Анализатор сопротивлений систем промышленного электроснабжения Советский патент 1987 года по МПК G01R27/16 

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для использования в электроэнергетике с целью измерения полных сопротивлений промьшшенных электрических сетей и систем гармоническим током симметричньк составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей трехфазной системы.

Целью изобретения является увеличение точности измерения путем ис - ключения погрешностей, связанных с неидентичностью аналоговых элементов

W

и ключи 9.1 - 9.3 переноса спектра подключены к соответствуюищм входам сумматора 10, выход которого подклю чен к входам двух цепочек из последовательно соединенных ключа 13.1 (13.2) умножения, фильтра 14.1 (14 нижних частот и блока 15.1 (15.2), выходы блоков 15.1 и 15.2 через ком мутатор 16 подключены к входу анало го-цифрового преобразователя 17, вы ход которого подключен к входу блока 18. Выход одного из согласующих блоков через последовательно соединенные формирователь 3, з ножитель

IB. каналах измерения и повьшение быст- «г,- ч- 4 частоты, формирователь 7

20

30

родействия путем одновременого измерения всех составляющих сопротивления.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема анализатора, на фиг, 2 - функциональная схема формирователя сигналов переноса спектра, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу формирователя сигналов переноса спектра, на фиг.4- 25 функциональная cxeNsa блока управления .

Анализатор содерлшт два ид,ентич- ных канала 1.1, 1.2, согласующие блоки (аттенюаторы) 2.1 - 2.3 Для приведения и преобразования величин фазных напряжений и токов исследуемой системы электроснабжения -к более у удобным для дальнейшей обработки ве личинам напряжений (например +10 В), формирователь 3 напряжения одной (любой) фазы напряжения сети прямоугольных импульсов в моменты перехода напряжения этой фазы через нуль, умно- житель 4 частоты с .постоянным коэффициентом умножения, управляемьц умножитель 5 частоты с переменным коэффициентом умножения, за,|Цатчик 6 номера гармоники, формирователь 7 сигналов переноса спектра, переключатель 8, ключи 9.1-9 г 3 электронные аналоговые для переноса спектров, сумматор 10, фильтр 11 нижних частот, формирователь 12 опорных напряжений, ключи умножения 13.1, 13.2,. электронные аналоговые фильтры 14.1 и 14.2 нижних частот, блоки 15.1 и 15.2 выборки запом1-гнания, коммутатор 16 ансшоговый электронный, аначастоты, формирователь / сигналов переноса спектра и переключател 8 подключен к управляющим входам кл чей 9.1-9.3 переноса спектра, кроне того, выход формирователя 3 через последовательно соединенные управ- шяемый умножитель 5 частоты, формирователь 12 опорных напряжений подключен к управляющем входам ключей 13.1 и 13,2 умножения.

Формирователь сигналов переноса спектра содержит двоичный счетчик 21 и постоянный запоминающий блок 2 В исходном состоянии переключате лем 8 устанавливается чередование фаз выходных напряжений формировате ля 7 сигналов переноса так, чтобы

X . -

оно соответствовало требуемой симмет рической составляющей трехфазной си темы. Для прямой последовательности 3-5 чередование фаз , обратной 40

А-С-В, нулевой А-А-А. Задатчиком б устанавливается номер гармоники , на которой производится измерение полного гармонического сопротивления. При этом задатчик 6 воздейству ет на управляемый умножитель 5 частоты, так, что частота прямоугольны импульсов на его выходе соответству ет частоте требуемой гармоники. 45 I

Анализатор работает следующим об разом.

Несинусоидальные фазные напряжения, имеющие место на зажимах пита- 50 ния нелинейной и несимметричной нагрузки, и фазные токи, потребляемые этой нагрузкой, из исследуемой системы электроснабжения подаются на входы идентичных каналов 1.1, 1.2.

