Устройство для контроля среднеквадратического значения переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/02 

Ux(t}

:Ё

м

to

00

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах контроля переходных процессов в сетях переменного тока.

Целью изобретения является увеличение полноты контроля напряжения за счет определения амплитудных значений напряжения переходного процесса.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для контроля среднеквадратического значения переменного напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство {фиг.1) содержит датчик 1 напряжения, нуль-орган 2, аналого-цифровой преобразователь 3, переключатели 4-6 кодов, перемножитель 7, сумматор 8, генератор 9 опорной частоты, счетчик 10, запоминающие блоки (ПЗУ) 11 и 12, регистры 13-16, триггеры 17-21, импульсный элемент ИЛИ 22, дифференцирующий элемент 23 и элемент ИЛИ 24. Шина контролируемого напряжения подключена к входам нуль-органа 2 и датчика 1 величины напряжения, выход которого соединен с входом аналогоцифрового преобразователя 3. Тактовый вход аналого-цифрового преобразователя

3подключен к прямому выходу триггера 17, входу счетчика 10, входу синхронизации нуль-органа 2, второму адресному входу блока 12 и входу записи регистра 14, а выходы - к первым входам переключателей

4и 5 кодов и входам регистров 15 и 16. Вторые входы переключателей 4 и 5 кодов соединены соответственно с выходами разрядов счетчика 10 и выходами блока 11, а выходы - соответственно с первыми и вторыми входами перемножителя 7, вход записи которого подключен к выходу импульсного элемента ИЛИ 22 и С-еходам триггеров 18-20, а выходы - к первым входам сумматора 8. Вторые входы сумматора 8 соединены с выходами переключателя 6 кодов, выходы - с входами регистров 13 и 14, а выход знака - также с D-входами триггеров 18-20. Входы записи регистров 15 и 16 подключены соответственно к инверсному выходу триггера 18 и прямому выходу триггера 19, входы установки в О - к выходу дифференцирующего элемента 23, а выходы - соответственно к третьим и четвертым входам переключателя 6 кодов, первые и вторые входы которого соединены с выходами соответственно регистров 13 и 14. Выход генератора 9 опорной частоты подключен к первому адресному входу блока 12. первому входу импульсного элемента ИЛИ 22 и С-входу триггера 17, инверсный выход которого соединен с его D-входом.

Третий адресный вход запоминающего блока 12 подключен к выходу нуль-органа 2 и первому адресному входу блока 11, а выходы - соответственно к второму адресному

входу блока 11. входам управления переключателей 4-6 кодов и сумматора 8, входу установки в начальное состояние счетчика 10, входу установки в О регистра 14, второму входу импульсного элемента ИЛИ 22, S0 входу триггера 1,8, R-входам триггера 19 и 20, С-входу триггера 21, первому входу элемента ИЛИ 24, входу дифференцирующего элемента 23 и входу записи регистра 13, 5-вход триггера 21 соединен с инверсным

5 выходом триггера 20, D-вход - с общей шиной, а прямой выход - с вторым входом элемента ИЛИ 24, выход которого подключен к входу установки в О регистра 13. Устройство работает следующим обра0 зом.

Контролируемое напряжение Ux(t) с периодом Тх нормируется датчиком 1, после чего поступает на входы нуль-органа 2 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

5 3. Нуль-орган 2 формирует импульсный сигнал с периодом следования Тх, тактируемый сигналом с выхода триггера 17, производящего деление на 2 опорной частоты следования импульсов с выхода генератора 9

0 (фиг.1в,б,а). Генератор 9, триггер 17 и нульорган 2 формируют текущий адресный код обращения блока 12 (фиг. 1а, б, в), управляющему работой устройства контроля переменного напряжения в соответствии с

5 временными диаграммами на фиг.2. Информация, соответствующая этим диаграммам, записывается в блоке 12 предварительно.

