Анализатор колебаний напряжения

Анализатор колебаний напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АНАЛИЗАТОР КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий аналоУо-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной шиной устройства, а выход через первый регистр соединен с входами BToporOi, третьего регистров и первым входом первого вычи ателя , второй вход которого соединен .с выходом третьего регистра, а К4ХОД - с первым входом первого блока сравнения кодов, второй и третий входы которого соединены с шинами допусковых сигналов, а первый и . второй выходы - с первым и вторым входами б/юка определения направления и длительности изменений, синхрон зирующий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и синхронизирую(ци1«ш входами аналого-цифрового преобразователя , первого и третьего регистров, а выходы соединены соответственно с синхронизирующими входами чторого, четвертого регистров и распредалителя кодов, выходы которого соединены с входами блока счетчиков, а вход - с выходом второго вычитателя, входы которого соединены с выходами второго и четвертого регистров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, в него дополнительно введены пятый регистр, счетчик, блок формирования кодов, второй блок сравнения кодов, и третий вычитатель, причем выход третьего регистра соединен с входом четвертого регистра через пятый О) регистр, синхронизирующий вход которого соединен с четвертым выходом блока определения направления и длительности изменений и входом сброса счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы через блок формирования кодов - к четырем входам допусковых сигналов второго блока сравнения кодов, первый и.втосо рой выходы которого соединены-с пер00 CR вым и .вторым выходами первого блока сравнения кодов, третий,.четвертый и пятый выхода - с третьим 00 четвертым и пятым входами блочка оп ределения направления и длительности изменений, а пятый вход с выходом третьего вычитателя, входы которого соединены с выходами первого и пятого регистров..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И

РЕСПУБЛИК

3<5Н С 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3368474/18-21 (22) 24.12.81 (46) 23.04.83. Бюл. Р 15, (72) В.Б.Брайко, И.П.Гринберг, Ю.С.Желеэко, О.Л.Карасннский, С..Г.Таранов и P.Á.Õóñèä (71) Институт электродинамики AH .Украинской ССР (53) 621. 317. 72 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

-9 591781, кл. G 01 Я 19/04, 1978.

2 . Авторское свидетельство СССР

В 442288, кл. G 01 R 19/04, 1974.

3 ° Авторское свидетельство СССР

Р 830249, кл. G 0 1 R 19/04,30.. 07..79 (прототип). (54)(57) АНАЛИЗАТОР КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий аналото-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной шиной устройства, а выход через первый регистр соединен с входами второго;, третьего регистров и -первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен -с выходом третьего регистра, а выход — с первым входом первого блока сравнения кодов, второй и третий входц которого соединены с шинами допусковых сигналов, а первый и . второй выходы - с первым и вторым входами блока определения направления и длительности изменений, аинхроннэирующий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и сиихрониэирующими входами аналого-цифрового преобразовате„„su„„)01386ç A ля, первого и третьего регистров, а выходы соединены соответственно с синхронизирующими входами второго, четвертого регистров и распределителя кодов, выходы которого соединены с входами блока счетчиков, а вход — с выходом второго вычитателя, входы которого соединены с выходами второго и четвертого регистров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, в него. дополнительно введены пятый регистр, счетчик, блок формирования кодов, второй блок сравнения кодов.и третий вычитатель, причем выход третьего регистра соединен с входом Е четвертого регистра через пятый регистр, синхронизирующий вход которого соединен с четвертым выходом Св блока определения направления и длительности изменений и входом сбро са счетчика, счетный вход которого Я. подключен к выходу генератора так- риац товых импульсов, а выходы через блок формирования кодов — к четырем входам допусковых сигналов второго leeaL блока сравнения кодов, первый и. вто- е. рой выходы которого соединены-с первым и вторым выходами первого бло- Я) ка сравнения кодов, третий,.четвертый и пятый выходы — с третьим

Ф четвертым и пятым входами блока оп,ределения направления и длительности изменений, а пятый вход - e выходом третьего вычитателя, входы которого соединены с выходами первого и пятого регистров. Ъ»

1013863

Изобретение относится к измерительной технике и.может быть использовано в анализаторах размахов колебаний изменяющихся во нремени величин напряжений, токов, частоты сети.

