СПОСОБ ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТА НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ КРИВОЙ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01R29/04 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровых системах оценки показателей качества электрической энергии передвижных источников электрической энергии переменного тока.

Известен способ оценки коэффициента несинусоидальности кривой напряжения, основанный на подавлении первой гармоники при помощи заграждающего фильтра, на выходе которого включен вольтметр, измеряющий действующее значение всех гармоник, кроме первой. Затем тем же вольтметром помимо фильтра измеряется исследуемое напряжение и по их отношению находят коэффициент несинусоидальности [1]
Недостатком способа является его значительная погрешность (до 10%).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ оценки коэффициента несинусоидальности, основанный на переводе исследуемой кривой напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с шагом квантования в набор числовых значений, который при помощи ЭВМ подвергается быстрому анализу Фурье [2]
Однако данный способ требует использования специальной ЭВМ, выполняющей вычисления по сложному алгоритму.

Цель изобретения упрощение схемы и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе оценки коэффициента несинусоидальности кривой напряжения измеряется период T кривой напряжения и мгновенные значения напряжения U(t) в течение полупериода, затем производят расчет амплитуды A эквивалентного напряжения по формуле

после чего вычисляют коэффициент несинусоидальности в процентах по формуле

где T период кривой напряжения;
t текущее значение времени, находящееся в интервале
T/2≥t≥0;
u(t) мгновенное значение напряжения в момент t;
π - число, π=3,1415.
На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ оценки коэффициента несинусоидальности, на фиг.2 эпюры сигналов на элементах схемы, на фиг. 3 алгоритм вычисления коэффициента искажения синусоидальности напряжения.

Устройство для реализации способа содержит шину 1 исследуемого напряжения, шину 2 ПУСК, АЦП 3, блок измерения периода 4, блок памяти 5, вычислитель 6, блок индикации 7, диод 8.

АЦП и блок измерения периода являются измерительным органом устройства. АЦП формирует коды мгновенных значений исследуемого напряжения. Блок измерения периода вырабатывает код, характеризующий период измерения, а также управляет записью кодов мгновенных значений напряжения в блок памяти. Вычислитель рассчитывает коэффициент искажения синусоидальности по заложенному в его память алгоритму и выводит результат вычислений на блок индикации.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

На шину 1 подается исследуемое напряжение u(t), положительная волна которого пропускается диодом 8 на входы АЦП 3 и блок измерения периода 4. После подачи сигнала на шину 2 ПУСК схема приводится в исходное состояние. Сигналом X4 (1) низкого уровня с четвертого выхода блока 4 измерения периода вычислитель 6 переводится в режим ожидания, освобождая шину адреса блока 5 памяти. С приходом положительной полуволны исследуемого напряжения u(t) напряжение поступает на вход АЦП 3 и на его выходе появляется код K_н, пропорциональный уровню входного сигнала u(t). Одновременно с появлением положительной полуволны напряжения u(t) по ее фронту формируется первый код адреса X4(2), поступающий с второго выхода блока 4 измерения периода на адресную шину блока 5 памяти, а с первого выхода блока 4 подается сигнал X4(1) на вход записи блока 5 памяти. С выхода АЦП 3 в блок 5 памяти по первому адресу будет записан код K_н(1) первого мгновенного значения напряжения u(t). Очередные коды K_н(i) мгновенных значений напряжения будут записаны по соответствующим i-м адресам сигналами X4(1), поступающими с первого выхода блока 4 измерения периода на вход записи блока памяти 5 через фиксированные промежутки времени T₃. Процесс записи мгновенных значений будет продолжаться до момента окончания положительной полуволны.

За это время в блок памяти 5 будут записаны K_т кодов K_н(i) мгновенных значений напряжения u(t)

где T период исследуемого напряжения;
T₃ период выборки.

По заднему фронту положительной полуволны напряжения u(t) прекращается поступление импульсов X4(1) с первого выхода блока 4 на вход записи блока 5 памяти, снимаются сигналы с разрядов второго выхода X4(2), освобождая адресную шину блока 5, а на третьем выходе блока 4 появляется код K_т числа выборок мгновенных значений напряжения, который в соответствии с формулой (1) может характеризовать период исследуемого напряжения:
T 2•T₃•K_т.

Одновременно на четвертом выходе блока 4 измерения периода появляется сигнал X4(4), приводящий в активное состояние вычислитель 6, который численным методом производит вычисление коэффициента искажения кривой напряжения u(t) в процентах по формуле (2).

Исходными данными для вычислений служат код K_т числа выборок (периода), присутствующий на втором входе вычислителя 6, и коды K_н(i) мгновенных значений напряжения, которые выбираются из блока 5 памяти при подаче i-го адреса с первого выхода вычислителя 6 на адресную шину блока 5 и сигнала на вход считывания с второго выхода вичислителя.

Вычисление интегралов, входящих в выражения (1) и (2), возможно многими известными способами. При использовании метода трапеций алгоритм вычислений имеет вид, представленный на фиг.3.

Поскольку мгновенное значение напряжения в момент i-й выборки определяется по формуле
u(t)=ΔU•K_н(i), (5)
то интеграл, входящий в выражение (1) и знаменатель выражения (2), подсчитывается по формуле

или
S=ΔU•T₃•S₁, (7)
где

ΔU шаг квантования напряжения.

Тогда амплитуда эквивалентной синусоидальной кривой с учетом выражений (4) и (7) может быть определена по формуле

где

Момент времени, соответствующий i-ой выборке, определяется выражением
t T₃•i.

Интеграл, стоящий в числителе выражения (2), может быть заменен алгебраической суммой и с учетом соотношений (4), (5), (9) и (11) представлен в виде

или
Q=ΔU•T₃•Q₁, (13)
где

Окончательная формула для вычисления коэффициента искажения синусоидальности напряжения получена из выражения (2) на основании соотношений (6) и (7), (12) и (13):

После выполнения расчетов в соответствии с алгоритмом (фиг.3) по формуле (15) вычислитель 6 выдает результат в процентах на блок индикации 7, освобождает адресную шину блока 5 памяти и переходит в режим ожидания.

Следовательно, описанное выше устройство позволяет реализовать предлагаемый способ оценки коэффициента несинусоидальности кривой напряжения.

Экспериментальные исследования, проведенные на передвижных электроагрегатах пяти типов различных мощностей, показали, что абсолютная погрешность данного способа составляет не более 0,3 пункта.

Таким образом, предлагаемый способ оценки позволяет оценивать коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в диапазоне от 0,1 до 100% с абсолютной погрешностью до 0,3 пунктов.

Способ оценки коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения относится к импульсной технике и может использоваться для оценки показателей качества электрической энергии передвижных генераторов переменного тока. Сущность изобретения заключается в определении на полупериоде переменного напряжения фиктивного значения амплитуды этого напряжения с последующим "идеальным" генерированием математической функции напряжения сети и сравнением по модулю с действительным напряжением сети. В описании приведены алгоритмы вычислительных операций. 3 ил.

Способ оценки коэффициента несинусоидальности кривой напряжения, отличающийся тем, что измеряется период Т кривой напряжения и мгновенные значения напряжения U(t) в течение полупериода, затем производят расчет амплитуды А эквивалентного напряжения по формуле

после чего вычисляют коэффициент несинусоидальности в процентах по формуле

где Т период кривой напряжения;
t текущее значение времени, находящееся в интервале T/2 ≥ t ≥ 0;
U(t) мгновенное значение напряжения в момент t.