Цифровое устройство для измерения несимметрии напряжений Советский патент 1983 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к электроиз, мерительной технике, а именно к устройствам измерения несимметрии напряжений трехфазных систем.

Известно цифровое устройство для измерения несимметрии напряжений, :содержащее три преобразователя аналог - код, делители частоты, задатчик кодов,-множительные блоки, четыре реверсивных.счетчика, квадратор, арифметическое устройство и другие вычислительные элементы 1.

К недостаткам устройства сГледует отнести сложность и пониженную точность из-за необходимости измерений мгновенных значений напряжений, измерения частоты и выработки кодов ортогональных гармонических функций.

Наиболее близким по технической Сущности к предлагаемому является устройство для измерения несимметрии напряжений , содержащее ком1- утатор фаз, фазосдвигающий б.пок, два регистрирующих блока, преобразователь аналог - код, блоки умножения, реверсивные счетчики, задатчик кодов, определитель знака, квадратор, делител нуль - орган, блок управления 21. Недостатками известного устройст.ва являются его сложность и низкая

точность. Сложность обусловлена не-: обходимостью выработки или хранения значений.. sinoJp t и СОБ(, необходимостью получения частоты стробирования UUf.;, равной частоте сети (и , и большим числом довольно сложных цифровых блоков. Низкая точность обусловлена следуклаими факторами. Изменение аргумента стробирующих

10 функций ) должно идти синхронно с изменением фазы сетевого напряжения на протяжении каждого полупериода. Погрешность, вызываемая несинхронностью реального устройства сле15жения , сопровождается погрешностью определения несимметрииi

В устройстве предусмотрено измерение и преобразование мгновенных значений напряжений фаз. Это предъяв20ляет высокие требования к преобразователям аналог - код и увеличивает результирующие погрешности за счет динамических- составляющих.

Кроме перечисленных погрешностей,

25 существенными будут также погреаиности нуль-органа и фазосдвигающего блока.

При умножении сетевой синусоиды на стробирующую функцию возникает вто30рая гармоника.

Эта гармоника также обусловливает погрешность в определении амплитуд симметричных составляющих. Наконец, дискретный характер стрЛирующих ( нормирующих функций вызывает погрешность дискретизации за счет конечного числа точек отсчета на периоде.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функционсшьных возможностей измерителя.

Поставленная цель достигается тем что в цифровое устройство для измерения несимметрии напряжений, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, коммутатор фаз, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП}, блок управления и цифровой вычислительный и регистрирующий блок, введены последе вательно соединенные фильтр первой гармоники и выделитель среднего значения модуля напряжения переменного тока (BMJ, причем выход коммутатора фаз сое цинен с входом фильтра первой гармоники, выход ВМ через АЦП соединен с входом цифрового вычислительного и регистрирующего блока, который соединен с блоком управления.

Цифровой вычислительный и регистрирующий блок(.ЦВРБ состоит из последовательно соединенных преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов, мультиплексера набора ключей для ввода цифр и микрокалькулятора.

Блок управления состоит из последовательно соединенных блока выработки счетных импульсов, двоичного счетчика, блока памяти и трех дешифраторов, причем выходы дешифратора цифр подключены к входам мультиплексере цифрового вычислительного и регистрирующего блока,выходы дешифратора команд управления подключены к управляющим входам коммутатора фаз, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов цифрового вычислительного регистрирующего блока и блока выработки счетных импульсов , выходы дешифраторов команд микрокалькулятору.подключены к управляющим входам ключей ввода команд, а выходы ключей подключены к входам микрокалькулятора цифрового вычислительного и регистрирующего блока калькулятора.

На чертеже представлена структурная схема цифрового устройства для измерения неси лметрии напряжений.

Устройство содержит разделительный трансформатор 1, коммутатор 2 фаз, фильтр 3 первой гармоники, выделитель 4 среднего значения модуля напряжения переменного тока, аналого-цифровой преобразователь .АЦП

5, вычислительный и регистрирующий блок и блок управления, В вычислительный и регистрирующий блок входят преобразователь б двоичного кода в двоично-десятичный, стробируемые дешифраторы 7 десятичных разрядов,

мультиплексер 8, набор 9 ключей ввода цифр, микрокалькулятор 10, В блок управления входят блок 11 выработки счетных импульсов, двоичный счетчик 12, блок 13 памяти, дешифратор цифр 14-1, дешифратор команд микрокалькулятору 14-2, дешифратор команд управления 14-3, набор 15 ключей ввода команд.