Известен многоуровневый анализатор выбросов и провалов напряжения; содержащий пороговые элементы, дифференциатор, Формирователь, элементы совпадений, счетчики 1 .

Однако этот анализатор фиксирует лишь максимальные и минимальные зиа чения напряжения, а не размахи коле ° баний.

Известно устройство для измерения перепадов амплитуды переменного напряжения, содержащее усилители, нуль-орган, фиксатор уровня напряжения, пиковые детекторы, ключи, эмиттерные повторители 2 ).

Недостатком данного устройства является отсутствие избирательности перепадов напряжения по скорости изменения огибающей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является анализатор колебаний напряжения, содержащий аналого-цифровой преобразователь, четыре регистра, два вычитателя, генератор тактовых импульсов, блок сравнения кодов, рас пределитель кодов по уровню, блок счетчиков и блок определения направления и дальности изменений f3).

Недостатком известного устройства янляется. его низкая точность и достоверность при анализе быстроизменяющихся напряжений, так как нри скорости изменения напряжения, превышающей процент номинального напряжения в секунду, скачки кода на выходе аналого-цифрового преобразователя, вызванные случайной составляю- щей погрешности, идентифицируются устройством как колебания напряжения, а это приводит к резкому увеличению удельного веса колебаний,. имеющих незначительный размах, в результатах анализа, и к искажению этих результатов.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности анализа размахов колебаний при их измерении.

Поставленная цель достигается тем, что.в анализатор колебаний напряжения,,содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединей с входной шиной устройства, а выход через первый регистр соединен с входами второго, третьего регистров и первым входом первого вычитатела, второй вход которого соединен с выходом третьего регистра, а вы ход — с первым входом первого блока сравнения кодов, второй и третий входы которого соединены с шинами допусковых сигналов, а первый и второй выходы — с первым и вторым

;входами блока определения направления и длительности измерений, синхронизирующий вход которого соединен

;с выходом генератора тактовых импульсов и синхронизирующими входа1 ми аналого-цифрового преобразователя,первого и третьего регистров, а

1О,выходы соединены соответственно с синхронизирующими входами второго, четвертого регистров и распределителя кодов, выходы которого соединены с выходами блока счетчиков, а выход — с выходом второго вычитателя, входы которого соединены с выходами второго и четвертого регистров, дополнительно введены третий вычитатель, первый регистр, второй блок сравнения кодов, блок формирования кодов и счетчик, причем выход третьего регистра соединен с входом четвертого регистра, дополнительно введены пятый регистр, счетчик, блок

Формирования кодов, второй блок сравнения кодов и третий вычитатель, причем выход третьего регистра соединен с входом четвертого регистра через пятый регистр, синхрониэирующий вход которого соединен с четвертым .

30 выходом блока определения направления и длительности изменений и входом сброса счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы через

35 блок формирования кодов подключены к четырем входам допусковых сигналов второго блока сравнения кодов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выхода-"

40 ми первого блока сравнения кодов, третий, четвертый и пятый выходы— с третьеим, четвертым и пятым входами блока определения направления и длительности изменений, а пятый вход — c, выходом третьего нычитателя, входы которого соединены с выходами первого и пятого регистров.

На чертеже приведена блок-схема анализатора колебаний напряжения.

Анализатор колебаний напряжения содержит аналого-цифровой преобразо.ватель 1, регистры 2-6, вычитатели 7-9, распределитель 10 кодов по уровню, блок 11 счетчиков, блоки 12 и 13 сраннения кодов, блок 14 форми55 рования кодов, счетчик 15, генератор 16 импульсов и блок 17 определения направлений и длительности изменений, Блок 17 содержит элемен-. ты 18-30 совпадений, триггеры 31-33, 60 элементы 34-37 ИЛИ, элементы 38 и

39 задержки и. счетчик 40.

