Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения

Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О fl H C A H H E <„,947878

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскии

Социалистическими

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 260979 (2I) 2823232/18-24 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 3007.82. Бюллетень М 28

Дата опубликования описания 300782

51)М Кд з

G Об G 7/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 681. 3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

N CC0$38Ag

В.Ф. Ермаков и Е.И. Окунцов

l ПАТЕИ г,0 ГЕХКИ .:: Ф„ i, À;( (73 ) Заявитель

Новочеркасский ордена Трудового Кр сногЗИЫВЙЙЙ" политехнический институт им. Серго О (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ВЫБРОСОВ

И ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной, технике, в частности может быть использовано s электроэнергетике при аппаратурном контроле показателей качества напряжения в электрических сетях.

Известен статистический регистратор гистограммы отклонений напряжения, содержащий задатчик интервалов выборки, генератор линейно-изменяющегося йапряжения, компаратор, пороговый датчик, регистр сдвига и счетчики импульсов (1 ).

Известен также многоуровневый анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий пороговые элементы, элементы И и НЕ, дифференцирующее устройство, одновибратор, счетчики импульсов (2 ).

Получаемая с помощью известногo устройства функция распределения или гистограмма амплитуды выбросов или провалов напряжения без учета площади превышения уровней анализа позволяет производить приближенно оценку влияния изменяющегося случайным образом напряжения питающей сети на электрооборудование.

Объясняется зто следующим образом.

Любые элементы электрооборудования, которые подключены к питающей сети, обладают инерционностью. Например, замыкание контактов электромеханического реле происходит при достижении определенного критического значения площадью выброса питающего напряжения выше уставки срабатывания. Соответственно размыкание контактов этого реле происходит при достижении критического значения площадью провала (или отрицательного выброса) питающего напряжения ниже напряжения отпускания реле.

Площадь выброса или провала напряжения в первом приближении пропорциональна энергии, которую необходимо затратить для того, чтобы провести в действие механическую. систему реле— замкнуть или разомкнуть его контакты.

Для другого типа электроприемников, ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ важной характеристикой является площадь провала напряжения сети ниже напряжения зажигания лампы. При достижении этой площадью критического значения лампа погаса ет и восстанавливает свою работоспо947878 дробность только через несколько минут, Существуют и другие примеры устройств, для которых превышение площадью выброса или провала питающего напряжения определенного значения (эту площадь назовем в дальнейшем критической и обозначим Sy) возможно его срабатывание или выход из строя, например силовых конденсаторов при перенапряжениях в сети,. сбой в работе.

Неучет площади превышения напряжением уровней анализа при статистическом анализа выбросов позволяет производить приближенно оценку вли-, яния изменяющегося случайным образом напряжения на электрооборудование, причем приемлено это лишь для той группы электроприемников, для которых

S« мала. Для устройства же с большими значениями Sy. указанная оценка оказывается настолько приближенной, что полученные выводы не соответствуют действительности.

Цель изобретения — повышение точности работы анализатора, за счет получения гистограммы выбросов и провалов напряжения с площадью превышения уровней анализа больше критической.

Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий блок дифференцирования, вход которого является информационным входом анализатора, а выход подключен к входу управляющего компаратора, и и каналов, каждый из которых содержит компаратор, формирова". тель импульсов, элемент И и счетчик, вход которого в каждом канале соединен с выходом элемента И своего канала, первый вход которого подключен к прямому выходу компаратора своего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен с вторым входом элемента И последующего канала, введены триггер, дополнительный компаратор, элемент ИЛИ и в каждом канале блок вычитания, интегратор и нуль-орган, вход которого соединен с информационным входом интегратора и выходом блока вычитания своего канала, первый вход которого является соответствующим входом опорного напряжения анализатора, а вторые входы блоков вычитания каналов объединены и являются информационным входом анализатора, выход интегратора в каждом канале соединен с входом компаратора своего канала, управляющие входы компараторов всех каналов объединены и подключены к выходу дополнительного компаратора, вход которого соединен с инверсным выходом триггера, вход установки единицы которого подключен к пря-

$5 большее различие между значениями мому выходу управляющего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И каждого канала, четвертый вход которого в каждом канале подключен к вы5 ходу формирователя импульсов своего канала, а выход элемента И каждого канала соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки нуля триггера.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 — график изменения напряжения на ее элементах; на фиг. 3 и

4 — соответственно, принципиальная электрическая схема интегратора и графики изменения напряжения на ее элементах.