лого-цифровой преобразователь 17, вы- прохоясдения через согласующие числительный блок 18, блок 19 инди- . блоки 2.1 - 2,3 нормированные уров- кации и блок 20 управления. Входы ни этих напряжений и токов поступают устройства через последовательно сое- на входы ключей 9.1 9.3 переноса диненные согласующие блоки 2.1-2.3 .спектра. Одновременно с этим форг-га

и ключи 9.1 - 9.3 переноса спектра подключены к соответствуюищм входам сумматора 10, выход которого подключен к входам двух цепочек из после . довательно соединенных ключа 13.1 (13.2) умножения, фильтра 14.1 (14.2) нижних частот и блока 15.1 (15.2), выходы блоков 15.1 и 15.2 через ком-, мутатор 16 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого подключен к входу блока 18. Выход одного из согласующих блоков через последовательно соеди,- ч- 4 частоты, формирователь 7

частоты, формирователь / сигналов переноса спектра и переключатель 8 подключен к управляющим входам ключей 9.1-9.3 переноса спектра, кроне того, выход формирователя 3 через последовательно соединенные управ- шяемый умножитель 5 частоты, формирователь 12 опорных напряжений подключен к управляющем входам ключей 13.1 и 13,2 умножения.

Формирователь сигналов переноса спектра содержит двоичный счетчик 21 и постоянный запоминающий блок 22. В исходном состоянии переключателем 8 устанавливается чередование фаз выходных напряжений формирователя 7 сигналов переноса так, чтобы

X . -

оно соответствовало требуемой симмет- рической составляющей трехфазной системы. Для прямой последовательности чередование фаз , обратной 0

А-С-В, нулевой А-А-А. Задатчиком б устанавливается номер гармоники , на которой производится измерение полного гармонического сопротивления. При этом задатчик 6 воздействует на управляемый умножитель 5 частоты, так, что частота прямоугольных импульсов на его выходе соответствует частоте требуемой гармоники. 5 I

Анализатор работает следующим об- разом.

Несинусоидальные фазные напряжения, имеющие место на зажимах пита- 0 ния нелинейной и несимметричной нагрузки, и фазные токи, потребляемые этой нагрузкой, из исследуемой системы электроснабжения подаются на входы идентичных каналов 1.1, 1.2.

рователь 3 формирует импульсы в моменты перехода через нуль напряжения на выходе согласуюп1его блока 2.1-2.3

Частота следования этих импульсов умножается в умножителе 4 в требуемое число раз. Выходные импульсы умножителя 4 поступают на вход формирователя 7 сигналов, где из этой последовательности формируется трехфазная симметричная система прямоугольных импульсов (скважность этих импульсов равна 2, меандр), которая через переключатель 8 (предваритель- но установленный) управляет ключами 9.1-9.3 перено са спектра.Одновременно с этим частота прямоугольных импульсов с выхода формирователя 3 умножается управляемым умножителем 5 и поступает на вход формирователя 12 опорных напряжений, который формирует на выходе две взаимно ортогональные (сдвинутые одна относительно другой на 90 ) последовательности пря- моугольных импульсов.

Выходные .напряжения ключей 9.1 - 9.3 представляют собой преобразованные фазные напряжения (токи) исследуемой системы электроснабжения. После суммирования их в сумматоре 10 на его выходе имеет место напряжение, спектр которого соответствует спектру симметричной составляющей выбранной положением переключателя 8. Далее из напряжения на выходе сумматора 10 фильтром 11 нижних частот отфильтровываются побочные (паразитные) составляющие, а вьщеленный спектр заданной симметричной состав- ляющей ггоступает на входы ключей 13. и 13.2 умножения. Эти ключи коммутируются взаимно ортогональными напряжениями с выхода формирователя 12. Фильтры 14.1 и 14.2 выделяют из них постоянные составляющие - синусную (синфазная) и косинусную (квадратурная) той гармоники данной симметричной составляющей, номер которой определяет задатчик 6 и, соответствен- йо, коэффициент умножения управляемого умножителя 5. После истечения интервала времени, необходимого на отработку выходных напряжений фильтров 14.1 и 14.2, сигналом из блока 20 управления включаются блоки 15.1, 15.2 выборки-запоминания и значения постоянных составляющих с выхода фильтров 14.1 и 14.2 запоминаются.