Входная шина через аналого-цифроной преобразователь 1 и регистр 2 подключена, к входам регистров 3 и 4.

Выход регистра 4 через регис..ры 5 и 6

1013863 соединен с первым входом вычитателя

7, второй вход которого подключен к выходу регистра 3. Вычитатель 7 через распределитель 10 кодов по

:уровню соединен с блоком 11 счетчиков. Выходы регистров 2 и 4 через 5 вычитатель 8 подсоединены к входу блока 12 сравнения кодов, входы 41 и 42 которого соединены с шинами допуска (ЧТ а), (-ЧТ-й), где V:скорость изменения. напряжения, Т - 10 .период дискретизации, h — - отклоне ние от номинала. Выходы регистров 2 и 5 через вычитатель 9 соединены, с блоком 13 сравнения кодов, входы

43-46 которого через блок 14 формирования кодов подключены к выходу . счетчика. Выходы 47 и 48 блока 12 объединены с соответствующими выхода ми 49 и 50 блока 13 и подключены к первому и второму входу блока 17.

Выходы 51-53 блока 13 соединены со,ответственно с третьим, четвертым и пятым входом блока 17. Входы синхронизации преобразователя 1, регистров 2 и 4, блока 17, и счетный вход счетчика 15 объединены и присоединены к выходу генератора 16 ° Выходы 54-

57 блока 17 подключены соответственно к входам синхронизации регистров 3 и б, распределителя 10, к входу сброса счетчика 15 и входу синхронизации регистра 5.

Блок 17 определения направления и длительности изменений может быть выполнен, например, следующим образом. Первые входы элементов 18-29 35 совпадений подключены к выходу генератора 16 ° Первый вход блока 17, подключенный к выходу 49 блока 13, соединен с вторыми входами элементов

18-20. Второй вход блока 17, под- 40 к юченный к выходу 50 блока 13, соединен с вторыми входами элементов 21-23 совпадений. Третий вход блока 17, подключенный к выходу 51 блока 13, соединен с вторым входом элемента 25. совпадений и инвертирую45 щим входом элемента 24 совпадений, и четвертый вход блока 17, подключенный к выходу 52 блока 13, соединен с вторым прямым входом элемента 24 совпадений и инвертирующим входом элемента 25 совпадений. Пятый вход блока 17, подключенный к выходу 53 блока 13, соединен со вторыми входами элементов 26 и 28 совпадений и инвертирующим входом эле- 55 мента 27 совпадений.. Выходы элементов 20 и 24, 25 и 23 совпадений соответственно объединены и подключены к входам установки в "1" триггеров

33 и 32. Выходы элементов 19 и 22 60 совпадений объединены и подключены .. к входу установки в "1" триггера 31 и к первому входу элемента 30 совпадений, второй вход которого объединен с третьим входом элемента 28 совпадений и присоединен к ииверсному выходу триггера ЗР. Выходы элементов 18 и 21 совпадений объединены и присоединены к счетным входам триггеров 32 и 33, к первым входам эле íòΠ34 и 37 ИЛИ,.а через эле нт 39 задержки — к первым входам .элементов

35 и Зб ИЛИ; второй вход элемента 35

ИЛИ подключен к выходам элементов 19 и 22 совпадений, а второй вход элемента 36 ИЛИ - к выходу элемента 30 совпадений Прямой выход триггера 31 соединен с третьим входом элемента

26 совпадений, выход которого подключен к счетному входу счетчика 40, выход переполнения которого подключен ко второму входу элемента 29 совпадений, выход которого соединен с входом элеМента 38 задержки и вторым входом элемента 34 ИЛИ. Второй вход элемента 37 ИЛИ подключен к выходу элемента 35 ИЛИ, а его тре« тий вход - к выходу элемента 28 совпадений. Выход элемента 38 задержки соединен с входами установки в

"0" триггеров 31-33 и с первым входом сброса счетчика 40. Прямой вы-. ход триггера 32 присоединен к третьим входам элементов 18 и 22 совпадений, а прямой выход триггера 33 к третьим входам элементов 19 и 21 совпадений. Инверсные выходы триггеров 32 и ЗЗ соединены с третьими и четвертыми входами элементов 20, 23-25 совпадений. Выход элемента 35

ИЛИ подключен ко второму входу сброса счетчика 40 и к выходу 54 блока 17, выход элемента 36 ИЛИ вЂ” к выходу 55 блока 17, выход элемента 34. ИЛИ к выходу 56 блока 17, выход элемента 37 ИЛИ вЂ” к выходу 57 блока 17.

