Спосіб вимірювання основної частоти напруги в електричній мережі

1. Спосіб вимірювання основної частоти напруги електричної мережі, при якому миттєві значення аналогового сигналу вимірюваних напруг перетворюють за допомогою аналого-цифрового перетворювача в цифрову форму, а миттєві значення в цифровій формі виміряних напруг додають за допомогою суматора, який відрізняється тим, що узгоджують параметри вимірюваних напруг електричної мережі та аналого-цифрового перетворювача, вимірювання частоти починають безпосередньо після одержання сигналу про його початок при довільних фазах вимірюваних напруг шляхом запуску суматора, величини миттєвих значень напруг на виході аналого-цифрового перетворювача підносять до степеня n, величини миттєвих значень напруг в n-ному степені множать на тривалість відрізку часу між вибірками аналого-цифрового перетворювача і за допомогою суматора обчислюють вольт-секундний 2 (19) 1 3 95504 4 3. Спосіб вимірювання основної частоти напруги за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кількість р вимірюваних напруг однофазної електричної мережі рівна одиниці. 4. Спосіб вимірювання основної частоти напруги за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кількість р вимірюваних напруг трифазної електричної мережі рівна двом або трьом. 5. Спосіб вимірювання основної частоти напруги за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що більш точне значення мінімуму вольт-секундного інтеграла визначають шляхом інтерполяції вольт секундного інтеграла за допомогою степеневого ряду, наприклад, за допомогою квадратного тричлена типу   at 2  bt  c, де коефіцієнти тричле Спосіб вимірювання основної частоти напруги в електричній мережі належить до електротехніки і може бути використаний для вимірювання основної частоти, спектра частот, а також показників якості електричної енергії відповідно до ГОСТ 13109-97 та європейського стандарту EN50160 (94) в електроенергетиці. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги змінного струму, заснований на визначенні періоду основної частоти шляхом вимірювання проміжку часу між моментами першого та третього переходу напруги змінного струму через нульове значення [4-7,14,15]. Недоліки способу: затримка моменту вимірювання від нуля до 20 мікросекунд; значна похибка вимірювання, обумовлена дискретизацією імпульсів заповнення проміжку в кінці періоду; вплив вищих гармонік та фази вимірюваного сигналу на похибку вимірювання. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги, що полягає у точному встановленні моментів переходу напруги через нульове значення за допомогою спеціальних компараторів, за які можуть виступати як нуль-орган, так і операційний підсилювач [5,6, 15]. Недоліки способу: затримка початку вимірювання нас від нуля до 20 мс; вплив вищих гармонік та коливання фази вимірюваного сигналу на точність вимірювання. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги, заснований на прямому розрахунку частоти за даними трьох поточних (наступних) вимірювань миттєвих значень трьох параметрів: миттєвої напруги, максимального значення напруги і фазного кута для трьох моментів часу [15]. Недолік способу: низька точність внаслідок складнощів, які виникають при миттєвому вимірюванні фази. Даний спосіб не знайшов практичної реалізації. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги, що полягає у заповненні часового проміжку між першим і третім переходом через нульове значення стандартними і нестандартними (кварцованими) імпульсами та наступному перерахунку періоду вимірюваного сигналу [1,10-13]. Недоліки способу: затримка по часу від нуля до одного періоду основної частоти, що знижує швидкодію процесу вимірювання; значна похибка, обумовлена дискретизацією імпульсів заповнення проміжку в кінці проміжку вимірювання; вплив вищих гармонік та фази вимірюваного сигналу на точність вимірювання. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги, заснований на повороті фазного кута вимірюваної напруги на 90° та наступному формуванні двох каналів вимірювання, у першому з яких формується сума вхідної напруги та зсунутої на 90°, а в другому з яких формується їх різниця [2]. Недоліки способу: значна похибка від зсуву початкової напруги на фазний кут 90°, що проявляється найбільше при наявності вищих гармонік у вимірюваній напрузі. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги, що полягає у застосуванні аналогових і цифрових фільтрів при вимірюванні періоду основної частоти [3,4, 6,7]. Недолік способу: зниження швидкодії і ускладнення процесу вимірювання. Відомий спосіб вимірювання основної частотинапруги, пов'язаний із застосуванням статистичної обробки результатів вимірювання періоду основної частоти, зокрема з використанням нормованої автокореляційної функції [8,9, 14]. Недоліки способу: затримка по часу від нуля до одного періоду основної частоти; вплив вищих гармонік та фази вимірюваного сигналу на точність вимірювання. Відомий спосіб вимірювання основної частоти напруги - прототип [4], при якому перетворюють три аналогові сигнали фазних напруг в цифрову форму через рівні проміжки часу і сумують їх значення в цифровій формі, від одержаної суми віднімають калібрований сигнал частотою від 1,5 кГц до 10,5 кГц, котрий генерується окремим блоком, результуючий сигнал фільтрують і одержують відхилення частоти від номінального значення. Недолік прототипу: значна похибка та недостатня швидкодія вимірювання частоти або її відхилення. У зв'язку зі вказаними недоліками прототипу була поставлена задача: зменшити похибку та збільшити швидкодію вимірювання. Поставлена задача вирішена шляхом знаходження мінімуму вольт-секундного інтеграла, величина якого за період близька до нуля, а саме тим, що у способі вимірювання основної частоти напруг електричної мережі, при якому миттєві значення аналогового сигналу вимірюваних напруг перетворюють за допомогою аналого-цифрового перетворювача в цифрову форму, а миттєві значення в цифровій формі виміряних напруг додають на рівні: a (  Ik 1 2 (Ik )   (Ik 1)) / 8 d2 , b( 4 (Ik )(I k 1)  3(Ik  1)) / 4d, c   (Ik 1) , при чому d знаходиться у межах від 0,1·10 5 5·10 5 до . 5 за допомогою суматора, узгоджують параметри вимірюваних напруг електричної мережі та аналого-цифрового перетворювача, вимірювання частоти починають безпосередньо після одержання сигналу про його початок при довільних фазах вимірюваних напруг шляхом запуску суматора, величини миттєвих значень напруг на виході аналого-цифрового перетворювача підносять до степеня n, величини миттєвих значень напруг в nному степені множать на тривалість відрізку часу між вибірками аналого-цифрового перетворювача і за допомогою суматора обчислюють вольтсекундний інтеграл за виразом: pk k p,     dim(Up(I))  (Up(I))n , p 1  1 де: р,  - значення вольт-секундного інтеграла напруг у кількості p електричної мережі після обчислення суми вибірок миттєвих напруг з порядковими номерами від 1 до І; dim(Up(I)) - знак "плюс", або "мінус" напруги Up(I); Up(I)- поточне значення І-тої вибірки напруги p-тої напруги, a n показник степеня, вводять номінальне та екстремальні значення основної частоти мережі та обчислюють максимальну Імак та мінімальну Імін кількість вибірок аналого-цифрового перетворювача, після проходження мінімальної кількості вибірок Імін починають порівнювати попереднє значення вольт-секундного інтеграла з наступним, далі визначають порядковий номер вибірки Іk, при якій має місце мінімум вольт-секундного інтеграла, який відповідає кратному значенню вибірки, після чого визначають поточне  (Іk), попереднє  (Іk-1) та наступне  (Іk+1) значення вольт-секундного інтеграла при вибірках Іk, Іk-1 та Іk+1, екстраполюють залежність вольт-секундного інтеграла від часу на проміжку між вибірками з порядковими номерами Іk-1 та Іk+1 за допомогою апроксимуючої функції, і