Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электроэнергии постоянного напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения и контроля коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения. В устройстве, содержащем задатчик 1 моментов измерения, аналого-цифровой преобразователь 2, задатчик 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального значений кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и 10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечения корня, логометр 13 и блок 14 индикации , арифметические блоки 9 и 10 оснащены дополнительными двумя входами а блок 4 управления - пятью выходами 1зп ф-лы,4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752104/21 (22) 24.10.89 (46) 15.12.91. Бюл. ¹ 46 (72) О.В.Птицын и С,И.Одинцов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 838593, кл, G 01 R 19/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 815644, кл, G 01 R 19/00, 1979. (54) МУЛЬТИМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электроэнергии постоянного напряжения. Цель изобретения — расширение функциональИзобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии постоянного напряжения — коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжения, а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения и контроля коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения..

На фиг.1 представлена функциональная схема мультиметра; на фиг.2а,б и в — временные диаграммы работы устройства в I,II и III; на фиг.3— функциональная схема блока управления; на фиг.4а и б — функциональные схемы первого и второго арифметических блоков соответственно..БЫ» 1698804 А1 ных возможностей за счет обеспечения измерения и контроля коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения. В устройстве, содержащем задатчик 1 моментов измерения, аналого-цифровой преобразователь 2, задатчик 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального значений кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и

10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечения корня, логометр 13 и блок 14 индикации, арифметические блоки 9 и 10 оснащены дополнительными двумя входами, а блок 4 управления — пятью выходами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии (фиг.1) содержит задатчик 1 моментов измерения, выходом подключенный к первому входу аналогоцифрового (АЦП) преобразователя 2, второй вход которого связан с выходом задатчика 3 номинальных значений напряжения, блок 4 «р управления, блоки 5 и 6 выделения кодов (максимального и минимального соответственно}, входами обьединенные с выходом

АЦП 2 и входом квадратора 7, квадратор 8, арифметический блок 9, арифметический С блок 10, первый и второй входы оторого Д подключены к выходам блоков 5 и 6 выделения 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 извлечения квадратного корня, входом соединенный с выходом арифметического блока 10, а выходом — с первым входом логометра 13, второй вход

1698804

S-входом триггера 30, инверсный выход ко-. торого соединен с шестым и седьмым вхо- 45 дами БВРИ 15 и вторым входом элемента И

55 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 управления соединены с третьими, четвертыми входами арифметических блоков 10 и 9 соответственно, пятый и шестой выходы блока 4 управления соединены соответственно с входами задатчика 1 моментов измерения и ,задатчика 3 номинальных значений напряжения, третий вход АЦП 2 соединен с входом мультиметра.

Блок 4 управления (фиг,3) содер>кит блок 15 выбора режима измерения (БВРИ), счетчики 16 — 18, ждущие мультивибраторы

19 и 20, элементы ИЛИ 21-24, кнопки 25-27, триггеры 28 — 30, генератор 31 тактовых импульсов (ГТИ), элементы И 32 — 34, элемент

HE 35„причем синхровыход БВРИ через последовательно соединенные счетчик 16 и ждущий мультивибратор 19 соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с первым выходом (а) блока 4 управления, а второй вход — с третьим выходом БВРИ 15 и с третьим выходом (в) блока

4 управления, четвертый выход (г) которого соединен с четвертым выходом БВРИ 15, первый вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 24, второй и третий входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами БВРИ 15, седьмой выход которого соединен с шестым выходом (е) блока 4 управления, выход (б) которого соединен с выходом элемента

ИЛИ 24, выход ГТИ 31, второй выход БВРИ

15 и выход элемента НЕ 35 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами элемента И 32, выход которого соединен с пятым выходом (д) блока 4 уп равления, синхровходом БВРИ 15, входом счетчика 18 и первым входом элемента И 33, выход которого через счетчик 17 соединен с

33, прямой выход триггера 30 через элемент

И 34 соединен с четвертым входом БВРИ

15, третий вход которого соединен с входом элемента HE 35, вторым входом элемента И

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, 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 6 ВРИ 15, пятый

35 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 трехпозиционного переключателя на восемь контактных групп и позволяет установить один из трех режимов измерения: режим I — измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов); вбежим II— измерения отклонений и колебаний напряжения (среднее положение контактов); режим III — измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы (нижнее положение подвижных контактов).

Счетчики 16 и 17 выполнены с коэффициентом счета и, а счетчик 18 — 2п. Кнопка

25 предназначена для запуска блока 4 управления в режиме 1, кнопка 26 — для запуска блока 4 управления в режиме II и III, а кнопка 27 — для установки счетчиков 16 — 18 и триггеров 28 — 30 в нулевое состояние.