Выход элемента 27 совпадений присое- динен к третьему входу сброса счетчйка 40.

Анализатор колебаний напряжения позволяет определить плотности рас пределения размахов колебания. Под размахом колебания напряжения д У понимается разность между максималь ным и минимальным значениями огибаю . щей напряжения на участке, где скорость ее изменения не менее Ч0,01(1;

В/С, где Оне„, - номинальное значение напряжения, причем если интер- .вал времени между концом предыдуще- . го и началом последующего изменений происходящих в одинаковом направлении со скоростью больше Ч, меньше чем ье 40 м с, то такие изменения считываются как одно колебание.

Принцип действия устройства основан на том, что фиксируется код входного сигнала Хн в момент начала анализа колебания, а затем приращения входного сигнала относительно

Х> сравнивается с уровнями (Чй+ ), (Vt-.а), (-.Vt+h), (-Vt-h), которые линейно возрастают или убывают с

1013 момента фиксации кода Х . При этом, если входной сигнал, найример, возрастает и пересекает уровень Че+а, то фиксируется момент начала колебания Х 1-XI, и момент возможного. окончания колебания Х, соответствующий значению сигналов в момент его пересечения.с уровнем Vt+4 а точка Х принимается за новый момент наK чала колебания. Если входной сигнал пересекает уровень Vt-д, то скорость 10 изменения сигнала считается меньше 7, и начало и конец колебаний не фиксируется, а точка пересечения сигналом уровня Vt-à принимается эа новое начало анализа колебаний. Ес- ли было зафиксировано возможное окончание Х1, и следующее изменение также идеитифицировалось как .колебание, происходящее в том же направле-! .нии, то в качестве возможного окончания колебания Хк принимается последнее пересеченйе входным сигна- лом уровня Чс+б. Если же начало и возможное окончание колебания били зафиксированы, а в следующем интервале анализа колебание зафиксировано не было, то в качестве окончания колебания принимается последнее за,,фиксированное возможное окончание колебания, а точка пересечения сигналом уровня Vt-1 принимается на новое начало анализа колебания. Аналогично устройство работает и при убывании сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь

1 преобразует входное напряжение в 35 код, при этом, если измеряются колебания напряжения однофаэной сети, то преобразуются действующие значения фазных напряжений, если .измеря.ются колебания напряжения трехфазной 40 сети, то преобразуется напряжение прямой последовательности основной частоты, если измеряются колебания частоты сети, то преобразуются мгновенные значения частоты в код. Ге- 45 нератор 16 формирует импульсы, период которых равен длительности периода напряжений сети.

Код с выхода преобразователя 1 переписывается в регистр 2, а затем в регистр 4, Таким образом, в момент прихода t-ro импульса с выхода: генератора 16, в регистре 2 будет код Х, соответствующий текущему значейию входной величины U а в регистре 4 будет код X1, соответствующий ее.предыдущему значению.

Коды Х1 и Х „ поступают на входы вычитателя 8, с выхода которого снимается код ,ах = х„- - Х1» 60

<оторйй поступает на блок 12 сравнения кодов. На другие входи блока 12 юступают коды, равные ЧТ+4 и -УТ-а, <оторие.соответствуют минимальному приращению входного напряжения, не- у

863

4 обходимого для идентификации колебания с учетом допусгимой погрешности преобразователя 1.

В регистрах 5, 3, б фиксируются коды, р вние величине входного сигнала в момент начала анализа колебания

Хн, возможного окончания колебания

Х и начала колебания Хн сжответстК венно.