Анализатор содержит блок 1 дифференцирования, управляющий комцаратор.2, блоки 3 вычитания, интеграторы 4, компараторы 5 (канальные), нуль нуль-орган б, формирователи 7 импульсов, элементы И 8, счетчики 9 (мно25 говходовой) элемент ИЛИ 10, триггер

11, дополнительный коглпаратор 12.

Интеграторы 4 выполнены в транзисторно-конденсаторных ячейках, содержащих транзисторы 13 и 14 и конденсатор 15.

Анализатор выполнен г<-канальным, опорные уровни устройства 0О; расставлены по равномерному закону с шагом

60 (фиг.2), равным ширине разряда искомой гистограммы выбросов или про3S валов напряжения. Уставка управляющего компаратора 2 соответствует производной исследуемого напряжения

1%/С, превышение которой является признаком колебания напряжения.

4р Уровни срабатывания основных ком;параторов 5 U<> (фиг.4) всех каналов анализатора равны между собой и соответствуют критической площади выброса (или провала) S выше i-ro уров45 ня анализа (фиг.1), достаточной для срабатывания (или отпускания, отказа выходы из строя) исследуемого электроприемника:релейных устройств защиты и автоматики, силовых конденсаО торов, асинхронных электродвигателей, разрядников и др.

Для различных электроприемников могут быть различными как уровни анализа выбросов напряжения, так и их критическая площадь превышения уровней анализа Sg . Для ламп ДРЛ, например, это объясняется различным напряжением зажигания ламп; поэтоглу целесообразно проводить многоуровневый анализ провалов напряжения во

60, всем диапазоне изменения их амплитуды, а также различной типовой глощностью лампу поэтому критическая площадь 5х для ламп каждой мощности задается также различной. Еще

g47878

S наблюдается для различных типов электроприемников: один диапазон значений для ламп ДРЛ, другой для инерционных электромеханических реле, третий — для асинхронных электродвигателей и т.д. 5

В связи с этим перед проведением измерений уровни анализа 0« устанавливаются таким образом, чтобы они разбивали весь диапазон изменения амплитуды выбросов или провалоВ 1Q напряжения, а уставка компараторов 5

U задается соответствующей типу и

Е5 мощности исследуемого электроприемника.

Рассмотрим вначале работу интегратора 4, выполненного на транзисторно-конденсаторной ячейке (фиг.3).

На интервале времени 0-с„ (фиг.4) на вход "а" ячейки подается отрицательное напряжение UcI. Транзистор 13 заперт, токи в его эмиттерной и коллекторной це равны нулю. В результате выход,. е напряжение ячейки Ug на этом участке равно напряжению источника питания U„(ôHã.3 и 4)

На интервале О-t4 на вход "c" ячейки подается положительное напряжение Uc, в результате чего транзистор 14 заперт на всем этом интервале.

В момент времени с.1 на вход "а" ячейки подается положительное напряжение. Конденсатор 15 начинает заряжаться током, пропорциональным входному напряжению ячейки U . В результате напряжения конденсатора 15 изменяется по закону

U = i t = В (1)

16 с . где с - емкость конденсатора 1 5 ; 16 ток заряда конденсатора 15 у 4Q коэффициент пропорциональности, зависящий от величины сопротивлений эмиттерно-базовой и коллекторнобазовой цепей транзистора 45

13, а также от величины напряжения О,;

t - текущее время.

Выходное напряжение ячейки меняется по закону

U = U + кОа (2) и с т.е. оно пропорционально площади фигуры ограниченной кривой U и осью

55 абсцисс

В момент времени t> кривая О пересекает опорный уровень компаратора 5., которнй при этом срабатывает.

Уровень U устанавливается соответстcs вующим критической площади превыше- 60 ния S .

