Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии Советский патент 1991 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии постоянного напряжения - коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжения, а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения и контроля коэффициента формы w коэффициента амплитуды исследуемого напряжения,

На фиг.1 представлена функциональная схема мультиметра; на фиг.2а,б и в - вре-1 менные диаграммы работы устройства в I.II и III режимах соответственно; на фиг.З - функциональная схема блока управления; на фиг.4а и б - функциональные схемы первого и второго арифметических блоков соответственно.

Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии (фиг.1) содержит задатчик 1 моментов измерения, выходом подключенный к первому входу аналого- цифрового (АЦП) преобразователя 2, второй вход которого связан с выходом задатчика 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения кодов (максимального и минимального соответственно), входами объединенные с выходом АЦП 2 и входом квадратора 7, квадратор 8, арифметический блок 9, арифметический блок 10, первый и второй входы второго подключены к выходам блоков 5 и 6 выделения кодов, первый и второй входы которого соединены с выходами квадраторов 7 и 8, суммирующий счетчик 11, подключенный входом к выходу АЦП 2, а выходом - к входу квадратора 8, блок 12 извлечения квадратного корня, входом соединенный с выходом арифметического блока 10, а выходом - с первым входом логометра 13, второй вход

О

ю

00 00

2-

которого подключен к выходу арифметического блока 9,третий вход - к выходу суммирующего счетчика 11, а выход - к входу блока 14 индикации, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 4 управления со- 5 единены с третьими, четвертыми входами арифметических блоков 10 и 9 соответственно, пятый и шестой выходы блока 4 управления соединены соответственно с входами задатчика 1 моментов измерения и 10 адатчика 3 номинальных значений напряжения, третий вход АЦП 2 соединен с входом мультиметра.

Блок 4 управления (фиг.З) содержит блок 15 выбора режима измерения (БЕРИ), 15 счетчики 16-18, худущие мультивибраторы 19 и 20, элементы ИЛИ 21-24, кнопки 25-27, триггеры 28-30, генератор 31 тактовых импульсов (ГТИ), элементы И 32-34, элемент НЕ 35, причем синхровыход БВРИ через по- 20 следовательно соединенные счетчик 16 и ждущий мультивибратор 19 соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с первым выходом (а) блока 4 управления, а второй вход-с третьим выхо- 25i дом БВРИ 15 и с третьим выходом (в) блока 4 управления, четвертый выход (г) которого соединен с четвертым выходом БВРИ 15, первый вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 24, второй и третий 30 входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами БВРИ 15, седьмой выход которого соединен с шестым выходом (е) блока 4 управления, выход (б) которого соединен с выходом элемента 35 ИЛИ 24, выход ГТИ 31, второй выход БВРИ 15и выход элемента НЕ 35 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами элемента И 32, выход которого соединен с пятым выходом (д) блока 4 управ- 40 ления,синхровходом БВРИ 15, входом счетчика 18 и первым входом элемента И 33, выход которого через счетчик 17 соединен с S-входом триггера 30, инверсный выход ко- торого соединен с шестым и седьмым вхо- 45 дами БВРИ 15 и вторым входом элемента И 33, прямой выход триггера 30.через элемент И 34 соединен с четвертым входом БВРИ 15, третий вход которого соединен с входом элемента НЕ 35, вторым входом элемента И 50 34 и через ждущий мультивибратор 20 - с выходом счетчика 18, входы сброса триггеров 29 и 30, счетчиков 17 и 18 и первые входы элементов ИЛИ 22 и 23 через контакты кнопки 27 соединены с общей шиной, 55 вторые входы элементов ИЛИ 22 и 23 соединены с выходом счетчика 16,а их выходы соответственно с входами сброса счетчика 16 и триггера 28, выход которого соединен с первым и вторым входами БВРИ 15, пятый

вход которого соединен с выходом триггера 29, S-входы которого и триггера 28 соединены с контактами кнопок 26 и 25 соответственно.

