входом объединенного с первым входом блока 37 элементов И и четвертым входом арифметического блока 9, выход инвертора 42 подключен к второму входу блока 39 элементов И, а блок 43 элементов И - к блоку 44 вычитани , первый вход арифметического блока 9 объединен с цифровым входом блока 37 элементов И, выход блока 40 делени  кодов подключен к второму входу блока 44 вычитани . Второй вход арифметического блока 9 через блок 43 элементов И св зан с первым входом блока 44 вычитани , выход которого соединен с выходом арифметического блока 9, третий вход которого объединен с первым входом блока 43 элементов И.

Арифметический блок 10 (фиг.4б) предназначен дл  выполнени  операции независимого суммировани  кодов, поступивших по двум независимым входам, последующего их усреднени , а также выполнени  one- рации вычитани  усредненных кодов. Кроме того, блок 10 содержит блоки 45 и 46 усреднени  кодов, выполненные аналогично блоку 36, блок 47 элементов И и блок 48 вычитани  кодов, причем первый и второй входы арифметического блока 10 соединены с цифровыми входами блоков 45 и 46 усреднени  кодов, вторые входы которых соединены с четвертым входом арифметического блока 10, третий вход которого че- рез блок 47 элементов И соединен с первым входом блока 48 вычитани  кодов, выход которого соединен с выходом арифметического блока 10, выходы блоков 45 и 46 усреднени  кодов соединены соответственно с вторыми входами блока 48 вычитани  кодов и блока 47 элементов И.

Суть определени  основного р да показателей качества электроэнергии заключаетс  в том, что ж

Ux-,(1)

i 1

где Ux - среднеквадратическое значение исследуемого напр жени ;

Uxo средневыпр мленное значение исследуемого напр жени  ;

Uxi - среднеквадратическое значение i- й гармонической составл ющей исследуемого напр жени .

Коэффициент пульсации определ етс 

из выражени 

i

&

ui uio + E

кп

ихо

(2)

С учетом (1) выражение (2) принимает

Кп

t/l |2 i .2 J/Ux Uxo

U

хо

Отклонени  и колебани  напр жени  определ ютс  из выражений

V Uxo UH-100%:(4)

UH

av LUc pJJMHH .1QOo (5)

где UH - номинальное значение напр жени ;

U макс - максимальное значение исследуемого напр жени ;

U мин - минимальное значение исследуемого напр жени .

Коэффициент формы и коэффициент амплитуды  вл ютс  показател ми качества электроэнергии неосновного р да. Указанные коэффициенты определ ютс  из выражений

Кф

Ux

Uxo

(6)

Ка

Рмакс Ux

СО

5 10 15 20

25

30

35

40

45

50

55

Устройство работает в трех режимах измерени : режим I - измерени  коэффициента пульсации; режим М - измерени  отклонении и колебаний напр жени ; режим III-измерени  коэффициента амплитуды и коэффициента формы напр жени .

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии блок 9 подготовлен к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состо ние,  чейки ло- гометра 13 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутстеует. В режиме измерени  коэффициента пульсации (режим I) исследуемое напр жение поступает на вход АЦП 2. По команде с выхода д блока 4 управлени  задатчик 1 моментов измерени  выдает за врем  Т0 число импульсов, равное п (фиг.2а), запускающих АЦП 2 в момент времени

t( n

где i 1,2п.

С приходом с задатчика 1 моментов измерени  каждого из п импульсов на вход АЦП 2, осуществл етс  его запуск на преобразование мгновенного значени  исследуемого напр жени  в цифровой код (момент ti). Эти коды поступают на вход суммирующего счетчика 11 и квадратора 7 соотв етст- венно. За врем  измерени  Т0 в суммирующем счетчике 11 образуетс  код, пропорциональный средневыпр мленному значению напр жени 

Uxo /J°Uxi(t)dt.jl|,, (8)

где Uxi(t) - мгновенное значение исследуемого напр жени .

Код, пропорциональный напр жению ило, поступает в  чейку логометра 13 и фиксируетс  в ней (момент t). Одновременно с этим коды NI поступают в квадратор 7 (начина  с момента t2). После возведени  в квадрат в квадраторе 7 коды

NI поступают на первый вход арифметического блока 9 (момент гз).

К моменту поступлени  n-го кода на выходе блока 36 усреднени  кодов образуетс  код, пропорциональный квадрату текущего среднеквадратического значени  исследуемого напр жени  (момент ts)

Ux2-Јj A),

который поступает на второй вход блока 44 вычитани  кодов.

В результате выполнени  в арифметическом блоке 9 операции вычитани  на его выходе в момент ti2 образуетс  код, пропорциональный квадрату отклонений исследуемого напр жени . После извлечени  в блоке 12 из этого кода квадратного корн , в момент гтз результат поступает в логометр 13. Далее в логометре 13 осуществл етс  деление кода, пропорционального разноЪти исследуемого и номинального напр жений, на код, пропорциональный номинальному напр жению , в блоке 14 индикации фиксируетс  значение отклонени  исследуемого напр жени  V.