В момент t напряжение UcI спадает

Ъ до нуля, заряд конденсатора 15 прекращается, и выходное напряжение ячейки 0 остается неизменным. В 65 момент времени й4 управляющее напря- жение ячейки U становится отрицательным, причем (U ) ) (0„), конденсатор 15 полностью разряжается через открывающийся транзистор 14, выходное напряжение ячейки становится равным исходному U+- =0>.

Формула справедлива при постоянном напряжении Uc,.

В общем случае к

U8 0и+ J 0>(t) дt при 0<> О, (3)

@Go . т.е. интегратор 4, выполненный на транзисторно-конденсаторной ячейке, осуществляет операцию интегрирования входного напряжения при его положительном значении.

При исследовании напряжения сети целесообразно производить анализ выбросов и провалов напряжения относительно номинального уровня. Указанные характеристики напряжения, т.е. выбросы и провалы, оказывают различное действие на электрооборудование, например выбросы напряжения достаточной амплитуды и площади превышения S приводят к выходу из строя силовых конденсаторов. В то же время провалы напряжения не оказывают на эти конденсаторы никакого отрицательного воздействия. В другом случае, провалы напряжения достаточной глубины и площади S g приводят к погасанию ламп ДРЛ, в то время как выбросы напряжения на лампы подобного действия не оказывают и могут служить лишь косвенной оценкой сокращения их срока службы (точное определение степени сокращения срока службы ламп выполянется по моменту напряжения соответствующего порядка).

Рассмотрим работу устройства при анализе выбросов напряжения. В этом случае на вход анализатора подается отклонение напряжения сети от его номинального уровня (фиг.2) . (4)

Он где V - отклонение напряжения сети;

0 - действующее значение напряжения сети1

U - номинальное значение дейстН вукщего напряжения сети.

В процессе своего изменения напряжение О х пересекает первый опорный уровень устройства Uc, в момент времени. t (фиг.2), в результате чего на выходе блока 3 вычитания (блоки 3 выполнены на дифференциальных усилителях) первого канала появляется положительное напряжечия

034 ОВх 00„ 0

При этом выходное напряжение интегратора 4 первого канала изменяется согласно формуле (3). Это напряжение пропорционально площади выброса напряжения Uoq.

94787

В момент t< эта плошадь достигает критического значения S y (фиг.2 заштрихована), в результате чего срабатывает компаратор 5 первого канала. Выходное напряжение этого компаратора прикладывается к второму 5 входу элемента И 8 первого канала анализатора. К третьему входу элемента И 8 приложено единичное напряжение с инверсного выхода компаратора

5 второго канала. Однако запись информации в счетчик 9 первого канала не производится, так,как к четвер- тому и первому входам элемента И 8 приложено нулевое напряжение соответс инверсного выхода НехорН 15 щегося в сработавшем состоянии управляющего компаратора 2, а также формирователя 7 первого канала, который подключен к инверсному выходу, находящегося также в сработавшем состоянии (с момента t ) нуль-органа б первого канала.

В процессе своего дальнейшего изменения напряжения ()Вх пересекает уровень анализа U в момент времени (фиг.2) интегратор 4 второго канала начинает интегрировать плошадь выброса входного напряжения выше этого уровня. В момент времени площадь выброса достигает критического значения 5Х, так как срабаты.- 30 вает компаратор второго канала 5, подавая со своего прямого выхода единичное напряжение на второй вход элемента И 8 второго канала и снимая со своего инверсного выхода 35 напряжение с третьего входа элемента И 8 первого канала, и оказывается подготовленным к записи информации в счетчик 9 второй канал устройства и т.д. 40

В процессе дальнейшего изменения напряжения 01rz достигает амплитудного значения и начинает убывать. Производная напряжения U „при этом становится меньше 1Ъ/С, управляющий компаратор 2 отпускает, снимая единичное напряжение со входа установки единицы-триггера 11 подавая его на четвертые входы всех элементов

И 8 анализатора. Однако и при этом не происходит записи информации ни в; один из счетчиков 9, так как окончательно факт превышения или непревышения исследуемым напряжением уровня анализа с критической площадью выброса Ьх устанавливается только после пересечения этого уровня убывакицим напряжением 0вх .