БВРИ 15 выполнен в виде трехпозици- онного переключателя на восемь контактных групп и позволяет установить один из трех режимов измерения: режим - измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов); режим II - измерения отклонений и колебаний напряжения (среднее положение контактов); режим III - измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы (нижнее положение подвижных контактов).

Счетчики 16 и 17 выполнены с коэффициентом счета п, а счетчик 18 - 2п. Кнопка 25 предназначена для запуска блока 4 управления в режиме I, кнопка 26 - для запуска блока 4 управления в режиме II и III, a кнопка 27 - для установки счетчиков 16-18 и триггеров 28-30 в нулевое состояние.

Выходы (а и б) блока 4 управления предназначены для перевода блока 9 (фиг.1) соответственно в режим вычитания и суммирования, выходы (в и г) предназначены для перевода блока 10 (фиг.1) соответственно в режим вычитания и суммирования, выходы (д и е) предназначены для запуска задатчиков 1 и 3 соответственно.

Первый арифметический блок 9 (фиг.4а) предназначен для выполнения операций суммирования поступающих кодов, последующего их усреднения, а также выполнения операции вычитания кодов. Арифметический блок 9 содержит блок 36 усреднения кодов, выполненный в виде последовательно соединенных блока 37 двух- входовых элементов И, сумматор 38 кодов, блок 39 двухвходовых элементов И и блока 40 деления кодов, счетчика 41 числа поступивших кодов, объединенного входом с входом сумматора 38 кодов, а выходом подключенного к второму входу блока 40 деления кодов и инвертора 42, входом объединенного с первым входом блока 37 элементов И и четвертым входом арифметического блока 9, выход инвертора 42 подключен к второму входу блока 39 элементов И, а блок 43 элементов И - к блоку 44 вычитания, первый вход арифметического блока 9 объединен с цифровым входом блока 37 элементов И, выход блока 40 деления кодов подключен к второму входу блока 44 вычитания. Второй вход арифметического блока 9 через блок 43 элементов И связан с первым входом блока 44 вычитания, выход которого соединен с выходом арифметического блока 9, третий вход которого объединен с первым входом блока 43 элементов И.

Арифметический блок 10 (фиг.4б) предназначен для выполнения операции независимого суммирования кодов, поступивших по двум независимым входам, последующего их усреднения, а также выполнения one- рации вычитания усредненных кодов. Кроме того, блок 10 содержит блоки 45 и 46 усреднения кодов, выполненные аналогично блоку 36, блок 47 элементов И и блок 48 вычитания кодов, причем первый и второй входы арифметического блока 10 соединены с цифровыми входами блоков 45 и 46 усреднения кодов, вторые входы которых соединены с четвертым входом арифметического блока 10, третий вход которого че- рез блок 47 элементов И соединен с первым входом блока 48 вычитания кодов, выход которого соединен с выходом арифметического блока 10, выходы блоков 45 и 46 усреднения кодов соединены соответственно с вторыми входами блока 48 вычитания кодов и блока 47 элементов И.

Суть определения основного ряда показателей качества электроэнергии заключается в том, что ж

Ux-,(1)

i 1

где Ux - среднеквадратическое значение исследуемого напряжения;

Uxo средневыпрямленное значение исследуемого напряжения ;

Uxi - среднеквадратическое значение i- й гармонической составляющей исследуемого напряжения.

Коэффициент пульсации определяется

из выражения

i

&

ui uio + E

кп

ихо

(2)

С учетом (1) выражение (2) принимает

Кп

t/l |2 i .2 J/Ux Uxo

U

хо

Отклонения и колебания напряжения определяются из выражений

V Uxo UH-100%:(4)

UH

av LUc pJJMHH .1QOo (5)

где UH - номинальное значение напряжения;

U макс - максимальное значение исследуемого напряжения;

U мин - минимальное значение исследуемого напряжения.

