Устройство для измерения угла сдвига фаз Советский патент 1993 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между напряжением сети и током нагрузки электрических сетей.

Известно устройство для измерения угла фазового сдвига - содержащее два форм иргующихтблока, элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ,; временной селектор, генератор тактовых .импульсов, первый и второй счетчики импульсов, первый и второй регистры, блок деления кодов, цифровой индикатор, третий счетчик импульсов, компаратор, делитель частоты, дешифратор.

Приведенное устройство, обладая высоким быстродействием и точностью измерения угла сдвига фаз двух периодических сигналов при измерении угла сдвига фаз между напряжением сети и током нагрузки электрических сетей, не отображает знак реактивной мощности в сети.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой фазометр, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, делитель частоты, компаратор, регистр, дешифратор, цифровой индикатор снабжен датчиком напряжения и датчиком тока, нагруженным на два резистора, нуль-органом, вторым компаратором, двумя D-триггерами и двумя знаковыми индикаторами регистра- .ции соответственно индуктивного и емкостного тока нагрузки в электрической сети, первой и второй схемой совпадений: при этом входы формирователя прямоугольных импульсов подключены к выходам датчика напряжения, входы компараторов подключены к выходам датчика тока, который нагружен на два резистора, средняя точка которых соединена с общими входами компараторов тока и одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, выход которого соединен со входом нуль-органа и третьими входами первой и второй схем совпадения, выход нуль-органа подключен к входу установки в нуль счетчи ка, входам синхронизации D-триггеров регистрации знака реактивной мощности в сети и через делитель частоты со входом разрешения записи регистра; D-входы D-триггеров и первые входы первой и второй схем совпадения подключены к выходам (соответственно) компараторов соответственно индуктивного и емкостного каналов; знаковые индикаторы соединены с прямыми выходами, а вторые входы первой и второй схем совпадения подключены ко входу разрешения Е генератора тактовых импульсов, выход которого соединен со входом +1 счетчика импульсов, информационные входы регистра

подключены к двоичным выходам счетчика; n-разрядный цифровой индикатор через дешифратор соединен с выходом регистра.

Сопоставительный анализ с прототипом показал соответствие заявленного тех0 нического решения критерию Новизна.

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной о б- ласти техники показывает, что блоки формирователь прямоугольных импульсов,

5 генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, делитель частоты, компаратор, регистр, дешифратор, цифровой индикатор известны/Однако при введении вуказанной связи с остальными элементами схемы в

0 заявленном устройстве вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей устройства, поэтому заявленное техническое решение соответствует крите5 рию Существенные отличия.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы на примере синусоидальных напряжений сети и тока нагрузки, поясняю0 щие работу устройства.

Устройство содержит датчик 1 напряжения фазы, датчик тока 2 той же фазы, нагруженный на два резистора R 3,4, формирователь прямоугольных импульсов

5 5, нуль-орган 6. фиксирующий начало положительной полуволны сетевого напряжения, компараторы 7 и 8 с триггерами 9 и 10 и знаковыми индикаторами 11 и 12 регистрации соответственно индуктивного и емко0 стного тока нагрузки в электрической сети, первую 13 и вторую 14 трехвходовые схемы совпадений, генератор тактовых импульсов 15. суммирующий счетчик импульсов 16, делитель частоты 17, осуществляющий запись

5 информации в регистр 18, дешифратор 19 преобразования выходного двоичного числа состояний счетчика импульсов 16 в код трехразрядного цифрового индикатора 20, отображающего текущее значение угла

0 сдвига фаз между напряжением сети и током нагрузки. Причем, входы формирователя прямоугольных импульсов 5 подключены к выходам датчика напряжения 1, входы компараторов 7 и 8 подключены к выходам

5 датчика тока 2. нагруженного на два резистора R 3 и 4, средняя точка которых соединена с общими входам компараторов тока 7 и 8 и одним из входов формирователя прямоугольных импульсов 5. выход которого соединен со входом нуль-органа 6 и третьими

входами первой 13 и второй 14 схем совпадения, выход нуль-огана 6 подключен ко входу установки в нуль счетчика импульсов 16, входам синхронизации D-триггеров 7 и

8 регистрации знака реактивной мощности в сети и через делитель частоты 15 со входом разрешения записи регистра 16; D-вхо- ды D-триггеров 9 и 10 и первые входы первой 13 и второй 14 схем совпадения подключены к выходам компараторов 7 и 8 соответственно, знаковые индикаторы 11 и 12 соединены с прямыми выходами, а вторые входы первой 13 и второй 14 схем совпадения - с инверсными выходами D-триггеров

9 и 10 индуктивного и емкостного каналов соответственно, выходы первой 13 и второй 14 схем совпадения подключены ко входу разрешения Е генератора тактовых импульсов 15, выход которого соединен с суммирующим входом счетчика импульсов 16; информационные входы регистра 18 подключены к двоичным выходам счетчика 16; трехразрядный цифровой индикатор 20 через дешифратор 19 соединен с выходом регистра 18..

Устройство работает следующим образом.