В рассматриваемом (фиг.2) примере после обработки выброса напряжения

0 х, подготовленным к записи инфор- 60 мации, оказывается третий канал устройства. В момент времени t убываюшее напряжение 0 пересекает уровень анализа U, в результате чего отпускает нуль-орган 6 третьего кана8 8 ла устройства и на его инверсном выходе появляется напряжение, которое прикладывается к входу формирователя 7 третьего канала. На выходе этого формирователя 7 появляется прямоугольный импульс напряжения, который пропускается элементом И 8 на вход счетчика 9 третьего канала, а также через элемент ИЛИ 10 на вход установки нуля триггера 11. В результате содержимое счетчика 9 увеличивается . на единицу, триггер 11 опрокидывается в нулевое состояние и подает со своего инверсного выхода единичное напряжение на вход компаратора

12. Выходное напряжение сработавшего компаратора 01 (фиг.4), имеюшее отрицательное значение, прикладывается к управляющим входам "с" всех интеграторов 4 анализатора. Конденсаторы 15 интеграторов 4 разряжаются схема анализатора приводятся в исходное состояние.

Таким образом, осуществляется расшифровка каждого выброса напряжения сети. После накопления достаточного объема информации по содержимому счетчиков 9 анализатора строится гистограмма выбросов напряжения, по которой выполняется оценка степени влияния изменяюшегося случайным образом напряжения сети»a подключенные к этой сети электроприемники.

При анализе провалов напряжения необходимо инвертировать входное напряжение 0ьх= V = -(U-U )

В этом случае устройство работает аналогично описанному выше. По окончании анализа по содержимому счетчиков 9 строится гистограмма провалов напряжения, которая является другой характеристикой качества исследуемого напряжения..

Получение с помощью предлагаемого анализатора гистограмм выбросов и провалов напряжения с площадью превышения уровней анализа больше критической позволяет повысить точность оценки влияния изменяющегося напряжения на различное электрооборудованне. В частности на достаточно инерционные устройства быстропротекающие выбросы напряжения, имеющие значительную амплитуду, но малую плошадь превышения Як, существенного влияния не окажут. В то же время по гистограмме амплитуды выбросов без учета Sr, т.е. полученной с помощью известного в данном случае был бы сделан ложный вывод о сильном влиянии выбросов на указанные устройства.

Учет же площади превышения уровней анализа S„ и получение гистограммы выбросов с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить точность оценки их влияния на исследуемое оборудование и исключить ложные выводы.

947878

Формула изобретения

Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения, содержа" щий. блок дифференцировайия, вход которого является информационным входом анализатора, а выход подключен к входу..управляющего компаратора, и и каналов, каждый из которых содержит компаратор, формирователь импульсов, элемент И и счетчик, вход которого в каждом канале соединен с выходом элемента И своего канала, первый вход которого подключен к прямому выходу компаратора своего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен с вторым входом элемента И последукщего канала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьиаения точности работы он содержит триггер, дополнительный компаратор, элемент ИЛИ и в каждом канале блок вычитания, интегратор и нуль" орган, вход которого соединен с инфомационным входом интегратора и выходом блока вычитания своего канала, первый вход которого является соответствующим входом опорного напряжения анализатора, а вторые входы блоков вычитания всех каналов объединены и являются информационным входом анализатора, выход интегратора в каждом канале соединен с входом компаратора своего канала, управляющие

5 входы компараторов всех каналов объединены и подключены к выходу дополнительного компаратора, вход которого соединен с инверсным выходом триггера, вход установки единицы которого подключен к прямому выходу управляющего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И каждого канала, четвертый вход которого в каждом канале подключен Ic выходу формиро вателя импульсов своего канала, а выход элемента И каждого канала соединен с соответствующим входом эле,мента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки нуля триггера.

Источники информац.и,, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свдетельство СССР

9 339766, кл. G 01 В 7/06, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 591781, кл. G 01 R 19/04, 1976 (прототип).

947878

Составитель Э.Сечина

Редактор H.Êîâàëåâà Техред Т. Фанта КорректорИ. Шарохин

Заказ 5654/74 Тираж 731 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4