Датчик тока гармоники параллельного резонанса Советский патент 1989 года по МПК G01R19/04 G01R23/06 H02J3/18 

Изобретение относится к электроехнике, а именно к техническим средтвам для измерения спектральных сосавляющих несинусоидальных периода- еских сигналов.

Цель изобретения - повышение точности за счет реализации для анализируемой , гармоники амплитудного и фазового признаков,.характерных только Ю для параллельного резонанса тока при использовании датчика в схемах контроля и управления несинусоидальными режимами в резонансных системах элекроснабжения.15

На чертеже представлена структуро -ф.ункциональная схема датчика тока гармоники параллельного резонанса. Датчик содержит первьга и второй трансформаторы 1 и 2, счетчик 3, де- 20 шифратор 4, первый .избирательный, усилитель 5, первьй -нуль-орган 6, первый блок 7 синхронизации, второй избирательный усилитель 8, второй нуль-орган 9, второй блок 10 синхро- 25 низации, третий избирательный усилитель Л 1 , третий нуль-орган 12, тре- .тий блок 13 синхронизации, четвертый избирательньш усилитель 14, первый ключ 14, второй ключ 16, первый ам- 30 Плитудный детектор 17, третий ключ 18, пятый избирательный усилитель 19, четвертый ключ 20, пятый ключ 21, второй амплитудный детектор 22, шес- той ключ 23, седьмой ключ 24, шестой 35 избирательньй усилитель 25, восьмой ключ 26, девятый ключ 27, третий амплитудный детектор 28, десятый ключ 29-, первый дифференциальный усили- :тель 30 второй дифференциальньй40

усилитель 31, третий дифференциальный усилитель 32, первый инвертор 33, второй инвертор 34, четвертый диффе .ренциальньй усилитель 35, пятый диф ференциальньй усилитель 36, первьй дЗ триггер 37, третий инвертор 38, вто рой триггер 39, четвертьй инвертор 40, третий триггер 41, пятый инвертор 42, четвертый триггер 43 и формирователь 44 импульсов, причем выходы первого, второй и третьего избирательных усилителей 5,8 и 11 соединены с входами первого, второго и третьего нуль-органов 6, 9 и 12, вход .второго трансформатора 2 под 55 ключен в цепь первичного тока вен- тил.ьной нагрузки, выход соединен с входом первого избирательного усили- . теля 5, выход которого соединение

5

входом первого нуль-органа. 6., выход которого соединен с входом сброса первого амплитудного детектора f7 и с первым входом перяого блока 7 синхронизации, второй вход которого соединен с первым выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом первого ключа 15, информационньй вход которого связан с информационным входом второго ключа 16, с выходом четвертого избирательного усилителя 14 и с информационным входом первого амплитудного детектора 17, выход которого соединен с информационным входом третьего ключа 18, вход четвертого избирательного усилителя 14 подключен к в.ыходу первого трансформатора 1, вход которого включен в цепь емкостной нагрузки, выход первого ключа 15 соединен с первым входом первого дифференциального усилителя 30, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход со счетпътм входом счетчика 3 и через пятый инвертор 42 с S-входом первого триггера 37, R-вход которого соединен с S-входами второго, третьего, четвертого триггеров 39, 41, 43, а выход - с входной шиной формирователя 44 импульсов и с управляющим входом второго ключа 16, выход которого подключен к первой выходной клемме, выход второго трансформато- ра 2 соединен с входом второго избирательного усилителя 85 выход которого соединен с входом второго нуль- органа 9, выход которого соединен с входом сброса второго амплитудного детектора 22 и с первым входом второго блока 10 синхронизации, второй вход которого соединен с вторым выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом четвертого ключа 20 информационный вход которого связан с информационным входом пятого ключа 21, выходом пятого избирательного усилителя 19 и с информационным входом второго амплитудного дет.екто- ра 22, выход которого соединен с информационным входами шестого и седьмого ключей 23 и 24, вход пятого избирательного усилителя 19 подключен к выходу первого трансформатора 1, выход четвертого ключа 20 соединен с первым входом второго дифференциального усилителя 31, второй вход которого соединен с общей шиной точкой нулевого потенциала, а выход -