Коэффициент формы и коэффициент амплитуды являются показателями качества электроэнергии неосновного ряда. Указанные коэффициенты определяются из выражений

Кф

Ux

Uxo

(6)

Ка

Рмакс Ux

СО

510 1520

25

30

35

40

45

50

55

Устройство работает в трех режимах измерения: режим I - измерения коэффициента пульсации; режим М - измерения отклонении и колебаний напряжения; режим III-измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 9 подготовлен к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состояние, ячейки ло- гометра 13 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутстеует. В режиме измерения коэффициента пульсации (режим I) исследуемое напряжение поступает на вход АЦП 2. По команде с выхода д блока 4 управления задатчик 1 моментов измерения выдает за время Т0 число импульсов, равное п (фиг.2а), запускающих АЦП 2 в момент времени

t( n

где i 1,2п.

С приходом с задатчика 1 моментов измерения каждого из п импульсов на вход АЦП 2, осуществляется его запуск на преобразование мгновенного значения исследуемого напряжения в цифровой код (момент ti). Эти коды поступают на вход суммирующего счетчика 11 и квадратора 7 соотв етст- венно. За время измерения Т0 в суммирующем счетчике 11 образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения

Uxo /J°Uxi(t)dt.jl|,, (8)

где Uxi(t) - мгновенное значение исследуемого напряжения.

Код, пропорциональный напряжению ило, поступает в ячейку логометра 13 и фиксируется в ней (момент t). Одновременно с этим коды NI поступают в квадратор 7 (начиная с момента t2). После возведения в квадрат в квадраторе 7 коды

NI поступают на первый вход арифметического блока 9 (момент гз).

К моменту поступления n-го кода на выходе блока 36 усреднения кодов образуется код, пропорциональный квадрату текущего среднеквадратического значения исследуемого напряжения (момент ts)

Ux2-Јj A),

который поступает на второй вход блока 44 вычитания кодов.

В результате выполнения в арифметическом блоке 9 операции вычитания на его выходе в момент ti2 образуется код, пропорциональный квадрату отклонений исследуемого напряжения. После извлечения в блоке 12 из этого кода квадратного корня, в момент гтз результат поступает в логометр 13. Далее в логометре 13 осуществляется деление кода, пропорционального разноЪти исследуемого и номинального напряжений, на код, пропорциональный номинальному напряжению, в блоке 14 индикации фиксируется значение отклонения исследуемого напряжения V.

Одновременно с этим с момента te коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, где осуществляется сравнение кодов NI с номинальным кодом и выделение максимального NMSKCIM минимального Ммин кодов.

С выхода блока 5 коды Ымакс поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход, с выхода блока 6 - коды NMHHI. После выполнения в арифметическом блоке 10 операций алгоритма усреднения кодов (момент tg) и операции вычитания (мо- мент tn) на его выходе образуется код, пропорциональный разности максимального и минимального значений напряжения, фиксируемый в момент tn в ячейке логометра 13. После выполнения в логометре 13 операции деления этого кода на значение номинального кода в блоке 14 индикации будет зафиксирован результат, соответствующий колебанию исследуемого напряжения д V.

В режиме измерения отклонений и колебаний напряжения (режим I) устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 находится в нулевом состоянии. По выходу д блок 4 управле- ния запускает задатчик 1 моментов . измерения, который за время Т0 первого цикла измерения выдает п импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает задат

0

5

0

5

чик 3 номинальных значений напряжения, который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значения номинального сигнала DHI в цифровые коды NHi, которые, начиная с с момента ta (фиг.2б), поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту ы образуется код, пропорциональный номинальному напряжению

1 п

- 2 NHi, . В момент t4 этот код фиксируП| 1

ется в ячейке логометра 13.

Одновременно с этим преобразованием возведенные в квадрат в квадраторе коды NHi поступают на вход арифметического блока 9 (момент t3) для выполнения алгоритма усреднения, который завершается в момент ts. При этом на второй вход блока 44 вычитания кодов поступит код, пропорциональный квадрату номинального напряжения

ЈiNg,; .

С приходом (п +1)-го импульса с задат- чика 1 моментов измерения начинается второй цикл измерения длительностью Т0, в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения NI. начиная с момента te, поступают в суммирующий счетчик 11,

30 где к моменту ts образуется код

1 п ЈNi

П| -1

5

Q

5

0

5

В момент ts этот код возводится в квадрат в квздраторе 8 и при наличии на входе а арифметического блока 9 сигнала, разрешающего вычитание, через блок элементов И 43 поступает на первый вход блока 44 вычитания кодов.

