Анализатор колебаний напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к измерительной технике и- может быть использовано в анализаторах размахов колебаний изменяющихся во времени величин напряжений, токов, частоты сети. Известен многоуровневый анализатор выбросов и провалов напряжения содержащий пороговые элементы, диф ференциатор, формирователь, элементы совпадений, счетчики flj. : i . Однако этот анализатор фиксирует лишь максимальные и минимальные эка чения напряжения, а не размахи коле баний. Известно устройство для измерени перепадов амплитуды переменного напряжения, содержащее усилители, i нуль-орган, фиксатор уровня напряжения , пиковые детекторы, ключи, -эмиттерные повторители. С2 . ® Недостатком данного устройства является отсутствие избирательности перепадов напряжения по скорости изменения огибающей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является анализатор колебаний напряжения, со держащий аналого-цифровой преобразо ватель, четыре регистра, два вычитателя, генератор тактовых импульсов, блок сравнения кодов, распределитёль по уровню, блок счетчиков и блок определения направ ления и дальности изменений ЗЗ. Недостатком известного устройства является, его низкая точность и достоверность при анализе быстроизмекяющихся напряжений, так как при скорости изменения напряжения, превкаиающей процент номинального напря жения в секунду, скачки кода на выкоке аналого-цифрового преобразователя, вызванные случайной составляю щей погрешности, идентифицируются устройством как колебания напряжения, а это приводит к резкому увеличению удельного веса колебаний,. имекадих незначительный размах, в ре зультатах анализа, и к искажению этих результатов. Целью изобретения.является повы.шение точности и достоверности анализа размахов колебаний при их измерении. Поставленная цель достигается те что в анализатор колебаний напряжения, .содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого соед нен с входной шиной устройства, а выход через первый регистр .оединен с входами второго, третьего: регист ров и первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом третьего регистру, а вы-код - с первьгм входом первого блока сравнения кодов, второй и третий йходы которого соединены с шинами /(опусковых сигналов, а первый и второй выходы - с первым и вторым : (входами блока определения направ:ления и длительности измерений, синхронизирующий вход которого соединен ,с выходом генератора тактовых импульсов и синхронизирующими входами аналого-цифрового преобразователя,первого и третьего регистров, а .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 третьег.о регистра соединен с входЬм четвертого регистра через пятый 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 подключены к четырем входам допусковых сигналов второго блока сравнения кодов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выхода- 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 - с. выходом третьего вычитателя, входы которого соединены с выходами первого и пятого регистров На чертеже пр1 ведена блок-схема анализатора колебаний напряжения Анализатор колебаний напряжения содержит аналого-цифровойпреобразователь 1, регистры 2-6, вычитатели 7-9, распределитель 10 кодов-по уровню, блок 11 счетчиков, блоки 12 и 13 сравнения ко.дов, блок 14 формирования 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, элементы 34-37 ИЛИ, элементы 38 и 39 задержки и.счетчик 40. Входная шика через аналого-цифровой преобразователь 1 и регистр 2 подключена . к входам регистров 3 п 4. ВЕДХОД регистра 4 через регистры 5 н б

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, йлходы регистров 2 и 4 через Вычитатель 8 подсоединены к входу блока 12 сравнения кодов, входы 41 и 42 которого соединены с шинами допуска (УПд), (-VT-л), где V скорость изменения напряжения, Т период дискретизации, Д - откпоне|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 выходами 49 и 50 блока 13 и подключены к первому и второму входу блока 17. Выходы 51-53 блока 13 соединены соответственно, 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 5457 блока 17 подключены соответственно к входам синхронизации регистров 3 и б, Jраспределителя 10, к входу сброса счетчика 15 и входу синхронизации регистра 5.

Блок 17 определения направления и длительности изменений может быть выполнен -f например, следующим образом. Первые входы элементов 18-29 совпадений подключены к выходу генератора 16 . Первый вход блока 17, подключенный к выходу 49 блока 13, v соединён с вторыми входами элементов 18-20. Второй вход блока 17, подкрюченный 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 инвертирующим входом элемента 24 совпадений, и четвертый вход блока 17, подключенный к выходу 52 блока 13, соединен с вторым прялим 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 элемента 27 совпадений. . Выходы элементов 20 я 24f 25 и 23 совпадений соответственно объединены и подключены