Одновременно с этим сигналом из блока 20 управления поочередно откры- ваются каналы коммутатора 16 и запускается аналого-цифровой преобразователь 17, который поочередно преобразует напряжения с выходов блоков выборки-запоминания, поступающие через коммутатор, в цифровые коды и передает эти коды на вход вычислительного блока 18. После преобразования в коды выходных напряжений всех . четырех блоков выборки-запоминания, входящих в оба канала 1.1 и 1.2, блок 20 управления запускает цифровой вы- числ тельный блок 18.

Алгоритм работы вычислительного блока определяется следующим образом.

Полное входное сопротивление системы электроснабжения относительно ветви, по которой получае питание нелинейная и несимметричная нагрузка определяется из вьфажения:

7 - liaii - U ly JUjy f) . - - - - -„

/ 1,)

где Ugj-Iji - соответственно комплексные значения v-x гармоник j-й симметричной составляющей напряжения на шинах питания нелинейной нагрузки и тока, потреб-- ляемого этой нагрузкой, Uj , Ujj и

соответственно ортогональные (синусная и косинусная) составляющие v-й гармоники напряжения и тока j-й симметричной составляющей трехфазной системы: j -1.

Умножив числитель и знаменатель выражения (1) на комплекс, сопряженный комплексу знаменателя, получают раздельные выражения для мнимой и вещественной компонент полно го сопротивления:

7 Uj) ,J°J 0

-i /т V 4./т (Ij.i ) +(InJ )

(2)

01

т 7 - UPJ IJJ -U|li Ijj/o

j гт V +CT -12

.lllj +vlvj )

Для вычисления искомых составляющих полного сопротивления необходимо определить ортогональные составляющие -X гармоник напряжения и fо- ка j-й симметричной составляющей

5 12

трехфазной системы, входящие в формулы (2) и (3). После вычисления по этим формулам значения вещественной и мнимой составляющих полного сопротивления отображается в цифровой форме блоком 19 индикации.

Таким образом, определение сопротивления проводится за один цикл работы анализатора. Длительность этого цикла определяется только постоянны- ми времени фильтров 14.1 и 14.2,быстродействием преобразователя 17 и вычислительного блока 18.

Формирователь 7 сигналов переноса может быть реализован следующим об- разом.

На схеме (фиг. 1) вход формирователя 7 связан с выходом умножителя 4. Если, например, частота переноса спектра выбрана равной f, то час- тота на выходе умножителя 4 должна быть 6f, т.е. в 6 раз больще. Это необходимо в связи с тем, что форВ исходном состоянии положение а кнопки 27, триггер 26 выходным уров30

мирователь 7 реализован по схеме, содержащей постоянный запоминающий блок нем напряжения удерживает в нуле ПЗБ 22, двоичный счетчик 21, обес:пе- ,(сбрасывает в-состояние нуль) счет- чивающий счет до 6. Цыходы счетчика

I связаны с адресными шинами ПЗБ. Организация памяти ПЗБ - шесть слоев по три разряда. Запись информации в ПЗБ осуществляется в соответствии с таблицей.

Работу формирователя 7 иллюстри- рует временная диаграмма, приведенная на фиг. 3, где f, - выходные им пульсы умножителя чистоты.4, А - сиг; нал на выходе первого разряда ПЗБ, В - сигнал на выходе второго разрй- да ПЗБ, С - сигнал на выходе третьчик 23, запирает элемент 24, препятствуя прохождению через него импульсов с выхода умножителя 4 частоты, и определяет состояние блоков 15 выборки-запоминания режимом Слежение. На выходе переполнения счетчика 23 присутствует сигнал, разрешающий работу элемента 24 (разрешающий прохож- 35 дение через него импульсов).