Устройство, работает следующим образом.

При подаче пускового импульса П (от кнопки или элемента АСУ) счетчик 12 устанавливается в исходное состояние,аблок 11 начинает выдавать импульсы на счетный вход счетчика 12. Разрядные шины счетчика 12 соединены с адресными шинами блока 13 памяти, в который предварительно записывается программа функционирования устройства измерения. Четыре информационные шины блока 13 памяти соединены с входами дешифратора 14-1, а остальные четыре - с входами дешифратора 14-2. Первое состоя-, ние счетчика 12 обеспечивает выдачи информации из первой ячейки блока памяти, второе состояние - из второй и т.д. Если в ячейке записана десятичная цифра (от нуля до 9), то она выделяется дешифратором 14-1. С одного из выходов дешифратора 14-1 сигнал поступает на соответствующий элемент ИЛИ мультиплексера (мультиплексер 8 содержит 10 элементов ИЛИ, кажда й из которых .имеет 5 входов и далее через соответствующий ключ набора 9 в микрокалькулятор 10. Команды микрокалькулятору декодируются дешифратором 14-2, а команды остальным блокам - дешифратором 14-3.

Тракт, состоящий из элементов 1-9 обеспечивает в последовательности, определяемой занесенной в блок 13 памяти программой, ввод в микрокалькулятор трех четырехразрядных десятичных чисел значений напряжений контролируемой сети. Число разрядов десятичных чисел при необходимости может быть увеличено.

. Состав программы, вносимой в блок памяти, зависит от числа рассчитыва- емых показателей несимметрии и ис-, пoльзye ыx расчетных формул. В блоке памяти должны использоват ься постоянные запоминающие устройства (ППЗУ), не теряющие занесенной информации при исчезновении питающего напряжения {например, nsv типа 155РЕЗ 1ли ППЗУ типа К. 558 PPl). ,

Основными показателями несиммет рии являются относительные значения напряжений обратной последовательности Цх и прямой последовательностиО4 а также коэффициент несимметрии

.Расчет указанных напряжений может еЗыть выполнен по формулам t , X

.

-/6U,A-I

.

где . V31uSto Jbc-Uca i crt)t)c

i 4a 2 UabUtoc-uSv,-Uto);

Ug,U|j,Ugg - линейные напряжения

контролируемой ceTHj и,, - номинальное напр5исение.

Расчет по указанным может быть выполнен с помощью, например, микрокалькулятора Электроника 53-21, имеющего, кроме операционных, шесть регистров памяти. Это позволяет не вводить дополнительного блока naijSTH для хранения промежуточ ных-результатов вычислений. При построении алгоритма функционирования устройства может быть также использована способность электроники БЗ-21 хранить в памяти до 60 команд вычислений. В этом случае программа выглядит следующим образом. Первые 95 слов обеспечивсоот ввод ,в микро- калькулятор (Ж из ЗУ программы вычисления и2. (60 команд мк; . Следующие 37 слов обеспечивают ввод в МК из ЗУ величины от АЦП трех модулей линейных напряжений. Команды а Ь, с от дешифратора 14-3 обеспечиг вают выбор одного из трех линейных напряжений, команда d запускает АЦП, выдаваемые последовательно во время команды е, f, g, h .передают в МК четыре десятичные цифры величины напряжения. Последующие две команды .МК обеспечивают выполнение им программы вычислений (г и занесение полученного значения в один из регистров памяти. Команда i отдешифратора 14-3 прекращает подачу импульсов от блока 11 на .время расчета О. После окончания установленной выдержки времени блок 11 начинает выдавать импульсы с увеличенным периодам следования для расчета величин y,dv, и занесения их в регистры памяти. Для этого требуется еще 22 слова. Таким образом, 156 слов достаточно для pea лизации цикла измерений и вычислений. Например, ППЗУ типа К558РР1 емкостью 2048 бит может хранить 256 слов. Выдача счетных импульсов блоком 11 прекращается при поступлении от дашифратора 14-3 (после декодирования последнего слова программы)

команды, э. При этом на индикаторе МК отображается значение Для отсчета значений Uo. и 0ч нужно их вызвать из памяти МК на индикатор нажатием соответствую14Их клавиш МК. Цикл измерений и вычислений повто-, ряетсяпри подаче сигнала П.