со счетным входом счетчика 3 и через первый инвертор 33 с управляющими входами третьего и шестого ключей 18 и 23, выходы которых соединены соответственно с первьми и вторым входами четвертого дифференциального усилителя 35, выход которого связан с S-входом первого триггера 37 и через третий инвертор 38 с S-входом второго триггера 39, R-вход которого соединен с S-входами первого, третьего и четвертого триггеров 37, 41, 43, а выход второго триггера 39 - с входной шиной формирователя 44 им- пульсов и с управляющими входом пя- .того ключа 21, выход которого подключен к второй выходной клемме, выход второго трансформатора 2 соединен с входом третьего избирательного усилителя 11, выход которого соединен с входом третьего нуль-органа 12, выход которого соединен с входом сброса третьего амплитудного детектора 28 и с первым входом третьего блока 13 синхронизации,, второй вход которого соединен с третьим выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом восьмого ключа 26, информационный вход которого связан с ин- формационным входом девятого ключа 27 с выходом шестого избирательного усилителя 25 и с информационным входом третьего амплитудного детектора 28, выход которого соединен с и-нформа- ционным входом десятого ключа 29, . вход шестого избирательного усилителя 25 подключен к выходу первого трансформатора 1, выход восьмого ключа 26 соединен с первым входом тре- тьего дифференциального усилителя 32 второй вход которого соединен с общей шиной, а выход через второй инвертор 34 с управляющими входами седьмого и десятого 24 и 29, выходы которых соединены соответст- венно с первым и вторым входами пятого дифференциального усилителя 36, выход которого связан с S-входом второго триггера 39, и через четвертый инвертор 40 с S-входом третьего тригера 41, R-вход которого соединен с S-входами первого, второго и четвер того тригг еров 37, 39. и 43, а выход третьего триггера 41 соединен с уп равляющим входом девятого ключа 27 и с входной шиной формирователя 44 импульсов, выход третьего дифференциального усилителя 32 соединен с

S-входом четвертого триггера 43, R- вход которого соединен с Я-входами первого, второго и третьего триггеров 37, 39 и 41, выход четвертого триггера 43 соединен с управляющим входом девятого ключа 27, выход которого подключен к третьей выходной клемме и к входной шине формирователя 44 иьшульсов, выход которого соединен с третьими входами первого, второго и третьего блоков 7, 10 и 13 синхронизации и с входом сброса счетчика, информационные цифровые выходы которого соединены с входами дешифратора 4.

Датчик тока работает следующим

образом,

В первом эксплуатационном режиме полюс частотной характеристики расположен по частотной оси между четвертой и пятой гармониками - на краевом интервале. Сигнал первичного тока вентильной нагрузки Ip (опорной) присутствует на входах избирательных усилителей 5,8 и 11 каналов второй, третьей и четвертой гармоник; аналогично сигнал тока емкостной нагрузки 1с (анализируемый) присутствует на соответствующих входах избирательных усилителей 14, -19 и 25 на выходах которых образуются гармонические сиг налы, равные порядку настройки их фильтров. Выходные сигналы нзбира- тельных усилителей 14, 19 и 25 посту дают также на информационные входы амплитудных детекторов 17, 22 и 28, на выходах которых образ тотся сигналы, пропорциональные амплитудньтм значениям гармоник анализируемого спектра тока 1,. В исходном состо.я- нии все триггеры датчика тока гармоники параллельного резонанса находятся в сброшенном состоянии, при этом на их вькодах присутствуют логичес- кие О, а на инверсных выходах до-

гические 1. Исходное состоняие дешифратора 4 100. Гармонические сигналы второй, третьей и четвертой гармоник с выходов избирательных усилителей 5,8 и 11 поступают на нуль-органы 6, 9 и 12, на выходах которых появляются импульсы - в МО- мен перехода гармонического синусодального сигнала через нуль на восхдящем интервале синусоиды, -.поступающие на первые входы блоков 7, 10 и 13 синхронизации. На выходе первого блока 7 синхронизации формируе51

ся одиночный импульс. Таким образом, блок 7 синхронизации канала второй гармоники обеспечивает выработку только одного импульса в момент пере- хода синусоиды через нуль на первом восходящем интервале гармонического колебания спектра первичного тока, что в дальнейшем определяет начало отсчета фазового приращения гармони- ки анализируемого спектра. Импульс с выхода блока 7 синхронизации поступает на управляющий вход ключа 15, на информационном входе которого, присутствует гармонический анализируе- мый -сигнал второй гармоники, в результате чего на выходе ключа 15 образуется сигнал выборки положительной полярности, поскольку вторая гармоника в спектре тока IQ имеет поло- жительное приращение фазы. Сигнал выборки произвольной амплитуды с выхода ключа 15 поступает на первый вход дифференциального.усилителя 30, который благодаря высокому коэффици- енту усиления формирует положительный импуЛьс постоянной амплитуды, пригодный для работы цифровых элементов датчика тока.гармоники параллельного резонанса. Выходной сигнал дифференциального усилителя 30 поступает на счетный вход счетчика 3, увеличивает его состояние, в результате чего на выходе дешифратора 4 образуется цифровой выходной сигнал 010 , переводящий работу датчика в режим анализа по третьей гармонике. При расположении полюса, частотной характеристики по данному эксплуатационному режиму работа канала третьей гармоники аналогична работе канала второй, поскольку работа блоков 8...10, 20 и 31 соответствует работе блоков 5...7, 15 и 30, образующих выходной сигнал дешифратора 4, равны 001, что определяет передачу анализа на канал четвертой гармоники. Работа блоков 11... 13, 26 и 32 также аналогична работе рассмотренных блоков 5.,.7, 15 и 30. Положительный вы ходкой импульс дифференциального усилителя 32 канала четвертой гармоники -взводит триггер 43, выходной сигнал которого открывает выходной ключ 27 и на третьей выходной клемме имеем текущее значение четвертой гармоники, для которой резонансные условия выполняются в .наибольшей мере. Одновременно положительньй уро406

