Способ определения коэффициента гармоник Советский патент 1990 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к информа- ,пионно-измерительной технике и может быть использовано для оценки качества электроэнергии, качества электрических цепей, для измерения нелинейных искажений генераторов синусоидальных сигналов в измерительной технике, s радиотехнике, в энергетике, в промышленной электрохимии, в электротехнике, телемеханике, связи и т.д. i Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона Измеряемых значений коэффициента гармоник.

Сущность предложенного способа Измерения коэффициента гармоник исследуемого электрического сигнала

пП

b,(t) Т U. (t) Щ U(i)isin(iw,t +

2148

где Uex

U.,

U

и

г

Л

действующее значение входного сигнала;

5

NMltH 1VS

41V

JN э

действующие значения гармоник;

крутизна преобразования;

мультипликативная составляющая погрешности измерения;

0

- аддитивная составляющая погрешности измерения;

то результат измерения действующего значения сигнала (3) опишется выражением

Изобретение относится к измерению нелинейных искажений электрических сигналов. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых значений коэффициента гармоник. Для этого измеряют действующее значение усиленного в K 1 раз исследуемого сигнала, измеряют действующее значение высших гармоник усиленного в K 2 раз исследуемого сигнала, измеряют действующее значение усиленного в K 2 раз всего исследуемого сигнала, измеряют действующее значение усиленного в K 1 раз всего исследуемого сигнала. Значение коэффициента гармоник определяют по выражению K F = N 1-N 2/√(N=004-N 3) 2-(N 1-N 2) 2 где N 1, N 2, N 3, N 4 - результаты промежуточных измерений. Повышение точности и расширение диапазона измерений достигается за счет информационной избыточности четырех разделенных во времени измерений с последующей обработкой результатов промежуточных измерений. 1 ил.

V.)

(1)

следующем.

К , раз уровень исследу- 25 В результате полу-

(1)

чают электрический сигнал

U2(t) «К, %.U,(t) )sin

1

x(iwtt + 4f)

Ы

чение сигнала (3).

Измеряют уровень исследуемого

(2) 30 сигнала (1) t раз (К г К.,). Повторно измеряют действующее значение

где Кл - коэффициент пропорциональности (К ( % 1), который подают на вход режекторного фильтра с коэффициентом передачи на частоте ft (или u., 2 fit -,), равном К О, а на остальных частотах icj, u,К ф, 1 (при 140). Электрический сигнал на выходе режекторного фильтра опишется выражениемп

lb(t) К, J U, (t) К, .iu,t +cf.Jl

U,«,sin (3)

Измеряют действующее значение электрического сигнала (3) на выходе режекторного фильтра, заграждающего первую гармонику исследуемого электрического сигнала (1).

Поскольку функция преобразования, например, цифрового вольтметра действующих значений описывается выражением

(1 ч-у) + ЛN uVt.yl + ...

+у) + dN V

+ U2nS(1

+ 4N,

n

I,

U2S(1

(4)

I U3S( 1 + у ) + ДМ,

+ 4N К.,8

(1

t

и2

1

+ (5)

U3

-,(

U2 - действующее знаЫ

чение сигнала (3).

5

выходного сигнала

U+(t) Кг U.(t) - x(iwtt + ) °г

режекторного фильтра, получают

К,

JL. U sin (6)

В результате

N U4S(1 +r) K2S(1 +f) U + -dN,

.(г

i.i

где U4

(7)

Г1

К, У U2 - действующее знаТ- { i

чение сигнала (6).

Перестраивают центральную частоту f1 полосы задержания режекторного фильтра вниз по частоте на значение df, , обеспечивающее пропускание всего исследуемого электрического сигнала, т.е. всех его гармонических составляющих „

При этом значение центральной частоты задержания режекторного фильтра устанавливают равным

Ч f, - 4f,

(8)

те на выходе режекторного фильтра появится электрический сигнал

515821486

при которой коэффициенты передачи Вновь изменяют уровень исследуемо, первой и остальных гармоник равны го сигнала (1) в К раз„ В результа- между собой. Практически значение Af, которое выбирают по амплитудно- частотной характеристике режекторно- э ио го фильтра, равно разности частот, U(t)K, гЕ U,-(t) KT 2- U sindu t + при которых коэффициенты передачи 1 режекторного фильтра равны 1 и 0 соответственно.