к входам установки в

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 совпа- 5

дений и присоединен к инверсному выходу триггера ЗЛ Выходи элементов 18 и 21 совпадений объединены и присоединены к счетным входам триггеров 32 и 33, к первым входам элементов 34 и 37 через элемент 39 задержки - к первым входам .элементов 35 и 36 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 под- ; ключен к счетному входу счетчика 40, выход переполнения которого под- ; ключен 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 третий вход - к выходу элемента 28 совпадений. Выход элемента 38 задержки соединен с входами установки в О 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 33 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 - к выходу 55 блока 17, выход элемента 34 ИЛИ к выходу 56 блока 17, выход элемента 37 ИЛИ - к выходу 57 блока 17. Выход элемент.а 27 совпадений присое-f динен к третьему входу сброса счетчика.40. i

Анализатор колебаний напряжения позволяет определить плотности рас- пределения размахов колебания. Под . размахом колебания напряжения tfV понимается разность между максималь- ным и минимальным значениями огибаю щей напряжения на участке, где скорость ее изменения не менее V-0, В/С, где и„д( - номинальное значе- i ние напряжения, причем если интер- .вал времени между концом предыдуаде- ; го и началом последующего изменений происходящих в одинаковом направлении со скоростью больше V, меньше чем At н 40 м с, то такие изменения считываются как одно колебание.

Принци.п действия устройства основан на том, что фиксируется код входного сигнала х|, в момент начала анализа колебания, а затем приращения входного сигнала относительйо XJI сравнивается с уровнями () , (Vt-r4) , (), (-Vt-д), которые линейно возрастают или убывают, с

момента фиксации кода X. При этбм, если входной сигнал, например, возрастает и пересекает уровень Vt+u, то фиксируется момент начала колебания , и момент возможного окончания колебания Х, соответствую- 5 щий значению сигналов в MOVKHT его пересечения с уровнем Vt+4, а точка Х принимается за новый момент начала колебания. Если входной сигнал пересекает уровень , то скорость 10 изменения Сигнала считается меньше V, и начало и конец колебаний не фиксируется, а точка пересечения сигналом уровня Vt-л принимается за новое начало анализа колебаний. Ее- 5 ли было зафиксировано возможное окончание Х и следующее изменение : также идентифицировалось как .колеба-: ние, происходящее в том же направлеНИИ, то в качестве возможного окон- чания колебания Х принимается последнее пересечение входным сигналом уровня Vt+д. Если же начало и возможное окончание колебания были зафиксированы, а в следующем интер- «, вале анализа колебание зафиксировано не было, то в качестве окончания колебания принимается последнее за.фиксированное возможное окончание колебания, а точка пересечения сигналом уровня Vt- принимается на но- 30 вре начало анализа колебания. Аналогично устройство работает и при убывании Ьигнала.

Аналого-цифровой преобразователь 1 преобразует входное напряжение в 35 код, при этом, если измеряются колебания напряжения однофазной сети, то преобразуются действующие значения фазных напряжений, если измеряются 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- jj нератор 16 фор «1Ирует 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 1-го импульса с выхода генератора 16, в регистре 2 будет код Х, соответствукяций текущему значению входной величины U, а в регистре .4 будет ход Х., соответ- 55 ствукхций .ее предыдущему значению. Коды Х и Х, поступают на входы вычитателя 8, с выхода которого снимается код

, X,- - х ,60.

соторый поступает на блок 12 сравнешя кодоа. На другие входы блока 12 юступают , равные. УТ+Л и -VT-Л, которые- соответствуют минимальному приращению входного напряжения, не- j

обходимого для идентификации колебания с учетом допус гимой погрешности преобразователя 1.

В регистрах 5, 3, 6 фиксируются коды, рсвные величине входного сигнла в момент начала анализа колебани x{i, возможного оконча,ния колебания Х и начала колебания Х свответственно.

На выходе 54 блока 17 формируется сигнал в момент фиксации возможного окончания колебания Х,, при этом код Х из регистра 2 переписывается и регистр 3. На выходе 55 блока 17 формируется сигнал в момент фиксации начала колебания, при этом код х|, соответствукадий началу анализа колебания, принимается за начало колебания Х, и фиксируется в регистре 6. .На выходе 56 формируется сигнал в момент окончания колебания.. Тогда из кода Х, в регистре 3 вычитается код Х в регистре 6 в вычитателе 7, а их разность, соответствующая размаху колебания напряжения

сГи 1Хц - Хц ,

поступает в распределитель 10. Распределитель 10 КОДОВ по уровню срав нивает поступающий на его вход код ffU с рядом фиксированных значений,. при этом на одном из 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 х|,, при этом код K..L из регистра 4 переписывается в регистр 5, а счетчик 15. устанавливается в состояние О.