На выходе 54 блока 17 формируется сигнал в момент фиксации возможного окончания колебания Хк, при этом код Х; иэ регистра 2 йереписывается в регистр 3. На выходе 55 блока 17 формируется сигнал в момент фиксации начала колебания, при этом код Х, соответствующий началу анализа колебания, принимается эа начало колебания Хн и фиксируется в регистре 6..На вйходе 56 формируется сигнал в момент окончания колебания. Тогда иэ кода Х в регистре 3 вычитается код Х„ в регистре б в вычитателе 7, а их разность, соответствующая размаху колебания напряжения дЪ = 1хк - Хнl у поступает в распределитель 10. Распределитель 10 кодов по уровню срав нивает поступающий íà его вход код

6 0 с рядом фиксированных значений,. при этом на одном иэ его выходов появляется импульс, который поступает на соответствующий вход блока 11 счетчиков. На выходе 56 блока 17 формируется сигнал, который соответствует моменту фиксации начала анализа колебания X при этом код .

1 из регистра 4 йереписивается в регистр 5, а счетчик 15. устанавливается в состояние "0", I

Коды Х„- иэ регистра 2 и Хн из регистра 5 поступают на входы вычитателя 9, с выхода которого снимается код

tlX = x„.- XH соответствующий приращению сигнала за время анализа. Этот код поступает на вход блока 13 сравнения кодов, на входы 43-46 которого поступают соответственно коды (ЧТИ+О),(ЧТВ-а), (-ЧТIf+a), (-VTЕ-Ь), где 7 - выходной код счетчика 15. Величина RT определяет.длительность временного интервала от начала момента анализа колебания до текущего i-го момента времени.

Если величина ДХ больше УТЯ+ь,то на выходе 49 блока 13 будет логическая единица, а на остальных его выходах — логический нуль. Если фХ меньше — VT Р-а, то на выходе 50 будет логическая "1". Если jLX меньше ЧТК+й, но больше VTP-Ь, то на выходе 51 будет логическая единица.

Если ЬХ больше -ЧТ К-,б, но меньше

-VT1+a,.то на выходе 52 будет ло1013863 гическая единица. Если дХ меньше

VTE-a, но больше -ЧТИ+а, то на выходе 53 будет логическая единица.

В исходном состоянии в регистре 2 хранится код Х, в регистре 4 код X )» р B регистре ° 5 код Хн состояние регистров 3 и 6 произвольное, триггеры 31-33 и счетчики — 15 и 40 находятся в состоянии "0". Пустт входной сигнал возрастает и остается в зоне между допусками (Vt-A) и )О (Vt+A) .

Сначала, когда входной сигнал не вышел за пределы треугольника, образованногб вертикальной линией

1 проходящей через Х„и допусками

lVt-A) и (-V t+a), состояние элементов блока 17 остается неизменным.

Так как все элементы 18-26, 28-30 совпадений закрыты, то импульсы генератора 16, проходящие через элемент 27 на третий вход сброса счетчика 40, подтверждают его нулевое состояние ° При этом только на счетный вход счетчика 15 поступают импульсы генератора 16 и в соответствии с каждым его новым состоя 25 нием Р образуются новые коды на выходах 43-46 блока 14, которые используются для создания указанных допусков. После того как возрастающий входной сигнал пересекает уровень (-Vt+A), но остается ниже уровня (Vt+d) на выходе.51 блока 13 появляется логическая единица элемент

25 открывается и триггер 33 устанавливается в состояние "1", Этим on- 35 ределяется направление возможного изменения сигнала. Низкий потенциал на инверсном выходе одного из триггеров

32 и 33 закрывает элемен ы 20,23-25, тем самым препятствуя установлению 40 нового направления изменения входного сигнала.