вень -логической 1 с выхода триггера 43 поступает на вход формирователя 44 импульсов, который вырабатыва ет импульс, обеспечивающий установку дешифратора 4 в исходное состояние и, следовательно, цикл анализа возобновляется, при этом предьзду1цее состояние триггера 43 сохраняется, чем обеспечивается непрерывность, выходного сигнала датчика тока гармоники параллельного резонанса.

Переключение электропитания на.автономный источник соответствует второму эксплуатационному режиму - полюс частотной характеристики расположен между второй и третьей гармониками первичного спектра. Б данном случае анализ по ка«алу второй гармоники дает положительное приращение фазы гармоники, что приводит к передаче анализа каналу третьей гармоники. В результате анализа по каналу третьей гармоники получено отрицательное приращение фазы, что соответствует импульсу отрицательной полярности на. вьгходе дифференциального усишите- ля 31. Выходной сигнал дифференциального усилителя 31 через инвертор 33 поступает на управляющие входы ключей 18, 23 - соответственно предьщу- щего и собственного каналов, на информационных входах которых присутствуют сигналы, пропорциональные амплитудным значениям второй и третьей гармоник. Выходные сигналы ключей 18 и 23 поступают на первьш и -второй входы дифференциалБНОго усилителя 35 и, поскольку сигнал второй гармоники меньше сигнала третьей гармоники, то на его выходе образуется импульс отрицательной полярности. Выходной сигнал дифференциального усилителя 35 через,инвертор 38 взводит триггер 39, который открывает выходной ключ 21 и на второй выходной клемме возникает сигнал резонансной третьей гармоники, при этом сбрасьшается ранее взведенньм триггер 43 и, следовательно, закрывается выходной ключ 27 и сигнал на третьей выходной клемме пропадает. Аналогично уровень логической 1 передается с выхода взведенного триггера 39 на вход формирователя 44 импульсов и полный цикл анализа возобновляется.

Перегорание предохранителя в цепи отдельной банки конденсаторов при /

электропитании от автономного источника соответствует третьему эксплуатационному режиму - полюс частотной характеристики расположен между тре- тьей и четвертой гармониками. В- данном случае анализ по каналам второй и третьей гармоник дает положительное приращение фазы, что приводит к передаче анализа на канал четвертой гармоники. В результате анализа по каналу четвертой гармоники получено отрицательное приращение фазы, что соответствует импульсу отрицательной полярности на выходе дифференциаль- ного усилителя 32. Выходной сигнал дифференциального усилителя 32 через инвертор 34 поступает на управляющие входы ключей 24 и 29, выходные сигналы которых поступают на первый ,и второй входы дифференциального усилителя 36. Поскольку сигнал третьей гармоники больше сигнала четвертой гармоники, то. на выходе дифферен- , циального усилителя 36 образуется

импульс положительной полярности, который поступает на S-вход взведенного триггера 39, сохраняет его состояние, а соответственно, состояние выходного ключа 21 и второй выходной клеммы.

Таким образом, при использовании датчика по предлагаемой, структурной схеме на одном из его выходов всегда присутствует сигнал гармоники, влия- ние которой в паразитном резонансе токов является доминирующим.