Последовательность импульсов на прямом выходе триггера 17 является также тактовой для АЦП 3. В последнем в течение очередного текущего периода, например Tot (фиг. 16) следования импульсов с прямого выхода триггера 17 осуществляется по перепаду напряжения на прямом выходе триггера 17 из О в Г - выборка мгновенного значения Ui входного напряжения Ux(t) в текущей точке его текущего периода Txj, по перепаду из 1 в О - кодирование Ui, а по следующему перепаду из О в 1 - результат кодирования Ni KUi, где К - коэффициент пропорциональности, фиксируется в выходном регистре АЦП 3, который в этот же момент времени, совпадающий с началом следующего периода То(с + 1)

5 следования импульсов на выходе триггера 17 (фиг.1б), производит выборку следующего значения U(H-I) входного сигнала Ux(t),

В течение первой четверти ri(i-n) периодз То(н-1) (фиг.1а,б) перемножителем 7 осуществляется перемножение кодов NI и

константы единицы, подключаемых к входам перемножителя 7 коммутаторами 4 и 5 соответственно (фиг.1г,д) с выходов соответственно АЦП 3 и блока 11 (фиг. 1 в,е). В конце Ti{i-n) под управлением положительного перепада сигнала с выхода импульсного элемента ИЛИ 22 (фиг.1з) результата перемножения NI фиксируется в выходном регистре перемножителя 7.

В течение второй четверти Ti(i4i) периода To() (фиг.la,б) сумматором 8, включаемым в режим вычитания- (фиг.1г), осуществляется вычитание из NI кода Nmax(i+i) максимального значения Ux(t} за предыдущие точки его дискретизации в текущем периоде Txj, подключаемого к входам сумматора коммутатором 6 с выходов регистра 15 (фиг.1 и. к). При NI -Nmaxd-i) на знаковом выходе сумматора 8 формируется нулевой потенциал, который обеспечивает при появлении импульса на выходе импульсного элемента ИЛИ 22 в конце 15(1+1) (фиг. 1з) установление триггера 18 в нулевое состояние. В едмничное состояние триггер 18 возвращается в конце третьей четверти гз(1+1) периода To(i+i) (фиг. 1а. б) под воздействием нулевого потенциала, поступающего на его S-вход с выхода блока 12 (фиг. 1м) и удерживается этим потенциалом в единичном состоянии до второй четверти следующего периода на выходе триггера 17. Положительный перепад напряжения на инверсном выходе триггера 18 при его переходе в нулевое состояние в конце г2(и-1) приводит к записи в регистр 15 кода Ni с выхода АЦП 3. При Ni Nmax(i-i) на знаковом выходе сумматора 8 в процессе вычитания Nm8x(i-i) из NI в течение Г2{1+1) формируется единичный потенциал, не приводящий к изменению состояния триггера 18. При этом в регистр(е 18 остается код NmaxO-i).

В течение Г2((+1) перемножителем 7 осуществляется перемножение NI с константой единицы и в конце T2(i+i) результат перемножения NI фиксируется в выходном регистре перемножителя 7 (фиг.1з).

В течение третьей четверти тз(и-1) периода To(n-i) (фиг.la,б) сумматором 8, включаемым в режим вычитания (фиг.1 г) осуществляется вычитание из Ni кода Nmin(i-i) минимального значения Ux(t) за предыдущие точки его дискретизации в течение периода TXJ. подключаемого к входам сумматора коммутатором 6 с выходов регистра 16 (фиг.1 и, к). При NI Nmin(i-i} на знаковом выходе сумматора 8 формируется единичной потенциал, обеспечивающий при появлении импульса на выходе элемента ИЛИ 22 в конце ) (фиг.1з) установление триггера 19 в единичное состояние. В нулевое состояние триггер 19 возвращается в конце То(1+1) нулевым потенциалом на его R-входе с выхода ПЗУ 12 (фиг.1н).

Положительный перепад напряжения на прямом выходе триггера 19 при его установке в Г в конце гз(|-ц) приводит к записи в регистре 16 кода Ni с выхода АЦП 3. При Ni NminO-1) на знаковом выходе сумматора 8 в

процессе вычитания Nmin(i-i) из NI в течение 73(1+1) формируется нулевой потенциал, не приводящий к изменению состояния триггера 19 и регистра 16.

В течение тз(+ перемножителем 7 осуществляется перемножение кода NI, подключаемого к входам перемножителя 7 переключателями 4 и 5 (фиг.1г,д) самого на себя. В конце Щ+) результат перемножения Ni фиксируется в выходном регистре

перемножителя 7 (фиг.1з).

В течение четвертой четверти ГА (i-t-i) периода To(i+i) (фиг.la,б) сумматором 8, включаемым в режим сложения (фиг.1 г), осуществляется сложение Ni с суммой

квадратов мгновенных значений Ux(t) за предшествующие (1-1) тонки его дискретизации в текущем периоде Txj, подключаемой к входам сумматора 8 переключателем 6 (фиг.1 и,к) с выходов регистра 14. В конце

Т4(|+1) результат суммирования переносится в регистр 14 (фиг. 16),

И так далее до конца текущего периода TXJ контролируемого сигнала Ux(t). При этом к концу Tx(t) в регистре 14 устанавливается

код

NV У N «-4- К Y Ux(t) dt. (1)

о

где п Тх/То 1, а в регистрах 15 и 16

соответственно положительное и отрицательное амплитудные значения Ux(t) за его текущий период.