Предлагаемое устровство для измерения несимметрии напряжений имеет лишь три элемента, вносшцих

o погрешности: кок «утатор 2, выделитель 4 модуля и АЦП 5. Разрядность цифровой части устанавливается такой, чтоаа погрешность вычислений была пренебрежимо мала по сравнению

5 с погрешностью аналоговой частя. Современные ключевые схемы на микросхемах (например, серии К101, К124) обладеаук весьма vsaoBiam остаточными параметраг«шг что позволяет, снизить погрешность, вносимую ими,

0 до значений 0,01% от величины коммутируемого напряжения. Такого же порядка погрешность выделителя модуля, построенного на операционных усилителях.Влияние искажений формы

5 кривой напряжения исключается за счет введения полосового фильтра пер вой гармоники. Погрешность простого по устройству АЦП широкого применет 1ния с двойным интегр11рованием, име0|ю1дего 10 разрядов, составляет около 0,1%, а прецизионных АЦП {0,05 0,0015)%.,

.. Таким образом при приме нении де 1сятиразрядного АЦП широкого примене5ния устройство обеспечивает погрешности оценок несимметрии порядка 0,1%, а при использовании прехщзион-, ных АЦП - порядка С 0,03-0,05)%.

- f

0

Для предлагаемого устройствапогрешности измерений напряжений фаз практически определяют погрешность j оценок несимметрии. Погрёганост Еми цифровой вычислительной части можно.

5 пренебречь, так как при необходимости (при увеличении точности аналоговой части} можно увеличить число разрядов, с которыми производятся вычисления.

0

В известном цифровом устройстве осуществляется преобразование мгно.венных значений напряжений сети, что увеличивает погрешность АЦП за счет динамической составляющей. Кроме то5го, осуществляется измерение частоты сети и фазовых сдвигов, что сопровождается дополнительными погрешностями. Как указывалось выше, в известных цифровых устройствах и в вычисли0тельных блоках возникают методические погрешности. Предлагаемое устройство является также более технологичным в изготовлении, так как цифровые блоки формируются из укрупнен5ных узлов серийного производства. Этого нельзя сказать о задатчиках кодов в известных цирфовых устройствах. Экономическая эффективность устройства определяется теми регулируюищми воздействиями на показатели качества электроэнергии, которые осуществляются на основании измерений. Следует также иметь ввиду,, что в промежутках междь измерениями несимметрии . микрокалькулягор может исполь зоваться для обработки других данных. Очевидно также, что, кроме а , и и устройство позволяет рас читывать при увеличении числа команд значения углов, определяющих на правления векторе и 2. и И., а также хра нить в памяти и при необходимости выводить на печать модули трех напря жений сети. Формула изобретения 1. Цифровое устройство для измере ния- несимметрии напряжений, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, ьоммута-тор фаз, а также аналого-цифровой преобразователь, блок управления и цифровой вычислительный и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него введены пос ледовательно соединенные фильтр первой гармоники и выделитель среднего значения модуля -напряжения переменно го тока, причем выход коммутатора фа соединен с входом фильтра первой гармоники, выход Вг делителя среднего значения модуля напряжения через аналого-цифровой преобразователь соединен с; входом цифрового вычислительного и регистрирующего блока, который соединен с блоком управления. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой вычислительный и регистрирующий блок состоит из последовательно соединенных преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный, стробируемых дешифрашрров десятичных разрядов, мультиплексера, набора ключей для ввода цифр и микрокалькулятора. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что блок управления состоит из последовательно соединенных блока выработки счетных импульсов, двоичного счетчика, блока памяти и трех дешифраторов , причем выходы дешифратора цифр. подключены-к входам мультиплексера цифрового вычислительного и регистрирующего блока, выходы дешифратора команд управления подключены к управляющим входам коммутатора фаз, стробируемых дешифраторов десятичных разрядов аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного и регистрирующего блока и блока выработки счетных импульсов, выходы дешифратора команд микрокалькулятору подключены к управляющим входам ключей ввода команд, а выходы ключей подключены к входам микрокалькулятора цифрового вычислительного и регистрирующего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 746336, кл. G 01 R 29/16, 1980. 2.Авторское свидетельство СССР № 7378827 кл. G 01 R 29/16, 1980 (прототип).