Одновременно с этим с момента te коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделени  максимального и минимального кодов соответственно , где осуществл етс  сравнение кодов NI с номинальным кодом и выделение максимального NMSKCIM минимального Ммин кодов.

С выхода блока 5 коды Ымакс поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход, с выхода блока 6 - коды NMHHI. После выполнени  в арифметическом блоке 10 операций алгоритма усреднени  кодов (момент tg) и операции вычитани  (мо- мент tn) на его выходе образуетс  код, пропорциональный разности максимального и минимального значений напр жени , фиксируемый в момент tn в  чейке логометра 13. После выполнени  в логометре 13 операции делени  этого кода на значение номинального кода в блоке 14 индикации будет зафиксирован результат, соответствующий колебанию исследуемого напр жени  д V.

В режиме измерени  отклонений и колебаний напр жени  (режим I) устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 находитс  в нулевом состо нии. По выходу д блок 4 управле- ни  запускает задатчик 1 моментов . измерени , который за врем  Т0 первого цикла измерени  выдает п импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает задат

0

5

0

5

чик 3 номинальных значений напр жени , который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значени  номинального сигнала DHI в цифровые коды NHi, которые, начина  с с момента ta (фиг.2б), поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту ы образуетс  код, пропорциональный номинальному напр жению

1 п

- 2 NHi, . В момент t4 этот код фиксируП| 1

етс  в  чейке логометра 13.

Одновременно с этим преобразованием возведенные в квадрат в квадраторе коды NHi поступают на вход арифметического блока 9 (момент t3) дл  выполнени  алгоритма усреднени , который завершаетс  в момент ts. При этом на второй вход блока 44 вычитани  кодов поступит код, пропорциональный квадрату номинального напр жени 

ЈiNg,; .

С приходом (п +1)-го импульса с задат- чика 1 моментов измерени  начинаетс  второй цикл измерени  длительностью Т0, в котором коды мгновенных значений исследуемого напр жени  NI. начина  с момента te, поступают в суммирующий счетчик 11,

30 где к моменту ts образуетс  код

1 п ЈNi

П| -1

5

Q

5

0

5

В момент ts этот код возводитс  в квадрат в квздраторе 8 и при наличии на входе а арифметического блока 9 сигнала, разрешающего вычитание, через блок элементов И 43 поступает на первый вход блока 44 вычитани  кодов.

В режиме измерени  коэффициента амплитуды и коэффициента формы (режим 111) устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состо нии . По выходу д блок 4 управлени  запускает задатчик 1 моментов измерени , который за врем  Т0 первого цикла измерени  выдает п импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает задатчик 3 номинальных значений напр жени , который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значени  номинального сигнала в цифровые коды NH), которые, начина  с момента t2 (фиг,2о), поступают в суммирующий счетчик 1 i, где к моменту ta образуетс  код, пропорциональный номи3

1 п

нальному напр жению- У NHI . В момент

п| 1

ta этот код фиксируетс  в  чейке логометра 13.

Фиг 26

Мв

С приходом (n+1)-ro импульса задат- чика 1 моментов измерени  начинаетс  второй цикл измерени  длительностью Т0, в котором коды мгновенных значений исследуемого напр жени  NJ, начина  с момента t4, поступают в суммирующий счетчик 11. где к моменту t образуетс  код, пропорциональный средневыпр мленному значению напр жени , фиксируемый в  чейке лого- метра 13.

Одновременно с этим преобразованием , коды NI поступают дл  возведени  в квадрат в квадратор 7,

Далее коды N i, начина  с момента te, поступают на вход арифметического блока 9, в блоке 36 усреднени  кодов которого выполн ютс  операции алгоритма усреднени  кодов. Поскольку на выходе а блока 4 управлени , а следовательно, на первом входе блока 43 элементов И разрешающий сигнал будет отсутствовать, то на первом входе блока 44 вычитани  кодов будет присутствовать код нул . Тогда выходной код блока 36 усреднени  кодов, пропорциональный квадрату среднеквадратического значени , выпр мленного напр жени , будет повторен на выходе арифметического блока 9. В момент tg блок 12 произведет извлечение квадратного корн  из этого кода , а в момент tio результат поступит в лого- метр 13. В результате делени  кодов в логометре 13 согласно формуле (6) в блоке 14 индикации будет зафиксировано значение коэффициента формы исследуемого напр жени .

Одновременно с этим преобразованием , коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделени  максимального и минимального кодов, где осуществл етс  их сравнение с номинальным кодом и выделение максимального

NiviaKC i

С выхода блока 5 коды NMSKC i поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход с выхода блока 6 - коды N мин i. После выполнени  в блоках 45 и 46 усреднени  кодов операций алгоритма усреднени  максимального и минимального кодов, на второй вход блока 48 вычитани  кодов с выхода блока 45 усреднени  кодов поступит код, пропорциональный максимальному значению напр жени , а на первом входе блока 48 вычитани  кодов будет присутствовать код нул , ввиду отсутстви  на первом входе блока 47 разрешающего сигнала (вход в). При этом выходной код блока 45 усреднени  кодов, пропорциональный максимальному значению напр жени , повтор  сь на выходе арифметического блока 10, поступит в лого- метр 13 (момент т,в). В результате делени 

(момент tio) в логометре 13 данного кода на код, пропорциональный среднеквадратиче- скому значению напр жени  (согласно формуле (7), в блоке 14 индикации будет

зафиксирован результат, соответствующий коэффициенту амплитуды исследуемого напр жени .

