Статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R23/16 

второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя уровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-десятичного счетчика, третий - с тактовым входом двоично-десятичного счетчика, четвертый - с управляющим входом оперативного запоминающего устройства, пятый - с входом установки нуля четвертого триггера.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР УСЛОВНОЙ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .РАЗМАХОВ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, . распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, второй регистр, элементы И и ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоичнодесятичный счетчик, двоичный счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами и числовой компаратор, первая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра, выходы числового компаратора соединены с установочными входами первого триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами первого и второго одновибраторов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входом первого регистра и входом установки единицы второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля двоичного счетчика и через четвертый одновибратор - с входом установки единицы третьего триггера, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда двоичного счетчика, выходы старших разрядов этого счетчика через второй регистр соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятично«Л го счетчика, выходы которого соединены с информационными входами оперативного запоминающего устройства, инверсный выход второго одновибратора соединен с тактовым входом двоичного счетчика, прямой выход второго одновибратора соединен с входом установки нуля счетчика контроля просо ю изводной напряжения, тактовьп вход которого связан с выходом генерато4ib ра прямоугольных импульсов и тактоiNd вым входом распределителя уровней, оо а выход соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ связан с вторым. входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор - с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом

t

И:3обретение относится к информационно-измерительной и вьмислительной технике и может быть использовано в электроэнергетике для получения условной функции распределения размахов колебаний напряжения в промьшленных электрических сетях,

Иэвесте/i анализатор колебаний напряжения, содержащий дифференциатор, устройство формирования модуля, управляющее и измерительные пороговые устройства, элементы И и ИЛИ, триггер нулевого канала, элемент задержки, распределитель уровней, к выходам которого подключены триггервые счетчики импульсов С 1 .

Недостатками анализатора являются низкая надежность схемы, низкая помехоустойчивость из-за наличия дифференциатора, значительная методическая погрешность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является анализатор колебаний напряжения, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, второй регистр, элементы: И и ИЛИ подключенные к входам триггера и второго регистра С23.

Недостатками этого анализатора являнзтся сложность и громоздкость схемы, а также низкая надежность.

Цель изобретения - повьшение надежности

Поставленная цель достигается тем что в статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения

в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, счетчик конт5 роля производной напряжения, триггеры, регистры, элементы И и ИЛИ, дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик с возможностью предQ варительНой записи информации, двоичньй счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами, числовой компаратор, первая группа входов которого под5 ключена к выходам аналого-цифрового преобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра, выходы числового компаратора соединены с установочными вхрдами -перво0 го триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого .соединен с входами первого и второго одновибратопов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входом первого регистра и входом установки единицы второго триггера, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля двоичного счетчика и через четвертьй одновибра0 тор - с входом установки единицы третьего триггера, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда двоичного счетчика, выходы старших разрядов этого счетчи5 ка через второй регистр соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятичного счетчика,

40 выходы которого соединены с информа. ционными входами оперативного запоминающего устройства, инверсньй выход второго одновибратора соединен с тактовым входом двоичного счетчика, 45 прямой выход второго одновибратора

соединен с входом установки нуля счетчика контроля производной напряжения, тактовый вход которого связан с выходом генератора прямоугольных импульсов и тактовым входом распределителя уровней, а выход соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ свя1зан с вторым входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор - с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя уровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-десятичного счетчика, третий - с тактовым входом двоично-десятичного счетчика, четвертыйс управляющим входом оперативного запоминающего устройства пятый - с входом установки нуля четвертого триггера.

На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора; на фиг. 2 - графики напряжений на его элементах.

Анализатор содержит преобразователь 1 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, регистры 3 и 4, числовой компаратор 5, двоичный счетчик 6, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7, двоично-десятичный счетчик 8 с возможностью предварительной записи информации, первый и второй элементы ИЛИ 9 (со статическими входами) и 10 (с динамическими входами), одновибраторы 11-14, триггеры 15-18, инвертор 19, элемент И 20, генератор 21 прямоугольных импульсов, счетчик 22 контроля производной напряжения, распределитель 23 уровней (РУ).

.Вход преобразователя 1 подключен к входной клемме анализатора, а выход соединен с входом АЦП 2, выход которого соединен с первой группой входов числового компаратора 5 и через регистр 3-е второй группой входов компаратора 5, выходы которого соединены е установочными входами триггера 1-5 и входами элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с входами одновибраторов 11 и 12, инверсный выход одчовибратора 11 соединен

с управляющим входом регистра 3 и входом установки единицы триггера 16, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля счетчика 6 и через одновибратор 14 - с входом установки единицы-триггера 17, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда счетчика 6, выходы старших разрядов которого через регистр 4 соединены с информа5 ционными входами ОЗУ 7, выходы которого соединены с информационными входами счетчика 8, выходы которого соединены с информационными входами ОЗУ 7, инверсный выход одновибрато0 ра 12 соединен с тактовым входом счетчика 6, прямой выход одновибратора 12 соединен с входом установки ну- ля счетчика 22, тактовьш вход которого связан с выходом генератора21 и тактовым входом РУ 23, а выход соединен с третьим входом элемента ИЛИ 10, первый и второй входы которого подключены к выходам триггера 15, выход элемента ИЛИ 10 связан с вторым