Выходы (а и б) блока 4 управления предназначены для перевода блока 9 (фиг.1) соо T88Tc TB8H Ho в режим вычитания и суммирования, выходы (s и г) предназначены для перевода блока 10 (фиг.1) соответственно в режим вычитания и суммирования, выходы (д и е) предназначены для запуска задатчиков 1 и 3 соответственно.

Первый арифметический блок 9 (фиг,4а) предназначен для выполнения операций суммирования поступающих кодов, последующего их усреднения, а также выполнения операции вычитания кодов.

Арифметический блок 9 содер>кит блок 36 усреднения кодов, выполненный в виде последовательно соединенных блока 37 двухвходовых элементов И, сумматор 38 кодов, блок 39 двухвходовых элементов И и блока

40 деления кодов, счетчика 41 числа поступивших кодов, обьединенного входом с входом сумматора 38 кодов, а выходом подключенного к второму входу блока 40 деления кодов и инвертора 42, входом обьединенного 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 вЂ” к блоку

44 вычитания, первый вход арифметического блока 9 объединен с цифровым входом блока 37 элементов И, выход блока 40 деления кодов подключен к второму входу блока

44 вычитания, Второй вход арифметического блока 9 через блок 43 элементов И связан с первым входом блока 44 вычитания, выход которого соединен с выходом арифметического блока 9, третий вход которого обьединен с первым входом блока 43 элементов И.

1698804

U м н — минимальное значение исследуемого напряжения.

Коэффициент формы и коэффициент амплитуды являются показателями качества

5 электроэнергии неосновного ряда. Указанные коэффициенты определяются из выражений

Ux кф= — ", Uxo (6) 10

0макс

К

35

То ц= — !, и где = 1,2,..., n.

С приходом с задатчика 1 моментов измерения каждого из и импульсов на вход

"0 АЦП 2, осуществляется его запуск на преобразование мгновенного значения исследуемого напряжения в цифровой код (момент

ti). Эти коды поступают на вход суммирующего счетчика 11 и квадратора 7 соответст45 венно. 3а время измерения То в суммирующем счетчике 11 образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения вид (3) (4) У !Ьо !"!н 100%, 0н

55 где 0и — номинальное значение напряжения;

U макс — максимальное значение исследуемого напряжения;

Арифметический блок I0 (фиг,4б) предназначен для выполнения операции независимого суммирования кодов, поступивших по двум независимым входам, последующего их усреднения, а также выполнения операции вычитания усредненных кодов.

Кроме того, блок 10 содержит блоки 45 и 46 усреднения кодов, выполненные аналогично блоку 36, блок 47 элементов И и блок 48 вычитания кодов, причем первый и второй входы арифметического блока 10 соединены с цифровыми входами блоков 45 и 46 усреднения кодов, вторые входы которых соединены с четвертым входом арифметического блока 10, третий вход которого через блок 47 элементов И соединен с первым входом блока 48 вычитания кодов, выход которого соединен с выходом арифметического блока 10, выходы блоков 45 и 46 усреднения кодов соединены соответственно с вторыми входами блока 48 вычитания кодов и блока 47 элементов И.

Суть определения основного ряда показателей качества электроэнергии заключается в том, что

Ux = Uxo.+ g Uxi (1) ! =.1 где 0к — среднеквадратическое значение исследуемого напряжения; . Uxo — средневыпрямленное значение исследуемого напряжения;

Uxl —. сРеДнекваДРатическое значение !й гармонической составляющей исследуемого напряжения.

Коэффициент пульсации определяется из выражения ! X Uxi

Ки = (2)

Uxo

С учетом (1) выражение (2) принимает

Отклонения и колебания напряжения определяются из выражений о V= " „"" " 100%, (5) Устройство работает в трех режимах измерения: режим — измерения коэффициента пульсации; режим II —. измерения отклонений и колебаний напряжения; режим Ц! — измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 9 подготовлен к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состояние, ячейки логометра 13 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутствует. В режиме измерения коэффициента пульсации (режим I) исследуемое напряжение поступает на вход АЦП 2. По команде с выхода д блока

4 управления задатчик 1 моментов измерения выдает за время Т> число импульсов, . равное и (фиг.2а), запускающих АЦП 2 в момент времени

Ux0 = — Х Ох((т) Й = — 2 N(, (8)

То о nl =1 где Ux;(t) — мгновенное значение исследуемого напряжения, Код, пропорциональный напряжению

U, поступает в ячейку логометра 13 и фиксируется в ней (момент ц).