Коды Xj из регистра 2 и Хц из регистра 5 поступают на входы вычитателя 9, с выхода которого снимается код

дх х|,

соответствующий приращению сигнала за время анализа. Этот код поступает на вход блока 13 сравнения кодов на входы 43-46 которого поступают соответственно кодил (VT 2+д) , (VTE-Л) (-VTK.-1-л), (-VTE-Д), где I - выходно код счетчика 15. Величина ЕТ определяет, длительность временного интервала от начала момента анализа колебания до текущего г-го момента времени.

Если величина ЛХ больше УТ2-ьл,то на выходе 49 блока 13 будет логическая единица, а на остальных его выходах - логический нуль. Если дХ меньше - VT В-л, то на выходе 50 будет логическая 1. Если 4Х меньше VTE+a, но больше У72-Л, то на выходе 51 будет логическая единица. Если ДХ больше -VTE-Л/ но меньше -VTl+.a,-то на вьгходе 52 будет логическая единица. Если дХ меньше VTE-л, но больше -VTE+Д, то на выходе 53 будет логическая единица. В исходном состоянии в регистре хранится код Х, в регистре 4 код Х, в регистре. 5 - код х}, состояние регистров 3 и 6 произволь ное, триггеры 31-33 и счетчики - 15 и 40 находятся в состоянии О. riyc входной сигнал возрастает и остается в зоне между допусками (Vt-л) и (Vt+4). Сначала, когда входной сигнал не вышел за пределы треугольника, образованногс вертикальной линией, проходящей через х и допусками li/t-д) и ), состояние элементов блока 17 остается неизменным. Так как все элементы 18-26, 28-30 совпадений закрыты, то импульсы генератора 1б, 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 состо 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+Д), но остается ниже уров ня (Vt-1-д) на выходе 51 блока 13 появляется логическая единица элемент 25 открывается и триггер 33 устанав Этим опливается в состояние ределяется направление возможного и менения сигнала. Низкий потенциал н инверсном выходе одного из триггеро 32 и 33 закрывает элементы 20,23-25 тем самым препятствуя установлению нового направления изменения входного сигнала. I . .. Если ьходной сигнал пересекает уровень (Vt-t-Д), то на выходе 49 блока 13 появляется.логическая един ца, элемент 19 открывается. Выходно сигнал элемента 19 устанавливает тр гер 31 в состояние 1 (состояние выхода триггера 31 изменяется после окончания тактового импульса), проходит через элементы 30 и 36 на вход синхронизации регистра 6, в ко .тором фиксируется код Х,, соответст вующий началу колебания. Этот сигнал проходит через элемент 35 на вход синхронизации регистра 2, в котором фиксируется код Х возмож ного окончания колебания. Выход эле мента 35 соединен через .элемент 37 с входом синхронизации регистра 5 и входом сброса счетчика 15. Поэтому в регистре 5 фиксируется новое значение кода Хц, соответствующее нача лу анализа, а счетчик 15 сбрасывае ся в состояние О Если входной сигнал продолжает далее возрастать, то при пересеении уровня (Vt+Д) фиксируется новое значение кода Х и Х,(код Х зменяться не будет, так как элемент 30 заблокирован низшим потенциалом на инверсном выходе триггера . 31). Если в процессе изменения сигнал пересекает уровень (Vt-Л), в том участке, где он больше,чем (-Vt-л}, на выходе 53 блока 13-появляется логическая единица, которая ткрывает элемент 26 и закрыват элемент 27 (элемент 2В закрыт низким потенциалом на выходе триггера 31). При этом тактовые импульсы генератора 16 поступают, на счетный вход счетчика 40. Если переполнение счетчика не наступило, а сигнал снова стал больше допуска (Vt-Л), TQ 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-л) , то открывается элемент 29 ц его выходной сигналчерез элементы 34 и 37 поступают На входь синхронизации распределителя 10 и регистра 5. При этом фиксируется величина размаха колебания напряжения, равная разности кодов в регистрах 3 и 6 и новое начало анализа .колебания Х, счетчик 15 устанавливается .в состояние О. Кроме того; сигнал с выхода элемента 29 проходит через элемент задержки 38 и устанавливает триггеры 31-33 и счетчик 40 в состояние О. После этого цикл работы устройства начинается сначала. Если в начале анализа не было зафиксировано начало колебания, т.е. триггер 31 остался в состоянии О, то при пересечении входным сигналом. уровня (Vt-л) логическая единица на выходе 53 блока 17 открывает элемент 28, входной сигнал которого через элемент 37 поступает на вход синхронизации регистра 5. При этом зафиксируется новое число анализа xj. Если в процессе изменения сигнала появляются резкие скачк-и, такие что VT+Д, 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, 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 Хц, Х| и XH

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..