СЕТЕВОЙ БЛОК КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для контроля качества энергии с сохранением результатов контроля в долговременной памяти, с привязкой к дате и времени.

Из существующего уровня техники известен «Анализатор напряжения», который содержит преобразователь входного сигнала в постоянное напряжение, n разрядных регистров сдвига, n счетчиков, блок статистической обработки и блок вычисления статистических моментов, который состоит из преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код (патент РФ №2024880). Недостатками данного технического решения являются отсутствие функций измерения несинусоидальности кривой напряжения, величины импульсного напряжения, небаланса напряжения, отклонения частоты, невозможность сохранения результатов измерения в энергонезависимой памяти.

Известен также «Статистический анализатор качества и учета расхода электроэнергии». Анализатор содержит токовый входной зажим и входной зажим напряжения, счетчик электроэнергии со встроенным датчиком импульсов, преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь, регистр, цифровой блок памяти, счетчик импульсов, генератор импульсов выборки, генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов (патент РФ №2260842). Недостатками данного технического решения являются отсутствие функций измерения несинусоидальности кривой напряжения, величины импульсного напряжения, небаланса напряжения, отсутствие интерфейсов связи с внешними устройствами.

Известен также «Датчик контроля переменного напряжения», датчик содержит источник эталонного напряжения, амплитуда которого не зависит от контролируемого напряжения, а фаза отличается на угол, кратный 180, содержащий компаратор с запаздыванием срабатывания, двойной интегратор с ограничением выходного напряжения и дифференцирующую цепь, усилитель эталонного напряжения, вход источника эталонного напряжения. Используется для быстродействующего контроля исчезновения или резкого изменения сверх допуска мгновенного значения синусоидального напряжения с выдачей сигнала, свидетельствующего об этом событии (патент РФ №2095818). Недостатками данного технического решения являются отсутствие функций измерения несинусоидальности кривой напряжения, величины импульсного напряжения, небаланса напряжения, отклонения частоты, невозможность сохранения результатов измерения в энергонезависимой памяти.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Статистический анализатор качества параметров электрической энергии», который содержит преобразователь входного сигнала в постоянное напряжение, многопредельный блок сравнения, каналы, состоящие из счетчиков и коммутаторов, блок управления, блок статистической обработки, задатчик интервалов выборки и блок вычисления статистических моментов (патент РФ №2096788). Недостатками данного технического решения являются отсутствие функций измерения несинусоидальности кривой напряжения, величины импульсного напряжения, небаланса напряжения, отклонения частоты, невозможность сохранения результатов измерения в энергонезависимой памяти.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства.

Техническим результатом является возможность постоянного контроля качества электроэнергии, включающего в себя контроль напряжения по фазам A, B и C, контроль частоты напряжения, контроль напряжения аккумуляторной батареи, возможность записи во внешнюю память контролируемых параметров, возможность связи с внешними устройствами по интерфейсам RS-232 и USB.

Технический результат достигается тем, что сетевой блок контроля качества электроснабжения содержит преобразователи входного сигнала в цифровой код, выходы которых соединены с входами регистров временного хранения данных, выходы которых соединены с входами многопредельного блока сравнения сигнала с эталонным значением, выход которого соединен с входом блока управления, выход которого соединен с входом блока индикации, дополнительно в него введен блок измерения напряжения аккумуляторной батареи, выход которого соединен со схемой обнаружения аварии, блок измерения частоты синусоидального напряжения, содержащий согласователь уровня, формирователь опорного напряжения частоты, компаратор уровня, задатчик интервалов выборки, таймер-счетчик, схему сравнения с эталонным значением, блок контроллера записи в память, выполненного в виде контроллера, обеспечивающего связь с внешними устройствами по интерфейсу RS-232, интерфейсу USB, запись в модуль внешней памяти, вход которого связан также с выходом блока управления, выход которого связан также с входами контроллера интерфейса USB и контроллера интерфейса RS-232.

Блок измерения напряжения аккумуляторной батареи выполнен в виде формирователей опорного напряжения max и min уровня, соединенных с входами двух компараторов предельных уровней напряжения по нижней и верхней границам, соединенных со схемой обнаружения аварии аккумуляторной батареи, соединенных с контроллером записи в память и входом блока управления.

Блок управления выполнен в виде микроконтроллера, имеющего выходы управления на схему сравнения с эталонным значением измерения частоты синусоидального напряжения, контроллер записи в память, контроллер интерфейса USB, контроллер интерфейса RS-232, блок индикации и входы, соединенные с выходами многопредельного блока сравнения сигнала с эталонным значением.