Формула изобретения

Датчик тока гармоники параллельного резонанса, содержащий три избирательных усилителя, объединенных по входу, и три. нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три блока синхронизации, три избирательных усилителя, три амплитудных детектора, десять ключей, пять дифференциальных усилителей, четыре триг- гера, пять инверторов, формирователь импульсов, счетчик, дешифратор,пер- вый и второй трансформаторы, причем вход второго трансформатора подключен в цепь первичного тока вентильной на- грузки, его выход подключен к входу первого избирательного усилителя, вы- ход которого соединен с входом первого нуль-органа, выход которого соеди

о

0

j - . нен с входом сброса первого амплитудного детектора и с первым входом первого блока синхронизации, второй вход которого соединен с первым вы- , ходом дешифратора, а выход - с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого связан с информационным входом второго ключа, с вькодом четвертого избирательного . усилителя и с информационным входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен с информационным входом третьего ключа, вход четвертого избирательного усилителя подключен к выходу, первого трансформатора, вход которого подключен в цепь емкостной нагрузки, а выход первого ключа соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общей шиной, а вькод - со счетным входом счетчика и через пятый инвертор - с S-входом первого триггера, R-вход которого соединен с-З-входом второго, третьего, четвертого триггеров, а вькод - с входной шиной формирователя импульсов и с управляющим входом второго ключа,-выход которого подключен к первой вы.ходной клемме, выход второго избирательного усилителя соединен с входом второго нуль-органа, выход которого соединен с входом сброса второго.амплитудного детектора и с первым.входом второго блока синхронизации, второй вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, а выход - с управляющим входом четвертого ключа, информационный вход которого связан с информационным входом пятого ключа, выходом пятого избирательного усилителя и с информационным входом второго амплитудного детектора, выход которого соединен с информационным.входом шестого и седьмого ключей, вход пятого избиратель- ного усилителя подключен к выходу первого трансформатора, выход четвертого ключа соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с .общей шиной, а выход - со счетным входом счетчика и через первый инвертор - с управляющими входами третьего и шестого ключей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами .четвертого дифференциального усилителя, выход которого. связан с S-входом первого триггера

91

и через третий инвертор - с S-входом второго триггера, R-вход которого соединен с S-входами первого, тре- . тьего и четвертого триггеров, а выход второго триггера - с входной шиной формирователя импульсов и с управляющим входом пятого ключа, выход которого подключен к второй выходной, клемме, выход третьего избиратель- ного усилителя соединен с входом третьего нуль-органа, выход которого соединен со входом сброса третьего амплитудного детектора и с первым входом третьего блока синхронизации, второй вход которого соединен с третьим выходом дешифратора, а выход - с управляющим входом восьмого ключа, информационный вход которого связан с информационным входом девятого ключа, выходом шестого избирательного усилителя и с информационньм входом третьего амплитудного детектора выход которого соединен с ин- формационньм входом десятого ключа вход шестого избирательного усилителя подключен к выходу первого транс- форматора, выход восьмого ключа соединен с первым входом третьего дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общей шиной, а

4010

выход через второй инвертор - с управляющими входами седьмого и десятого ключей, выходы ко торых соединены соответственно с первым и вторым входами пятого дифференциального усилителя, выход которого связан с S- входом второго триггера и через четвертью инвертор - с З-входом - третьего -триггера, R-вход которого соедине с S-входами первого,второго и четвертого триггеров, а выход третьего триггера соединен с заправляющим вхо дом девятого ключа и с входной шиной формирователя импульсов, выход третьего дифференциального усилителя также соединен с S-входом четвертого триггера, R-вход :которого соединен с S-входами первого, второго и третьего триггеров, выход четвертого триггера соединен с входной шиной формирователя импульсов, с управляющим входом девятого ключа, выход которого подключен к третьей выходной клемме, выход формирователя импульсов соединен с третьими входами первого, второго и третьего блоков синхронизации и с входом сброса счетчика, информационные цифровые ,выходы которого соединены с входом дешифратора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к техническим средствам для измерения спектральных составляющих несинусоидальных периодических сигналов. Цель изобретения - повышение точности за счет реализации для анализируемой гармоники амплитудного и фазового признаков, характерных только для параллельного резонанса тока при использовании датчика в схемах контроля и управления несинусоидальными режимами в резонансных системах электроснабжения. Датчик тока гармоники параллельного резонанса реагирует только на одну гармоническую составляющую спектра. Эта составляющая обуславливает перегрузку батарей конденсаторов в резонансном режиме путем выделения фазопеременного участка фазочастотной характеристики сети и сравнения на нем амплитуд высших гармоник, для которых выполняются условия параллельного резонанса. Датчик тока гармоники параллельного резонанса содержит два трансформатора 1 и 2, счетчик 3, дешифратор 4, шесть избирательных усилителей 5, 8, 11, 14, 19 и 25, три нульоргана 6, 9 и 12, три блока 7, 10 и 13 синхронизации, три амплитудных детектора 17, 22 и 28, десять ключей 15, 16, 18, 20, 21, 23, 24, 26, 27 и 29, пять дифференциальных усилителей 30, 31, 32, 35 и 36, четыре триггера 37, 39, 41 и 43, пять инверторов 33, 34, 38, 40 и 42 и формирователь 44 импульсов. 1 ил.