Одновременно с этим коды Nl поступают в квадратор 7 (начиная с момента tz), После возведения в квадрат в квадраторе 7 коды

1698804 х

NI поступают на первый вход арифметического блока 9 (момент з), К моменту поступления и-го кода на выходе блока 36 усреднения кодов образуется код, пропорциональный квадрату текущего среднеквадратического значения исследуемого напряжения (момент Ь) 2 1 т 2 1 и 2

u, = — 3 u„I (т)й= — 7 ц

Т AI который поступает на второй вход блока 44 вычитания кодов, В результате выполнения в арифметическом блоке 9 операции вычитания на его выходе в момент t12 образуется код, пропорциональный квадрату отклонений исследуемого напряжения, После извлечения в блоке

12 из этого кода квадратного корня, в момент 1з результат поступает в логометр l3, Далее в логометре 13 осуществляется деление кода, пропорционального разности исследуемого и номинального напряжений, на код, пропорциональный номинальному напряжению, в блоке 14 индикации фиксируется значение отклонения исследуемого напряжения V.

Одновременно с этим с момента tI-; коды

NI поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, где осуществляется сравнение кодов NI с номинальным кодом и выделение максимального Кмакби минимального N> i кодов.

С выхода блока 5 коды смаке поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход, с выхода блока 6 — коды

Ймин, После выполнения в арифметическом блоке 10 операций алгоритма усреднения кодов(момент tg) и операции вычитания (момент t») íà его выходе образуется код, пропорциональный разности максимального и минимального значений напряжения, фиксируемый в момент t11 в ячейке логометра

13. После выполнения в логометре 13 операции деления этого кода на значение номинального кода в блоке 14 индикации будет зафиксирован результат, соответствующий колебанию исследуемого напряжения д Ч, В режиме измерения отклонений и колебаний напряжения (режим!!) устройство работает следующим образом, В исходном состоянии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 находится в нулевом состоянии, По выходу д блок 4 управления запускает задатчик 1 моментов . измерения, который за время Т первого цикла измерения выдает и импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает зэдатчик 3 номинальных значений напряжения, который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значения номинального сигнала U>I в цифровые

5 коды NISI, которые, на иная с с момента t2 (фиг.26), поступают в суммирующий счетчик

11, где к моменту т4 образуется код, пропорциональный номинальному напряжению и — Ин, . В момент t4 этот КОД фиксируnI =1 ется в ячейке логометра 13.

Одновременно с этим преобразованием возведенные в квадрат в квадраторе 7 коды Nvl поступают на вход арифметического блока 9 (момент 1з) для выполнения алгоритма усреднения, который завершается в момент ь5. При этом на второй вход блока 44 вычитания кодов поступит код, пропорциональный квадрату номинального напряжения — „, н! °

1 " г п — 1

С приходом (и +1)-го импульса с задатчика 1 моментов измерения начинается второй цикл измерения длительностью Тс, в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения NI, начиная с момента

te, поступают в суммирующий счетчик 11, п

30 где к моменту тз образуется код —,, NI

П =1

В момент te этот код возводится в квадрат в квадраторе 8 и при наличии на входе а арифметического блока 9 сигнала, разрешающего вычитание, через блок элементов И 43 поступает на первый вход блока 44 вычитания кодов, В режиме измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы (режим ill)

40 устройство работает следующим образом, В исходном состоянии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состоянии, По выходу д блок 4 управления запускает задатчик 1 моментов измерения, который за время Т„первого цикла измерения выдает и импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает задатчик 3 номинальных значений напряжения, который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значения номинального сигнала U I в цифровые коды N>I, которые, начиная с момента t2 (фиг.2в), поступают в суммирующий счетчик 1 i, где к моменту tj образуется код, пропорциональный номии нальному напряжению — У YNHI . В момент

П =1 з этот код фиксируется в ячейке логометра

13.

1698804

5

35

50

С приходом (n+1)-го импульса задатчика 1 моментов измерения начинается второй цикл измерения длительностью То, в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения Ni, начиная с момента т4, поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту 17 образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения, фиксируемый в ячейке логометра 13.

Одновременно с этим преобразованием, коды Ni поступают для возведения в квадрат в квадратор 7.

Далее коды N i, начиная с момента тб, 2 поступают на вход арифметического блока

9, в блоке 36 усреднения кодов которого выполняются операции алгоритма усреднения кодов, Поскольку на выходе а блока 4 управления, а следовательно, на первом входе блока 43 элементов И разрешающий сигнал будет отсутствовать, то на первом входе блока 44 вычитания кодов будет присутствовать код нуля. Тогда выходной код блока 36 усреднения кодов, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения, выпрямленного напряжения, будет повторен на выходе арифметического блока 9, В момент tg блок 12 произведет извлечение квадратного корня из этого кода, а в момент t

14 индикации будет зафиксировано значение коэффициента формы исследуемого напряжения, Одновременно с этим преобразованием, коды N поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов, где осуществляется их сравнение с номинальным кодом и выделение максимального

Ммакс i.