Блок индикации выполнен в виде панели единичных индикаторов.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой на фиг.1. Сетевой блок контроля содержит:

- трансформатор напряжения (1), вырабатывающий напряжение сигнала, пропорциональное напряжению каждой из фаз;

- согласователь уровня сигнала по фазе A (3), приводит уровень сигнала к уровню, необходимому аналого-цифровому преобразователю (АЦП);

- согласователь уровня сигнала по фазе B (4), приводит уровень сигнала к уровню, необходимому АЦП;

- согласователь уровня сигнала по фазе C (5), приводит уровень сигнала к уровню, необходимому АЦП;

- аналого-цифровые преобразователи уровней фаз A, B и C (18, 19, 20);

- регистры временного хранения результата измерения (22, 23, 24);

- регистр хранения эталонных значений (29);

- схемы сравнения результата измерения с эталонным значением (26, 27, 28);

- задатчик интервалов выборки (6);

- формирователь опорного напряжения для аналого-цифровых преобразователей (7);

- блок измерения частоты синусоидального напряжения, состоящий из согласователя уровня (8), формирователя опорного напряжения частоты (9), выход которого соединен с входом компаратора уровня (15), задатчика интервалов выборки (10), выход которого соединен с входом таймер-счетчика (21), выход которого соединен с входом схемы сравнения с эталонным значением (25);

- блок измерения напряжения аккумуляторной батареи (2), состоящий из формирователей опорного напряжения max и min уровня (12, 13), соединенных с входами двух компараторов предельных уровней напряжения по нижней и верхней границам (11, 14), соединенных со схемой обнаружения аварии аккумуляторной батареи (16);

- часы реального времени (17);

- контроллер записи в память (31);

- электрически перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство (33);

- контроллер интерфейса USB (35) и интерфейса RS-232 (34);

- блок индикации (32), выполненный в виде панели единичных индикаторов;

- блок управления (30), выполненный в виде микроконтроллера, имеющего выходы управления на схему сравнения с эталонным значением измерения частоты синусоидального напряжения (25), контроллер записи в память (31), контроллер интерфейса USB (35), контроллер интерфейса RS-232 (34), блок индикации(32) и входы, соединенные с выходами многопредельного блока сравнения сигнала с эталонным значением (26, 27, 28).

Работает сетевой блок следующим образом: сигнал, пропорциональный напряжению на фазах, поступает от трансформатора напряжения (1) на согласователи уровней (3, 4, 5), представляющие собой делители напряжения, где приводится к уровню, необходимому для работы аналого-цифровых преобразователей (18, 19, 20). По сигналу, вырабатываемому задатчиком интервалов выборки (6), выполняются преобразования уровней сигнала в цифровой код, который записывается в регистры временного хранения данных (22, 23, 24). Преобразование сигналов выполняется относительно опорного напряжения, генерируемого формирователем опорного напряжения АЦП (7). Записанный цифровой код уровня сигнала сравнивается с эталонным значением, хранящимся в регистре эталонных значений (29). При выходе сигнала за допустимые уровни, определяемые ГОСТ 13109-97, контроллером записи в память (31) формируется специальная запись, содержащая дату и время, полученную от часов реального времени (17), и значения уровней сигналов, которая записывается в долговременное запоминающее устройство (33). Одновременно устройство управления формирует сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ 400 В» и сигнал «АВАРИЯ 400 В» на блок индикации (32), выполненный в виде панели единичных индикаторов. Сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ 400 В» снимается при достижении допустимых значений напряжения в сети.

Сигнал с ТН (1) поступает на согласователь уровня (8), где приводится к значению, необходимому для работы компаратора уровня (15). Компаратор уровня (15) выделяет из сигнала частотную составляющую и передает ее на таймер-счетчик импульсов (21). По сигналу задатчика временных интервалов выборки (10) таймер-счетчик (21) выполняет счет импульсов, которые сравниваются с эталонным значением (25), и при несоответствии значения допустимому значению формируют в контроллере записи в память (31) специальную запись, содержащую дату и время, полученные от часов реального времени (17), и значение измеренной частоты, которая записывается в ЭППЗУ (33). Одновременно блок управления (30) формирует сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ 400 В» и сигнал «АВАРИЯ 400 В» на блок индикации (32). Сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ 400 В» снимается при достижении допустимых значений частоты в сети.