В счетчике 10 в течение текущего периода Txj контролируемого сигнала подсчитываются по отрицательным фронтам импульсы с выхода триггера 17. При этом к концу Txj в нем накапливается число п. В четвертой четверти каждого текущего периода следования импульсов на выходе триггера 17 (фиг.1а,б) текущий код с выходов счетчика 10 умножается умножителем 7 на константу единицы, после чего фиксируется в выходном регистре перемножителя 7 (фиг.1з). Таким образом, к моменту формирования на выходе нуль-органа положительного импульса Ги (фиг.1б), указывающего на окончание текущего периода Txj контролируемого сигнала Ux(t), на выходах умножителя 7 фиксируется код п.

В течение первой четверти riu по длительности импульса Гц на выходе нуль-органа 2 (фиг.1в)сумматрром 8, устанавливаемым в режим сложения (фиг.1г, осуществляется прибавление кода п к коду длительности переходного процесса до периода TXJ, подключаемого к входам сумматора 8 переключателем 6 (фиг.1 и,к) с выходов регистра 13. В конце Г1и результирующий код суммы переносится в регистр 13 (фиг.1е).

В течение Пи перемножителем 7 осуществляется перемножение п с кодом (-Nomin) инверсии опорного минимального уровня среднеквадратического значения напряжения для установившегося режиме, подключаемых к входам умножителя 7 переключателем 4 и 5 соответственно (фиг.1г,д) с выходов соответственно счетчика 10 и блока 11 (фиг.1в,е). В конце Пи результат перемножения (-nNomin) фиксируется в выходном регистре умножителя 7 (фигИз).

В течение второй четверти по длительности импульса на выходе нуль-органа 2 (фиг.1 в) перемножителем 7 осуществляется перемножение п с кодом Nomax опорного максимального уровня среднеквадратического значения напряжения для установившегося { ежима с выходов блока 11 (фиг. 1 в,е) и результат перемножения в конце 72и фиксируется на выходах умножителя 7.

В течение Tiu сумматором 8, включенным в режим сложения (фиг.1 г), осуществляется сложение (-nNomtn) с кодом NU с выхода регистра 14. а в течение третьей четверти гзи по длительности и|лпульса с выхода нуль-органа 2 (фиг.1 в), когда сумматор включается в режим вычитания (фиг.1 г), вычитание NU из nNo max. При выполнении хотя бы одного из условий

К

NU я No mln (- / Ux (t) dt No mln) , так ix 0

как ТоП TX или

1/2 Тх

No n No max (- J Ux (t) dt No max) ,на

X о

знаковом выходе сумматора 8 появляется единичный потенциал - к концу Т2и при

NU NO или к концу ГЗи при NU NO max.

птвоятощнЛ установку триггера 20 в едиHf moe состояние ближайшим положитедьнь фронтом импульса с выхода элемента ЫШ 22 (фиг.1 з,п). В конце fu сигналом с выхода блока 12 триггер 20 по Я-аходу (фиг.1а) возвращается в нулевое состоянш и удерживается в нем зтим сигналом до следующего импульса с выхода нуль-органа 2. Появление положительного импульса на прямом выходе триггера 20 (фиг.1п) указывает на прохождение переходного процесса в контролируемой сети, наличие на выходах регистра 13 кода длительности переходного процесса к текущему моменту времени, а на

выходах регистров 14 и 15 соответственно положительной и отрицательной амплитуд контролируемого сигнала за его последний прошедший период.

В начале гзи триггер 21 положительным

0 фронтом сигнала с выхода блока 12 (фиг.1 о) устанавливается в нулевое состояние (фиг.1р), однако при установке триггера 20 в единицу (на инверсном входе - нулевой потенциал) по S-входу возвращается в

5 единичное состояние. При зтом на выходе элемента ИЛИ 24 имеет место неизменный положительный потенциал (фиг.1с).