С выхода блока 5 коды М макс i поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход с выхода блока 6 — коды

N „. После выполнения в блоках 45 и 46 усреднения кодов операций алгоритма усреднения максимального и минимального кодов, на второй вход блока 48 вычитания кодов с выхода блока 45 усреднения кодов поступит код, пропорциональный максимальному значению напряжения. а на первом входе блока 48 вычитания кодов будет присутствовать код нуля, ввиду отсутствия на первом входе блока 47 разрешающего сигнала (вход в). При этом выходной код блока 45 усреднения кодов, пропорциональный максимальному значению напряжения, повторяясь на выходе арифметического блока 10, поступит в логометр 13 (момент tg). В результате деления

30 (момент tiQ) B логометре 13 данного кода на код, пропорциональный среднеквадратическому значению напряжения (согласно формуле (7), в блоке 14 индикации будет зафиксирован результат, соответствующий коэффициенту амплитуды исследуемого напряженияя.

Таким образом, выполнение первого и второго арифметических блоков с двумя управляющими входами каждый, связанными с соответствующими выходами блока управления, имеющего шесть выходов, два из которых соединены соответственно с задатчиком моментов измерений и задатчиком номинальных значений напряжения, позволило осуществить измерение и контроль как коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжений, так и измерение и контроль коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения, что обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства, Формула изобретения

1. Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии, содержащий логометр, блок индикации, аналого-цифровой преобразователь, два квадратора, два арифметических блока, блок извлечения квадратного корня, задатчик номинальных значений напряжения, задатчик моментов измерения, блок управления, суммирующий счетчик, блоки выделения максимального и минимального кодов, причем вход мультиметра соединен с первым входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого через последовательно соединенные первый квадартор. первый арифметический блок, блок извлечения корня и логометр соединен с входом блока индикации, вход первого квадратора соединен с входами блоков выделения максимального и минимального кодов и входом суммирующего счетчика, выход которого соединен с вторым входом логометра и через второй квадратор — с вторым входом первого арифметического блока, выходы блоков выделения максимального и минимального кодов соединены соответственно с первым и вторым входами второго арифметического блока, выход которого соединен с третьим входом логометра, первый выход блока управления соединен с управляющим входом задатчика номинальных значений напряжения, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, второй выход блока управления соединен с управляющим входом задатчика моментов измерения, второй, третий выходы блока управления соединены соотв.тст1698804

12 венно с третьим, четвертым входами первого арифметического блока, пятый, шестой выходы — с третьим, четвертым входами второго арифметического блока, первый арифметический блок содержит блок усреднения кодов, блок элементов И и блок вычитания кодов, выход которого соединен с выходом первого арифметического блока, первый вход которого через блок усреднения кодов соединен с первым входом блока вычитания 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 усреднения кодов, второй арифметический блок содержит два блока усреднения кодов, блок элементов И и блок вычитания кодов, выход которого соединен с выходом второго арифметического блока, первый и второй, входы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков усреднения кодов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно блока вычитания кодов и блока элементов И, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания кодов, а второй вход — с третьим входом второго арифметического блока, четвертый вход которого соединен со вторыми входами обоих блоков усреднения кодов.

2, Мультиметр по п.1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что блок управления содержит блок выбора режима измерения, три счетчика, два ждущих мультивибратора, четыре элемента ИЛИ, три кнопки, три триггера, генератор тактовых импульсов, три элемента И и элемент НЕ, причем синхровыход блока выбора режима измерения через последовательно соединенные первый счетчик и первый ждущий мультивибратор соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, а второй вход— с третьим выходом блока выбора режима

45 измерения и третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с четвертым выходом блока выбора режима измерения, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента

ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами блока выбора режима измерения, седьмой выход которого соединен с шестым выходом блока управления, второй выход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов, второй выход блока выбора режима измерения и выход элемента НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с пятым выходом блока управления, синхровходом блока выбора режима измерения, 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 измерения и вторым входом второго элемента

И, прямой выход первого триггера через третий элемент И соединен с четвертым входом блока выбора режима измерения, 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 измерения, пятый вход которого соединен с выходом второго триггера, S-входы которого и третьего триггера соединены с контактами второй и третьей кнопок соответственно. 5

ltS

i fT

111

I Il

Ц

Фиг. 2а

1698804

hI!

I I

1698804

Ц

I 6 ф

° . ° °

° ° ° ф ° Ф

1698804

А. 72

1698804 дл,13

Составитель В,Быков

Техред М,Моргентал

Редактор Ю.Середа

Корректор М. Кучерявая

Производственно-издательский комбинат "Патент™, г; Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4393 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5