На выходе режекторного фильтра появится электрический сигналИзмеряют действующее значение выходного сигнала (11) режекторного фильтра, содержащего все гармоничес- 15 кие составляющие и измененного относительно .(1) в К раз:

+ Ч-

to

(11)

Ur-(t) К2 2. U;(t)

Г t

(iujt + С(.),

i

U „.sin (9)

в составе которого имеются все гармонические составляющие о

Измеряют действующее значение электрического сигнала (9)

N3 TJjSO + ) +jN (1 + J)

Y Z -U: + 4N,(10)

n;

где U$- K2 и ll U2. - действующее

1 1значение сигнала (9).

i

N , - Ni

N4 U6S(1 + p) + J

20

Г i Д 2 V i + /IN,

1 1:1

где

25

Г Ut K, -j Ј. IJ I Cl

О значении коэфф судят по вьц- -яжению

kfVp, - N3) -f (N, )7(N4 - N5) - (N, -N7)

или k

N, - N

-, (14)

f V (N4 - N})2 - (N, - N2)2

где Nt , N г, N3 и N - результаты промежуточных измерений действующих значений электрических сигналов (2), (3),. (6) и (9).

В отличие от известного предложенный способ обеспечивает непосредственное измерение коэффициента гармоник в широком диапазоне их значений. Причем измерениям подлежат только действующие значения выходных сигналов режекторного фильтра. Ограничения, присущие известному способу и связанные с необходимостью введения поправки в результат измерения при больших значениях коэффициента гармоник, в предложенном способе измерени исключены. Исключение систематически погрешностей измерения обеспечивает повышение точности,измерения коэффициента гармоник в широком диапазоне частот исследуемых электрических сигналов.

те на выходе режекторного фильтра появится электрический сигнал

Вновь изменяют уровень исследуе го сигнала (1) в К раз„ В результ ио U(t)K, гЕ U,-(t) KT 2- U sindu t 1

Вновь изменяют уровень исследуемо, го сигнала (1) в К раз„ В результа- ио U(t)K, гЕ U,-(t) KT 2- U sindu t + 1

Измеряют действующее значение выходного сигнала (11) режекторного фильтра, содержащего все гармоничес- кие составляющие и измененного относительно .(1) в К раз:

+ Ч-

(11)

N4 U6S(1 + p) + JN - K,S(t +Y )

Г i Д 2 V i + /IN,

1 1:1

(12)

где

5

Г Ut K, -j Ј. IJ действующее

I CltlAHMP ГИГНЯ.Г

значение сигнала (11).

О значении коэффициента гармпшк судят по вьц- -яжению

(13)

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего описанный способ измерения коэффициента гармоник где 1 - широкополосный усилитель, 2 - реж кторный фильтр, 3 - цифровой вольтметр действующаго значения, 4 - индикатор цифрового вольтметра, 5 - арифметический блок, 6 - отсчетно-регистрирующее устройство, 7 - блок управления.

Причем широкополосный усилитель 1, режекторный фильтр 2, цифровой волыметр 3, арифметический блок 5 и от- счетно-регистрирующее устройство 6 соединены между собой последовательно. Управляющие входы широкополосного усилителя 1, режекторного фильтра

2 и арифметического блока 5 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока 7 управления. Индикатор 4 соединен с цпфро- вым вольтметром 3 действующих значений.

Работа устройства состоит в следующем .

Исследуемый сигнал (1) поступает на вход широкополосного усилителя 1.

С помощью блока 7 управления на уп- рйвляющий вход широкополосного усилц теля 1 подают сигнал, устанавливающий первое значение коэффициента передачи широкополосного усилителя 1 На управляющий вход режекторного ф шьтра 2 с второго выхода блока 7 управления подают сигнал, устанав- л пзающий центральную частоту полосы задержания режекторного фильтра 2, равную fj . В результате на вход циф- pjosoro вольтметра 3 поступает сиг- нрл (2). Действующее значение сигнала (2) измеряют с помощью вольтмет- pja 3„ В результате получают код чис- jfe N, (5), который поступает в пер- в ый регистр памяти арифметического фюка 5.