В режиме измерения коэффициента амплитуды и коэффициента формы (режим 111) устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии арифметические блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состоянии. По выходу д блок 4 управления запускает задатчик 1 моментов измерения, который за время Т0 первого цикла измерения выдает п импульсов на запуск АЦП 2, а по выходу е запускает задатчик 3 номинальных значений напряжения, который выдает номинальное значение исследуемого сигнала. АЦП 2 преобразует значения номинального сигнала в цифровые коды NH), которые, начиная с момента t2 (фиг,2о), поступают в суммирующий счетчик 1 i, где к моменту ta образуется код, пропорциональный номи3

1 п

нальному напряжению- У NHI . В момент

п| 1

ta этот код фиксируется в ячейке логометра 13.

Фиг 26

Мв

С приходом (n+1)-ro импульса задат- чика 1 моментов измерения начинается второй цикл измерения длительностью Т0, в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения NJ, начиная с момента t4, поступают в суммирующий счетчик 11. где к моменту t образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения, фиксируемый в ячейке лого- метра 13.

Одновременно с этим преобразованием, коды NI поступают для возведения в квадрат в квадратор 7,

Далее коды N i, начиная с момента te, поступают на вход арифметического блока 9, в блоке 36 усреднения кодов которого выполняются операции алгоритма усреднения кодов. Поскольку на выходе а блока 4 управления, а следовательно, на первом входе блока 43 элементов И разрешающий сигнал будет отсутствовать, то на первом входе блока 44 вычитания кодов будет присутствовать код нуля. Тогда выходной код блока 36 усреднения кодов, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения, выпрямленного напряжения, будет повторен на выходе арифметического блока 9. В момент tg блок 12 произведет извлечение квадратного корня из этого кода, а в момент tio результат поступит в лого- метр 13. В результате деления кодов в логометре 13 согласно формуле (6) в блоке 14 индикации будет зафиксировано значение коэффициента формы исследуемого напряжения.

Одновременно с этим преобразованием, коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов, где осуществляется их сравнение с номинальным кодом и выделение максимального

NiviaKC i

С выхода блока 5 коды NMSKC i поступают на второй вход арифметического блока 10, а на его первый вход с выхода блока 6 - коды N мин i. После выполнения в блоках 45 и 46 усреднения кодов операций алгоритма усреднения максимального и минимального кодов, на второй вход блока 48 вычитания кодов с выхода блока 45 усреднения кодов поступит код, пропорциональный максимальному значению напряжения, а на первом входе блока 48 вычитания кодов будет присутствовать код нуля, ввиду отсутствия на первом входе блока 47 разрешающего сигнала (вход в). При этом выходной код блока 45 усреднения кодов, пропорциональный максимальному значению напряжения, повторяясь на выходе арифметического блока 10, поступит в лого- метр 13 (момент т,в). В результате деления

(момент tio) в логометре 13 данного кода на код, пропорциональный среднеквадратиче- скому значению напряжения (согласно формуле (7), в блоке 14 индикации будет

зафиксирован результат, соответствующий коэффициенту амплитуды исследуемого напряжения.

Таким образом, выполнение первого и второго арифметических блоков с двумя уп0 равняющими входами каждый, связанными с соответствующими выходами блока управления, имеющего шесть выходов, два из которых соединены соответственно с задатчиком моментов измерений и задатчи5 ком номинальных значений напряжения, позволило осуществить измерение и контроль как коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжений, так и измерение и контроль коэффициента фор0 мы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения, что обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства.