При nNo mln NU n NO max (переходной процесс отсутствует) ни к концу Г2и, ни к

0 концу тзи единичный потенциал на выходе сумматора 8 не устанавливается, что приводит к неизменности нулевого состояния триггера 20. При этом устанавливаемый в начале тзи триггер 21 в нуль (фиг.1о) остается в этом состоянии и в течение Г4и (фиг. 1 в), что приводит к появлению на выходе элемента ИЛИ 24 отрицательного импульса (фиг. 1с), сбрасывающего регистр 13 в нулевое состояние.

В течение Г4и регистр 14 и счетчик 10 устанавливаются соответственно в нулевое состояние и состояние 0...0,Г (фиг.1л), а в конце Г4и регистры 15 и 16 - в нулевое

5 состояние (фиг. 1т). и устройство приступает к исследованию сигнала Ux(t) по его следующему периоду. Следует отметить, что начальным состоянием счетчика 10 выбирается не нулевое, а 0...01, так как отрицательный фронт импульса с выхода триггера 17 в течение т остается неучтенным. Формула изобретения Устройство для контроля среднеквад- , ратического значения переменного напряжения, содержащее датчик напряжения, нуль-орган, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй переключатели кодов, перемножитель. сумматор, генератор опорной частоты, первый, второй и третий

триггеры, счетчик, первый запоминающий блок, первый регистр, импульсный элемент ИЛИ и элемент ИЛИ, причем шина конт полируемого напряжения подключена к входам нуль-органа и датчика напряжения,

5 выход которого соединен с входом аналого14иф(хтого преобразователя, тактовый вход аналого-цмфрового. преобразователя подключен к входу счетчика и входу синхронизации нуль-органа, а выходы - к первым

входам первого и второго переключателей кодов, вторые входы второго переключателя кодов соединены с выходами первого запоминающего блока, а выходы первого и второго переключателей кодов подключены соответственно к первым и вторым входам перемножителя, вход записи которого соединен с выходом импульсного элемента ИЛИ, а выходы - с первыми входами сумматора, С-вход и D-вход второго триггера подключены соответственно к С-входу и О-входу третьего триггера, отличающеес я тем, что, с целью увеличения полноты контроля напряжения за счет определения амплитудных значений напряжения переходного процесса, в него введены третий переключатель кодов, второй запоминающий блок, второй, третий и четвертый регистры, четвертый и пятый триггеры и дифференцирующий элемент, причем вторые входы первого переключателя кодов подключены к выходам разрядов счетчика, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами третьего и четвертого регистров, входы записи которых подключены соответственно к инверсному выходу второго и прямому выходу третьего триггеров, входы установки в О - к выходу дифференцирующего элемента, а выходы соответственно к третьим и четвертым входам третьего переключателя кодов, первые и вторые входы последнего соединены с выходами соответственно первого и второго регистров, а выходы с вторыми входами сумматора, выходы которого подключены к

входам первого и второго регистров, а выход знака - также к D-входам второго и четвертого триггеров, выход генератора опорной ча.стоты соединен с С-входом первого триггера, первым адресным входом второго запоминающего блока и первым входом импульсного элемента ИЛИ, выход которого подключен к С-входам второго и четвертого триггеров D-вход первого триггера соединен с его инверсным выходом, а прямой выход - с тактовым входом аналогоцифрового преобразователя, входом записи второго регистра и вторым адресным входом второго запоминающего блока, третий

адресный вход которого подключен к выходу нуль-органа и первому адресному входу первого запоминающего блока, а-выходы соответственно - к второму адресному входу первого запоминающего блока, входом

управления первого, второго, третьего переключателей кодов и сумматора, входу установки в начальное состояние счетчика, входу установки в О второго регистра, второму входу импульсного элемента

ИЛИ, S-входу второго триггера, R-BXOдам третьего и четвертого триггеров, Свходу пятого триггера, первому входу элемента ИЛИ, входу дифференцирующего элемента и входу записи первого регистра,

S-вход пятого триггера соединен с инверсным выходом четвертого триггера, D-вход - с шиной, а прямой выход - с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в О первого регистра.

.jn.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах контроля переходных процессов в сетях переменного тока. Устройство для контроля среднеквадратического значения напряжения содержит датчик 1 напряжения, нуль-орган 2, аналого-цифровой преобразователь 3. переключатели 4-6 кодов, перемножитель 7, сумматор 8, генератор 9 опорной частоты, счетчик 10, запоминающие блоки 11 и 12, регистры 13-16, триггеры 17-21, импульсный элемент ИЛИ 22, дифференцирующий элемент 23, элемент ИЛИ 24. 2 ил.

,JLJLJIJLJLJLJL JLJLJLJ

1

LJT

u

1-J-

и