Затем с помощью блока 7 управления на управляющий вход широкополое-, Него усилителя 1 подают сигнал, ус- т анавливающнй второе значение К2 коэффициента передачи ШИРОКОПОЛОСНОГО усилителя 1 . С помощью цифрового вольтметра 3 измеряют действующее значение выходного сигнала (6) ре- яекторного фильтра 2. В результате получают код числа М (7), который поступает во второй регистр памяти арифметического блока 5. I С помощью сигнала с второго вы- зюда блока 7 управления устанавливают второе значение Ј4 центральной частоты задержания режекторного филь Ја, В результате на вход цифрового ольтметра 3 поступает электрический сигнал, описываемый выражением (9). Результат измерения N3 (10) действу- ющего значения сигнала (9) в виде кода поступает в третий регистр памяти арифметического блока 5„ Затем с помощью сигнала с первого выхода блока 7 управления устанавливают первоначальное значение К, коэффи циента передачи широкополосного усилителя 1. На выходе режекторного фильтра 2 появится новый электрический сигнал (11)о С помощью цифрового вольтметра 3 измеряют действующее значение этого сигнала Результат измерения в виде кода числа Nf (12) поступают в четвертый регистр памяти арифметического блока 5.

По соответствующей команде с третьего выхода блока 7 управления, поступающей на управляющий вход арифметического блока 5, осуществляется обработка результатов промежуточных

5

0

5

5

0

0

5

0

5

измерений согласно выражению (13) или (14). Результат косвенного измерения коэффициента гармоник индицируется с помощью отсчетно-регистрирующего устройства 6.

Обработка результатов промежуточных измерений по выражению (13) или (14) обеспечивает исключение аддитивной и мультипликативной составляющих по грешности измере ния.

В предложенном способе измерения повышение точности достигается за счет обеспечения информационной избыточности, полученной путем создания четырех разделенных во времени каналов преобразования исследуемого электрического сигнала с последующей обработкой результатов промежуточных измерений по определенному выражению.

Расширение динамического диапазона измеряемых значений коэффициента гармоник обеспечено за счет исключения методической погрешности измерения, присущей прототипу. В результате отпадает необходимость и во введении поправок в результат измерения при больших значениях коэффициентов гармоник.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента гармоник, заключающийся в изменении уровня исследуемого электрического сигнала, измерения действующих значений электрических сигналов на выходе режекторного фильтра, заграждающего первую гармонику исследуемого электрического сигнала, с последующей обработкой результатов промежуточных измерений по определенному выражению, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемых значений коэффициента гармоник, изменяют уровень исследуемого электрического сигнала в К, раз, после измерения действующего значения электрического сигнала на выходе режекторного фильтра, заграждающего первую гармонику исследуемого электрического сигнала, измеряют уровень исследуемого электрического сигнала в К4 раза (Кг Ј К1), повторно измеряют действующее значение выходного сигнала режекторного фильтра, перестраивают центральную частоту полосы задерживания режекторного фильтра

вниз по частоте на значение, обеспечивающее пропускание всего исследуемого электрического сигнала, измеряют действующее значение выходного сигнала режекторного фильтра, вновь

kf

N - N2

U(N.4- Ns) + (N, - N2)jr(N4- N3) - (N,- Nj)J

где Nj , N-t N3 и N - результаты промежуточных измерений действующих значений

редактор А. Маковская

Составитель М. Каменский

Техред Л.Сердюкова Корректор О. Ципле

Заказ 2087

Тираж 558

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент11, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

измеряют уровень исследуемого сигнала в Kt раз и измеряют действующее значение выходного сигнала режекторного фильтра, а коэффициент гармоник k определяют по выражению:

N - N2

электрических сигналов на выходе режекторного фильтра.

Подписное