0 входом элемента И 20 и через последовательно соединенные инвертор 19 и одновибратор 13 - с входом установки нуля триггера 16, инверсный выход триггера 17 соединен с первым входом

5 элемента И 20, выход которого соединен с управляющим входом регистра 4 и с входом установки единицы триггера 18, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распре0 делителя 23, выходы которого соединены соответственно: второй - с управляющим входом счетчика 8, третий с тактовым входом счетчика 8, четвертый - с управляющим входом ОЗУ 7,

5 пятьм - с входом установки нуля триггера 18.

Групповые, многоканальные связи между элементами на фиг. 1 показаны 0 утолщенной линией, единичные - тонкой .

Анализатор выполнен п - канальным (где п - число уровней анализа, рав55 ное числу разрядов искомой функции распределения размахов колебаний напряжения) .

Анализатор работает следующим образом.

5109

В npijuecce анализа входное напряжение и поступает на вход АЦП 2. В регистре 3 хранится число, соответствующее разряду АЦП 2, внутри которого находится исследуемое напряжение. Например, в момент времени t ,, при котором входное напряжение достигает своего экстремального (минимального) значения, в регистре 3 хранится число 00011. При дальнейшем изменении напряжение И пересекает границу между третьим и четвертым разрядами АЦП 2. На выходе АЦП 2 при этом появляется число 00100, которое больше хранящегося в этот момент в регистре 3 числа 00011. В результате на первом вьжоде числового компаратора 5 появляется единичное напряжение, которое, проходя через элемент ИЛИ 9, запускает одновибраторы 11 и 12.

Появляющийся на прямом выходе одновибратора 12 импульс напряжения устанавливает счетчик 22 в нулевое состояние, причем аналогичная операция повторяется в каждой из точек перехода кривой напряжения U через границы разрядов АЦП 2,

Отрицательный импульс напряжения (т.е. кратковременно появляющийся нулевой уровень напряжения на фоне непрерывного единичного) с инверсного выхода одновибратора 12 прикладывается к тактовому входу счетчика 6, однако последний не изменяет своего нулевого состояния, поскольку к его входу установки нуля приложено единичное напряжение с инверсного выхода триггера 16.

С некоторой задержкой после этого заканчивается отрицательный импульс одногшбратора 11 и по его заднему фронту опрокидывается триггер 16 в единичное состояние (в результате единичное напряжение снимается с вхо да установки нуля счетчика 6)„ а также происходит запись числа 00100 в регистр 3, что вьфавнивает коды на первом и втором входах компаратора 5 и, соответственно, снимает единйчное напряжение с его первого выхода.

При дальнейшем нарастании напряжения и на выходе элег- ента 1ШИ 9 появляется единичный импульс и запускает

однови Зраторы 11 и 12.В этом случае импульс с прямого выхода одновибратора 12 устанавливает в нулевое состояние не успевший заполниться счетчик 22 контроля производной напряжения,а импульс с ин

6

вареного выхода одновибратора 12 увеличивает содержимое счетчика 6 на единицу - оно становится равным 00001.

Появляющееся на выходе разряда счетчика 6 единичное напряжение прикладывается к входу установки нуля триггера 17 и переводит его в нулевое состояние (единичное напряжение с инверсного выхода триггера 17 прикладывается к первому входу элемента И 20) .

Дальнейшее нарастание напряжения и сопровождается срабатыванием одновибратора 12 и увеличением каждый раз содержимого счетчика 6 на единицу.

В момент прохождения напряжением и очередного экстремума - максимума в регистре 3 хранится число 00111, а в счетчике 6 - число 00011.

После прохождения экстремума снова происходит смена кода числа на выходе АЩ 2. На его выходе появляется число 00110, которое меньше хранящегося в регистре 3 числа.00111. В результате единичное напряжения появляется на втором выходе компаратора 5, переводя в единичное состояние триггер 15, единичное напряжение прямого выхода которого прикладывается к первому входу элемента ИЛИ 10. На выходе последнего при этом появляется короткий импульс напряжения, который, проходя через элемент И 20, опрокидывает в единичное состояние триггер 18, а также воздействует на управляющий вход записи регистра 4. При этом с выходов четырех старших разрядов счетчика 6 в регистр 4 записывается число 0001.