Напряжение на аккумуляторной батарее АКБ (2) поступает на два компаратора - «Компаратор max уровня АКБ» (11) и «Компаратор min уровня АКБ» (14). На компараторах напряжение АКБ сравнивается с опорным, сгенерированным формирователями опорного напряжения (12, 13). Если напряжение АКБ меньше или больше опорного, компараторы предельных уровней напряжения по нижней и верхней границам (11, 14) выдают сигнал схеме обнаружения аварии (16). По данному сигналу блок управления (30) формирует сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ АКБ» и сигнал «АВАРИЯ АКБ» на блок индикации (32). Сигнал «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ АКБ» снимается при достижении допустимых значений напряжения АКБ. При появлении сигналов «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ 400 В», «АВАРИЯ 400 В», «ТЕКУЩАЯ АВАРИЯ АКБ» и «АВАРИЯ АКБ» блок управления (30) записывает текущие показатели уровня напряжения сети в память ЭППЗУ (33) с данными дата/время, полученными от часов реального времени (17).

Данные, сохраненные в ЭППЗУ (33), могут быть перенесены на внешнее запоминающее устройство через порт USB (35). Операция переноса данных начинается автоматически контроллером интерфейса USB (35) при подключении внешнего запоминающего устройства. Во время операции переноса данных блок управления (30) выставляет сигнал «USB», который снимается по окончании операции переноса.

Через контроллер интерфейса RS-232 (34) сетевой блок контроля качества электроснабжения может быть включен в состав внешней системы контроля и управления.

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля качества энергии. Устройство содержит трансформатор напряжения, согласователи уровня сигнала по фазам А, В и С, АЦП фаз А, В и С; регистры временного хранения, регистр хранения эталонных значений, схемы сравнения результата измерения с эталонным значением, задатчик интервалов выборки, формирователь опорного напряжения для аналого-цифровых преобразователей. Устройство также содержит канал измерения частоты, состоящий из согласователя уровня, задатчика интервалов выборки, формирователя опорного напряжения, компаратора уровня, таймер-счетчика, схемы сравнения с эталоном. Канал измерения напряжения аккумуляторной батареи состоит из компараторов уровня по нижней и верхней границе напряжения, формирователей опорного напряжения, схемы обнаружения неисправности. Также в устройстве имеется канал часов реального времени. Управляет устройством блок управления, управляющий контроллером записи в память. Данные поступают либо в электрически перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство, либо на контроллер интерфейса USB и интерфейса RS-232. Блок индикации выполнен в виде панели единичных индикаторов. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сетевой блок контроля качества электроснабжения, содержащий преобразователи входного сигнала в цифровой код, выходы которых соединены с входами регистров временного хранения данных, выходы которых соединены с входами многопредельного блока сравнения сигнала с эталонным значением, выход которого соединен с входом блока управления, выход которого соединен с входом блока индикации, отличающийся тем, что в него введен блок измерения напряжения аккумуляторной батареи, выход которого соединен со схемой обнаружения аварии, блок измерения частоты синусоидального напряжения, содержащий согласователь уровня, формирователь опорного напряжения частоты, компаратор уровня, задатчик интервалов выборки, таймер-счетчик, схему сравнения с эталонным значением, блок контроллера записи в память, выполненного в виде контроллера, обеспечивающего связь с внешними устройствами по интерфейсу RS-232, интерфейсу USB, запись в модуль внешней памяти, вход которого связан также с выходом блока управления, выход которого связан также с входами контроллера интерфейса USB и контроллера интерфейса RS-232.

2. Сетевой блок контроля качества электроснабжения по п.1, отличающийся тем, что блок измерения напряжения аккумуляторной батареи выполнен в виде формирователей опорного напряжения max и min уровня, соединенных с входами двух компараторов предельных уровней напряжения по нижней и верхней границам, соединенных со схемой обнаружения аварии аккумуляторной батареи, соединенных с контроллером записи в память и входом блока управления.

3. Сетевой блок контроля качества электроснабжения по п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде микроконтроллера, имеющего выходы управления на схему сравнения с эталонным значением измерения частоты синусоидального напряжения, контроллер записи в память, контроллер интерфейса USB, контроллер интерфейса RS-232, блок индикации и входы, соединенные с выходами многопредельного блока сравнения сигнала с эталонным значением.

4. Сетевой блок контроля качества электроснабжения по п. 1, отличающийся тем, что блок индикации выполнен в виде панели единичных индикаторов.