Таким образом, выполнение первого и второго арифметических блоков с двум  уп0 равн ющими входами каждый, св занными с соответствующими выходами блока управлени , имеющего шесть выходов, два из которых соединены соответственно с задатчиком моментов измерений и задатчи5 ком номинальных значений напр жени , позволило осуществить измерение и контроль как коэффициента пульсации, отклонени  и колебани  напр жений, так и измерение и контроль коэффициента фор0 мы и коэффициента амплитуды исследуемого напр жени , что обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   51. Мультиметр дл  контрол  показателей качества электроэнергии, содержащий логометр, блок индикации, аналого-цифровой преобразователь, два квадратора, два арифметических блока, блок извлечени 

   0 квадратного корн , задатчик номинальных значений напр жени , задатчик моментов измерени , блок управлени , суммирующий счетчик, блоки выделени  максимального и минимального кодов, причем вход мульти5 метра соединен с первым входом аналого- цифрового преобразовател , выход которого через последовательно соединенные первый квадартор. первый арифметический блок, блок извлечени  корн  и

   0 логометр соединен с входом блока индикации , вход первого квадратора соединен с входами блоков выделени  максимального и минимального кодов и входом суммирующего счетчика, выход которого соединен с

   5 вторым входом логометра и через второй квадратор - с вторым входом первого арифметического блока, выходы блоков выделени  максимального и минимального кодов соединены соответственно с первым и вто0 рым входами второго арифметического блока , выход которого соединен с третьим входом логометра, первый выход блока управлени  соединен с управл ющим входом задатчика номинальных значений напр же5 ни , отличающийс  тем, что с целью расширени  функциональных возможностей , второй выход блока управлени  соединен с управл ющим входом задатчика моментов измерени , второй, третий ESMXO- ды блока управлени  соединены соотв тсгеенно с третьим,четвертым входами первого арифметического блока, п тый, шестой выходы - с третьим, четвертым входами второго арифметического блока, первый арифметический блок содержит блок усреднени  кодов, блок элементов И и блок вычитани  кодов, выход которого соединен с выходом первого арифметического блока, первый вход которого через блок усреднени  кодов соединен с первым входом блока вычитани  кодов, второй вход которого соединен с выходом блока элементов И, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого арифметического блока, четвертый вход которого соединен с вторым входом блока усреднени  кодов, второй арифметический блок содержит два блока усреднени  кодов, блок элементов И и блок вычитани  кодов, выход которого соединен с выходом второго ариф- метического блока, первый и второй,входы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков усреднени  кодов, выходы которых соединены с первыми входами соответст- венно блока вычитани  кодов и блока элементов И, выход которого соединен с вторым входом блока вычитани  кодов, а второй вход - с третьим входом второго арифметического блока, четвертый вход ко- торого соединен со вторыми входами обоих блоков усреднени  кодов.

   2. Мультиметр поп,1 .отличающийс  тем, что блок управлени  содержит блок выбора режима измерени , три счетчи- ка, два ждущих мультивибратора, четыре элемента ИЛИ, три кнопки, три триггера, генератор тактовых импульсов, три элемента И и элемент НЕ, причем синхровыход блока выбора режима измерени  через по- следовательно соединенные первый счетчик и первый ждущий мультивибратор соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управлени , а второй вход - с третьим выходом блока выбора режима
2. измерени  и третьим выходом блока управлени , четвертый выход которого соединен с четвертым выходом блока выбора режима измерени , первый выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с п тым и шестым выходами блока выбора режима измерени , седьмой выход которого соединен с шестым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов , второй выход блока выбора режима измерени  и выход элемента НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с п тым выходом блока управлени , синхровходом блока выбора режима измерени , входом второго счетчика и первым входом второго элемента И, выход которого через третий счетчик соединен с S-входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с шестым и седьмым входами блока выбора режима измерени  и вторым входом второго элемента И, пр мой выход первого триггера через третий элемент И соединен с 4QTBepTbiM входом блока выбора режима измерени , третий выход которого соединен с входом элемента НЕ, вторым входом третьего элемента И и через второй ждущий мультивибратор - с выходом второго счетчика, входы сброса первого и второго триггеров, второго и третьего счетчиков и первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ через контакты первой кнопки соединены с общей шиной, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с выходом первого счетчика, а их выходы - соответственно с входами сброса первого счетчика и третьего триггера, выход которого соединен с первым и вторым входами блока выбора режима измерени , п тый вход которого соединен с выходом второго триггера, S-входы которого и третьего триггера соединены с контактами второй и третьей кнопок соответственно.

   От 5л.8

   к$л.12

   Ј

   Фиг. Ч

   &.

   Фие.Ь$