Если ьходной сигнал пересекает уровень (Vt+A), то на выходе 49 блока 13 появляется логическая единица, элемент 19 открывается. Выходной сигнал элемента 19 устанавливает триггер 31 в состояние "1" (состояние выхода триггера 31 изменяется пос ле окончания тактового импульса), проходит через элементы 30 и 36 на вход синхронизации регистра 6, в котором фиксируется код Хн, соответствующий началу колебания. Этот сигнал проходит также через элемент 35. на вход синхронизации регистра 2, в котором фиксируется код Хк возможного окончания колебания. Выход элемента З соединен через элемент 37 с входом синхронизации регистра 5 и 60 входом сброса счетчика 15. Поэтому .. в регистре 5 фиксируется новое зна1 чение кода Х, соответствующее нача=. лу анализа, а счетчик 15 сбрасывается в состояние "0". 65

Если входной сигнал продолжает и далее возрастать, то при пересечении уровня (Чс+Ь) фиксируется новое значение кода Х и Х (код Х к н K изменяться не будет, так как элемент

30 заблокирован низким потенциалом на инверсном выходе триггера 31).

Если в процессе изменения сигнал пересекает уровень (Vt-A), в том участке, где он больше,чем (-Vt-b), на выходе 53 блока 13 появляется логическая единица, которая открывает элемент 26 и закрыва 1 ет элемент 27 .(элемент 28 зак- . рыт низким потенциалом на выходе триггера 31). При .этом тактовые импульсы генератора 16 поступают на счетный вход счетчика 40. Если пере-. полнение счетчика не наступило, а сигнал снова стал больше допуска (Нt-A), то опять открывается элемент 27 и счетчик 40 устанавливается в нуль. Если же наступило переполнение счетчика 40 до того, как входной сигнал снова стал больше уровня (Vt-à), то открывается элемент 29

его выходной сигнал через элементы

34 и 37 поступают на входы синхронизации распределителя 10 и регистра 5. При этом фиксируется величина размаха колебания напряжения, равная разности кодов в регистрах 3 и б и новое начало анализа .колебания Xu счетчик 15 устанавливается .в ! состояние "0". Кроме того, сигнал с выхода элемента 29 проходит через элемент задержки 38 и устанавливает триггеры 31-33 и счетчик 40 в состояние "0". После этого цикл раббты устройства начинается сначала.

Если в начале анализа не было зафиксировано начало колебания, т.е. триггер 31 остался в состоянии "0"

У то при пересечении входным сигналом уровня (Vt-A) логическая единица на выходе 53 блока 17 открывает элемент

28, входной сигнал которого через элемент 37 поступает на вход синхронизации регистра 5. При этом зафик» сируется новое число анализа Х, .

Если в процессе изменения сйгнала появляются резкие скачки, такие что }ЛХ } ) чТ+й, то на выходах 47 и 48 блока. 12 появляются сигналы, действия которых аналогичны сигналам на выходах 49 .и 50 блока 13.

В том случае, если сигнал резко изменяет направление своего изменения

I например если при возрастании сигнала появляется сигнал на выходе 50 блока 13, то открывается элемент 21. При этом триггеры 32 и 33 изменяют свое состояние на противоположное, производится фиксация размаха колебания и фиксируются коды Хнр Ag и Хн

Хог. 3ее 3

BHHHDH Заказ 3009)53 ".Ги :.ы 703 Подписнсе

Филиал ВПП "Патент", г. ужгоро,—:,.ул. Проектная,4

Аналогично устройство работает при убывании входного сигнала, однако при этом направление изменения сигнала в сторону уменьшения будет зафиксировано триггером 32.

Введение в анализатор колебаний напряжения дополнительных регистра, вычитателя, блока сравнения кодов, счетчика и блока формирования кодов позволяет исключить фиксацию ложных колебаний, так как для фик1! сации колебанйя необходимо,:.тобы приращение входного сигнала превьпаало уровень VT на величину й, что приводит к повышению точности анализа при измерении колебаний напряжения. Кроме того, вновь введенные блоки позволяют измерять размахи колебаний в более широкбм диапазоне скоростей изменения напряжения, а это повышает достоверность

IG результатов анализа.