Формула изобретения

51. Мультиметр для контроля показателей качества электроэнергии, содержащий логометр, блок индикации, аналого-цифровой преобразователь, два квадратора, два арифметических блока, блок извлечения

0 квадратного корня, задатчик номинальных значений напряжения, задатчик моментов измерения, блок управления, суммирующий счетчик, блоки выделения максимального и минимального кодов, причем вход мульти5 метра соединен с первым входом аналого- цифрового преобразователя, выход которого через последовательно соединенные первый квадартор. первый арифметический блок, блок извлечения корня и

0 логометр соединен с входом блока индикации, вход первого квадратора соединен с входами блоков выделения максимального и минимального кодов и входом суммирующего счетчика, выход которого соединен с

5 вторым входом логометра и через второй квадратор - с вторым входом первого арифметического блока, выходы блоков выделения максимального и минимального кодов соединены соответственно с первым и вто0 рым входами второго арифметического блока, выход которого соединен с третьим входом логометра, первый выход блока управления соединен с управляющим входом задатчика номинальных значений напряже5 ния, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, второй выход блока управления соединен с управляющим входом задатчика моментов измерения, второй, третий ESMXO- ды блока управления соединены соотв тсгеенно с третьим,четвертым входами первого арифметического блока, пятый, шестой выходы - с третьим, четвертым входами второго арифметического блока, первый арифметический блок содержит блок усреднения кодов, блок элементов И и блок вычитания кодов, выход которого соединен с выходом первого арифметического блока, первый вход которого через блок усреднения кодов соединен с первым входом блока вычитания кодов, второй вход которого соединен с выходом блока элементов И, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого арифметического блока, четвертый вход которого соединен с вторым входом блока усреднения кодов, второй арифметический блок содержит два блока усреднения кодов, блок элементов И и блок вычитания кодов, выход которого соединен с выходом второго ариф- метического блока, первый и второй,входы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков усреднения кодов, выходы которых соединены с первыми входами соответст- венно блока вычитания кодов и блока элементов И, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания кодов, а второй вход - с третьим входом второго арифметического блока, четвертый вход ко- торого соединен со вторыми входами обоих блоков усреднения кодов.

2. Мультиметр поп,1 .отличающийся тем, что блок управления содержит блок выбора режима измерения, три счетчи- ка, два ждущих мультивибратора, четыре элемента ИЛИ, три кнопки, три триггера, генератор тактовых импульсов, три элемента И и элемент НЕ, причем синхровыход блока выбора режима измерения через по- следовательно соединенные первый счетчик и первый ждущий мультивибратор соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, а второй вход - с третьим выходом блока выбора режима

измерения и третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с четвертым выходом блока выбора режима измерения, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами блока выбора режима измерения, седьмой выход которого соединен с шестым выходом блока управления, второй выход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов, второй выход блока выбора режима измерения и выход элемента НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого соединен с пятым выходом блока управления, синхровходом блока выбора режима измерения, входом второго счетчика и первым входом второго элемента И, выход которого через третий счетчик соединен с S-входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с шестым и седьмым входами блока выбора режима измерения и вторым входом второго элемента И, прямой выход первого триггера через третий элемент И соединен с 4QTBepTbiM входом блока выбора режима измерения, третий выход которого соединен с входом элемента НЕ, вторым входом третьего элемента И и через второй ждущий мультивибратор - с выходом второго счетчика, входы сброса первого и второго триггеров, второго и третьего счетчиков и первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ через контакты первой кнопки соединены с общей шиной, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с выходом первого счетчика, а их выходы - соответственно с входами сброса первого счетчика и третьего триггера, выход которого соединен с первым и вторым входами блока выбора режима измерения, пятый вход которого соединен с выходом второго триггера, S-входы которого и третьего триггера соединены с контактами второй и третьей кнопок соответственно.

От 5л.8

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электроэнергии постоянного напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения и контроля коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напряжения. В устройстве, содержащем за- датчик 1 моментов измерения, аналого-цифровой преобразователь 2, задатчик 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального значений кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и 10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечения корня, логометр 13 и блок 14 индикации, арифметические блоки 9 и 10 оснащены дополнительными двумя входами а блок 4 управления - пятью выходами 1зп ф-лы,4 ил.

к$л.12

Ј

Фиг. Ч

&.

Фие.Ь$