Блок 20 управления работает следующим образом.

После нажатия на кнопку 27 RSего разряда ПЗБ. Сигналы А, В и С яв-40 триггер изменяет свое состояние на ляются выходными сигналами формирова противоположное. Его выходным сиг- теля 7 сигналов переноса спектра. калом блока выборки-запоминания переводят в режим Хранение и разрешается прохождение импульсов через 45 элемент 24. Приход каждого импульса на вход счетчика 23 вызывает изменение в нем двоичного кода. Выходной код счетчика 23 управляет состоянием коммутатора 16. Одновременно с 50 этим, каждьм импульсам с выхода элемента 24 запускается одновибратор 25, который с задержкой по времени запускает аналого-цифровой преобразователь 17. Эта задержка необходи- 55 для отстройки по времени от пе- реходньк процессов установления кода в счетчике 23 и срабатывания коммутатора 16. Всего на вход счетчика поступает пять импульсов. Пятый имФормироватслр 7 эаПот.чет г.,Ч лу г- щнм образом.

С -приходом каждого входиогс импульса на вход счетчика происходит опрос очередной ячейки памяти. Так как информация записана в ИЗБ в соответствии с таблицей, то выходные напряжения 1, 2 и 3-го разрядов пред ставляют собой последовательности импульсов со скважностью 2, сдвинутые одна относительно другой на одну третью часть общего цикла работы, т,е. на 120°. Длительность одного цикла равна длительности шести импульсов частоты f так, как счетчик осуществляет счет только до шести. Практически ПЗБ может быть выполнен, например, на одной микросхеме 155РЕЗ.

Блок 20 управления (фиг. 4) содержит двоичный счетчик 23, элемент 2 логической ЗИ-НЕ, одновибратор 25, RS-триггер 26, кнопку 27.

В исходном состоянии положение а кнопки 27, триггер 26 выходным уровнем напряжения удерживает в нуле ,(сбрасывает в-состояние нуль) счет-

нем напряжения удерживает в нуле ,(сбрасывает в-состояние нуль) счет-

чик 23, запирает элемент 24, препятствуя прохождению через него импульсов с выхода умножителя 4 частоты, и определяет состояние блоков 15 выборки-запоминания режимом Слежение. На выходе переполнения счетчика 23 присутствует сигнал, разрешающий работу элемента 24 (разрешающий прохож- дение через него импульсов).

Блок 20 управления работает следующим образом.

После нажатия на кнопку 27 RSпульс является сигналом переполнения счетчика. Этим сигналом запускается вычислительный блок 18 и запирается (блокируется) элемент 24. Четыре предыдущих импульса определяют соответствующее состояние коммутатора 16. После перевода кнопки 27 в положение b блок управления возвращается в исходное положение.

Управление работой анализатора сопротивлений может быть осуществлено автоматически от какой-либо внешней системы. При этом внешняя система выполняет функцию кнопки 27.

Формула изобретения

1. Анализатор сопротивлений-систем промышленного электроснабжения,

рых соединены с согласующими блок ми, входы которых соединены с вхо ными зажимами анализатора, являю щимися входами канала, а выходами

А; канала являются выходы блоков выбо ки-запоминания, причем управляющие входы одноименных ключей переноса спектра первого и второго каналов соединены и,через последовательно

10 соединенные переключатель, формирователь сигналов переноса спектррв, первый умножитель частоты и формиро ватель соединены с выходом одного и согласующих блоков, одноименные уп15 равляющие входы ключей умножения пе вого и второго каналов соединены и через формирователь опорных напряже ний и второй умножитель частоты сое динены с выходом формирователя, упсодержащий два сумматора, шесть фш1ьт-20 равняющий вход второго умножителя