После окончания импульса на выходе элемента ИЛИ 10 на выходе инверТора 19 появляется единичное напряжение, которое запускает одновибратор 13, устанавливающий своим ко- ротким выходным импульсом триггер 16 в нулевое состояние. Последний, в свою очередь, единичным напряжением с инверсного выхода обнуляет счетчик 6 и, запуская одновибратор 14, устанавивает в единичное состояние триггер 17„

С некоторой задержкой после момента tg отрицательный импульс одновибатора 11 своим задним фронтом вновь возвращает триггер 16 в единичное состояние. Однако импульс с инверсного выхода одновибратора 12, запусаемого элементом ИЛИ 9, не засчиты710вается счетчиком 6, поскольку процесс накопления информации о расшифрованном на интервале , колебани напряжения Начинается в момент време ни tt и осуществляется распределителем 23 уровней. Начиная с момента tg с выходов ре гистра 4 к адресным входам ОЗУ 7 прикладывается код 0001, соответствующий второму разряду измеряемого статистического распределения размахов колебаний напряжения. В момент бремени t очередной импульс генератора 21 переводит распре делитель 23 в состояние, при котором единичное напряжение появляется на его втором выходе, связанном с входом управления записью счетчика 8. При этом в счетчик 8 записывается число, накопленное в результате предыдущего анализа и хранящееся в ОЗУ по адресу второго канала 0001. При поступлении следующего импуль са генератора 21 (в момент времени ц на вход РУ 23 на третьем выходе последнего, связанном с тактовым входом счетчика 8, появляется импульс, который увеличивает содержимое счетчика на единицу.. При следующем срабатывании распределителя 23 (в момент времени to) .появляющееся на его четвертом выходе единичное напряжение управляет за писью в ОЗУ 7 из счетчика 8 по тому же адресу 0001 увеличенного на едини цу числа. Появление в момент времени t еди ничного импульса напряжения на пятом выходе РУ 23 приводит к установке триггера 18 в нулевое состояние, в результате чего распределитель 23 в свою очередь, также устанавливаетс в нулевое состояние - единичное на пряжение появляется на его первом выходе, который остается свободным. В течение колебания напряжения, протекающего на временном интервале между соседними экстремумами t -t счетчиком 6 засчитываются два импульса одновибратора 12 и его содержимое становится равным 00010. На интервале времени кривая U(t) имеет пологий участок с производной напряжения сети, равной нулю. Однако два изменения напряжения на интервалах иt, расщифровываются анализатором как одно колебание на интервале 8 поскольку, с одной стороны, средняя производная напряжения сети u на участке кривой U(t) больше 1%/с, а, с другой стороны, интервал t, -t меньше 4t-. После окончания этого колебания напряжения на единицу увеличивается содержание канала блока памяти устройства также с адресом 0001. Процесс накопления информации в этом случае начинается в момент времени t после переполнения счетчика 22, что свидетельствует об уменьшении модуля производной напряжения сети ниже 1%/с и прохождении управляющего сигнала через элементы ИЛИ 10 и И 20 анализатора . На пологих участках кривой U(t), имеющих /U(t) (например, на участке , происходит поочередное переключение триггера 16 вначале в единичное состояние (в моменты пересечения кривой U(t) границ разрядов АЦП 2), а затем - в нулевое (после переполнения счетчика 22 через время t) . Триггер 17 при этом непрерывно остается в единичном состоянии, не пропуская импульсы с выхода элемента ИЛИ 10 через элемент И 20 (например, в момент времени t ), В результате накопления информации на таких участках в ОЗУ 7 анализатора не происходит. Так осуществляется накопление информации при анализе размахов колебаний напряжения - приращений напряжения между соседними экстремумами, или между экстремумами и пологими (т.е. имеющими модуль производной напряжения менее 1%/с) участками напряжения длительностью более dt, 40 мс, или межд-у соседними пологими участками длительностью более 4t,, при средней скорости изменения напряжения сети более 1%/с. Таким образом, устройством в процессе расшифровки размахов колебаний напряжения реализуется алгоритм, строго соответствующий определению колебаний по новой редакции ГОСТ 13109-67. При этом после окончания каждого колебания напряжения на единицу увеличивается содержание канала устройства, номер которого соответствует числу пересечений напряжением U в течение колебания границ разрядов АЦП 2: при пересечении двух границ увеличивается содержимое первого ка}1ала с адрсом 0000, трех или четырех910jBTOporo канала с адресом 0001, пяти или тести - третьего с адресом 0010 и т.д. После окончания времени измерения Т по содержимому ОЗУ 7 могут быть построены условные гистограммы к функции распределения размахов колебаний напряжения, интервал между которыми при изменении напряжения в одном направлении превышает период адаптации глаза мс (т.е. соот ветствующих определению колебаний напряжения), что позволяет выполнять точную оценку влияния случайных колебаний напряжения на зрение. Аппаратурная погрешность предлагаемого анализатора колебаний напряжения определяется параметрами примененного аналого-цифрового преобразователя 2 и является .весьма малой. Преимуществами предлагаемого устройства, по сравнению с известными, являются большая простота, экономичность и надежность схемы, меньтпая стоимость и потребляемая мощность элементов.

7

г

21

2

Й/г./