При включении датчиков напряжения 1 и тока 2, выходной сигнал датчиков тока 2, фиксируемый в момент прохождения начала положительной полуволны сетевого напряжения через нулевое значение (фиг.2 IM.Us.Ue). является источником наличия и знака фазового рассогласования между напряжением сети и током нагрузки: нет рассогласования - сигнал на выходе датчика равен нулю (фиг.2, моменты времени t4, ts, te, tg): имеет место д ефицит реактивной мощности в энергосистеме (индуктивное рассогласование) - в вышеуказанный момент времени есть сигнал логической еди- ницьГ на входе компаратора 7 (рис.2, моменты времени to, ta); при избытке реактивной мощности (емкостное рассогласование) - есть сигнал логической единицы -на входе второго компаратора 8 (фиг.2, момент времени te); величина его в пределах минимального порога чувствительности компараторов 7 и 8 не имеет значения. При этом сформированный нуль-органом 6 импульс, совпадающий по фазе с началом прохождения положительной полуволны сетевого на- пряжения через нулевое значение, поступает на входы синхронизации триггеров 9 и 10, на D-входах которых присутствует сигнал логической единицы или логического нуля с входа соответствующего компаратора: при этом на входе одного из компараторов 7 или 8 при отсутствии баланса реактивной мощности в сети имеется сигнал логической единицы переключения порога компаратора и соответствующий . знаковый индикатор (11 или 12) отобразит 5 знак реактивной мощности в электрической сети. Одновременно, при индуктивном характере нагрузки (фиг.2, моменты времени to, t2) разрешающие логические уровни появятся на всех трех входах первой логической

0 схемы совпадений 13, ас выхода ее высокий логический уровень разрешит работу генератора тактовых импульсов 15, с выхода которого, в свою очередь, импульсы начнут поступать на суммирующий вход счетчика

5 16, увеличивая его двоичное состояние до тех пор, пока выходной сигнал с компаратора 7 не переключится на противоположный, останавливая работу генератора тактовых импульсов 15 (фиг.2, моменты време-.

0 ни ti, 13), при этом разность to-ti и t2-t3 (фиг.2) между фронтом импульса Кз и фронтом импульса и5(фиг.2, моменты времени ti, 13) будет определять время, в течение которого импульсы с генератора тактовых им5 пульсов 15 проходят на суммирующий вход счетчика 16, увеличивая его двоичное состояние от 0,00 до фактического рассогласования в электрической сети между напряжением сети и током нагрузки; при

0 емкостном характере нагрузки разрешающие логические уровни появятся на всех трех входах второй логической схемы совпадений 14 (рис.2, момент времени te), высокий логический уровень с выхода элемента

514 разрешит работу генератора 15; далее работа устройства происходит аналогично рассмотренному выше для индуктивного характера нагрузки; при этом разность во времени te-t (фиг.2) между срезом импульса Us

0 и фронтом импульса Us определяет время, в течение которого генератор 13 будет вырабатывать импульсы записи в счетчик 16, уве- личивая его двоичное состояние. С

5 интервалом времени, определяемым блоком делителя частоты 17, выходное двоичное число счетчика 16 переписывается в регистр 18, отображая через дешифратор 19 на цифровом индикаторе 20 числовое значе0 ние угла сдвига между напряжением сети и током нагрузки в электрической сети. Как было указано выше, знак реактивной мощности при этом отображается соответствующим знаковым индикатором 11 и 12.

5

Использование данного изобретения позволит расширить функциональные возможности цифрового фазометра при и зме- рении угла сдвига между напряжением электрической сети и током нагрузки.

Формула изобретения Устройство для измерения угла сдвига фаз, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, делитель частоты, компаратор, регистр, информационными входами соединенный с информационными выходами счетчика импульсов, дешифратор, цифровой индикатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно снабжено датчиком напряжения и датчиком тока, между выходными зажимами которого включено два последовательно соединенных резистора, нуль-органом, вторым компаратором, двумя О-триггерами и двумя знаковыми индикаторами регистрации соответственно индуктивного и емкостного тока нагрузки в электрической сети, первой и второй схемами совпадения, при этом входы формирователя прямоугольныхимпульсов подключены к выходам датчика напряжения, входы компараторов подключены к выходам датчика тока, который нагружен на два резистора,

средняя точка которых соединена с общими входами компараторов тока и одним из входов формирователя прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом нуль-органа и первыми входами первой и второй схем совпадения, выход нуль-органа подключен к входу установки в О счетчика, входам синхронизации D-триггеров регистрации знака реактивной мощности в сети и через делитель частоты - с входом разрешения записи регистра, D-входы D-триггеров и вторые входы первой и второй схем совпадения подключены к выходам компараторов соответственно индуктивного и емкостного каналов, знаковые индикаторы соединены с прямыми выходами, а третьи входы первой и второй схем совпадения - с инверсными выходами D-триггеров индуктивного и емкостного каналов соответственно, выходы первой и второй схем совпадения подключены к входу разрешения генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом+Т счетчика импульсов, п-разрядный цифровой индикатор через дешифратор соединен с выходом регистра.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига .фаз между напряжением сети и током нагрузки электрических сетей. Цель - расширение функци- ональных возможностей устройства. Устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов 5, генератор тактовых импульсов 15, счетчик импульсов 16, делитель частоты 17. компаратор 7, регистр 18, дешифратор 19, цифровой индикатор 20. Новым в устройстве является то. что оно снабжено датчиком напряжения 1 и датчиком тока 2, между выходными зажимами которого включено два последовательно соединенных резистора 3,4, нуль-органом 6, вторым компаратором 8, двумя D-триггера- ми 5 и 6 и двумя знаковыми индикаторами регистрации 11, 12 соответственно индуктивного и емкостного токов нагрузки в элек- . трической сети, первой 13 и второй 14 схемами совпадений. 2 ил.

%/

у А А А А / / / г

У V/ V У Л/ 7 у г

г-г

А/Л

-С--ЈЈ

Фиг.1

Составитель В. Бутко

Редактор Г. БельскаяТехред М.Моргентал Корректор М. Керецман

Заказ 348Тираж Подписное

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

/

Г4 «о +У - -#У