ров нижних аналоговые

частот, блок управления, ключи переноса спектров

и аналоговые ключи умножения, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения точности и уменьшения времени измерения, в него введены переключатель, формирователь сигналов переноса спектра, первый и второй умножители частоты, формирователь опорных напряжений, четыре блока выборки-запоминания, формирователь, коммутатор, аналого-циф- ровой преобразователь, вычислительный блок, блок индикации, задатчик номера гармоники и согласзпощие блоки причем анализатор содерядат два идентичных канала, каждый из которых состоит из двух одинаковых цепей, состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа умножения фильтра нижних частот и блока выборки-запоминания, входы двух цепей соединены и через последовательно соединенные дополнительный фильтр нижних частот и трехвходовый сумматор соединены с выходами трех аналоговых ключей переноса спектра, входы кото

рых соединены с согласующими блоками, входы которых соединены с входными зажимами анализатора, являющимися входами канала, а выходами

канала являются выходы блоков выборки-запоминания, причем управляющие входы одноименных ключей переноса спектра первого и второго каналов соединены и,через последовательно

соединенные переключатель, формирователь сигналов переноса спектррв, первый умножитель частоты и формирователь соединены с выходом одного из согласующих блоков, одноименные управляющие входы ключей умножения первого и второго каналов соединены и через формирователь опорных напряжений и второй умножитель частоты соединены с выходом формирователя, уп

частоты соединен с выходом задатчика номера гармоники, вход блока управления подключен к выходу первого ум-, ножителя частоты, выходы первого и второго каналов соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с вычислительным блоком, выход которого соединея с блоком индикации, четыре выхода блока управления соединены с управляющими входами соответственно первых .блоков выборки-запоминания обоих каналов, аналого-цифрового преобразователя, коммутатора, ного блока.

вычислитель35

40

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что формирователь сигналов переноса спектра содержит двоичный счетчик и постоянный запоминающий блок, адресные входы которого соединены с выходами двоично-

35

45 дами формирователя сигналов переноса спектра, входом которого является ход двоичного счетчика.

22

фиг. 2

п

г

ЛН/ ОЛ}М1//770/77О/}1/ /

.

/(S6/v.e/c/77/}oi/cmSy fS

23

/f/JW/7

23

/f/JW/7

Изобретение относится-к технике электроизмерений и предназначено для использования в электроэнергетике. Цель изобретения - увеличение точности измерения. Анализатор сопротивлений содержит два идентичных канала (К) 1.1 и 1.2. Каждый К 1.1 и 1.2включает аналоговые ключи 9.1 9.3переноса спектра, аналоговые ключи 13 о 1 и 13.2 умножения, фильтры 14.1, 14.2 и 11 нижних частот, сумматор 10. Кроме того, анализатор содержит блок 20 управления. Для достижения цели в каждый К 1.1 и 1,2 введены согласующие блоки 2.1 - 2.3 и блоки 15.1 и 15.2 выборки-запоминания. В анализатор введены также формирователь 3, умножители 4 и 5 частоты, переключатель 8,формирователь 7 сигналов переноса спектра, форми-, рователь 12 опорных напряжений, коммутатор 16, аналого-цифровой преоб- разователь 17, вычислительньш блок 18, блок 19 индикации и задатчик 6 номера гармоники. Введенные элементы и образованные функциональные связи исключают погрешности, связанные с неидентичностью аналоговых элементов К 1.1 и 1,2 и повышают быстродей- ствие анализатора путем одновременного измерения всех составляющих сопротивления. 1 з.п, ф-лы, 4,ил. i (Л j,f) iffffl -fjo icftl°-i

ff s

Кнол1 о

/{схемам S6/ffop/ t/ja/TOMt/f/ff i/

(риг4

Составитель Н.Михалев Редактор Н.Марголина Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черки

Заказ 7260/42 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государ ственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4