визначають уточнене значення мінімуму вольт-секундного інтеграла у проміжках часу, обмежених вибірками Іk-1 та Іk+1, в результаті одержують некратне цілому числу (дробове) значення вибірки Інк, яке по часу співпадає з уточненим значенням мінімуму вольт-секундного інтеграла, тривалість періоду основної частоти визначають як добуток проміжку часу між двома сусідніми вибірками на некратне цілому числу значення вибірки Інк, а основну частоту вимірюваних напруг знаходять як обернене значення періоду основної частоти. Показник степеня n вибирають у межах від 1,0 до 3,0, наприклад, 1,0. Кількість p вимірюваних напруг однофазної електричної мережі рівна одиниці. Кількість p вимірюваних напруг рівна двом або трьом трифазної електричної мережі. Більш точне значення мінімуму вольтсекундного інтеграла визначають шляхом інтерполяції вольт-секундного інтеграла за допомогою степеневого ряду, наприклад, за допомогою квадратного тричлена типу   at2  bt  c , 95504 6 де тричлена a ( Ik  1 2 (Ik )  (Ik  1)) / 8d2,   коефіцієнти рівні: b ( 4 (Ik )(Ik  1)  3(Ik  1)) / 4d, c  (Ik  1) , причому d знаходиться у межах від 0,1·10 5 до 5·10 5 . Суть винаходу додатково розкрита за допомогою креслень Фіг.1 - Фіг.6. На Фіг.1 подана блок-схема пристрою, котрий реалізує основний варіант способу вимірювання основної частоти напруги в багатофазній електричній мережі. На Фіг.2 показана блок-схема пристрою, який реалізує один з варіантів способу вимірювання основної частоти напруги в однофазній електричній мережі. На Фіг.3 представлені графіки залежності миттєвого значення однофазної напруги та вольтсекундного інтеграла від часу. На Фіг.4 зображені графіки залежності миттєвого значення трифазних напруг, вольт-секундних інтегралів фазних напруг та сумарного вольтсекундного інтеграла від часу. На Фіг.5 подані два порівняльні графіки вимірювання основної частоти напруги трифазної мережі: за допомогою пристрою, побудованого на базі даного способу при n=1та р=3; за даними вимірювання частоти у той же час, наданими Національним Диспетчерським Центром України (далі НДЦУ). На Фіг.6 подані ті ж графіки, що представлені на Фіг.5, при більш точному визначенні мінімуму вольт-секундного інтеграла за допомогою інтерполяції його квадратним тричленом. На Фіг.1 позначено: А, В, С, …, р - затискачі лінійних фаз; N - затискач нульової фази; 1- блок узгодження напруг мережі з вхідною напругою аналого-цифрового перетворювача; 2 - аналогоцифровий перетворювач (АЦП); 3 - блок піднесення цифрового значення вимірюваної напруги в степінь; 4 - суматор; 5 - команда "Пуск" - початок вимірювання основної частоти; 6 - введення номінальної частоти та екстремальних значень відхилення частоти від номінального значення; 7 - блок розрахунку та введення максимальної та мінімальної кількості вибірок; 8 - блок визначення мінімуму вольт-секундного інтеграла при використанні цілих чисел порядкових номерів вибірок; 9 - блок визначення мінімуму вольт-секундного інтеграла при використанні нецілих (виражених дробом) чисел порядкових номерів вибірок; 10 - блок обчислення періоду та частоти напруг електричної мережі. На фіг.2 позначено: А та N - затискачі лінійної та нульової фаз; 11 - блок узгодження однофазної напруги мережі з вхідною напругою АЦП; 12 - АЦП; 13 - блок піднесення цифрового значення вимірюваної напруги в степінь; 14 - суматор; 15 - команда "Пуск" - початок вимірювання основної частоти однофазної напруги; 16 - введення номінальної частоти та екстремальних значень відхилення частоти від номінального значення; 17 блок розрахунку та введення максимальної та мінімальної кількості вибірок; 18 - блок визначення 7 мінімуму вольт-секундного інтеграла при використанні цілих чисел порядкових номерів вибірок; 19 блок визначення мінімуму вольт-секундного інтеграла при використанні нецілих (виражених дробом) чисел порядкових номерів вибірок; 10 - блок розрахунку періоду та основної частоти напруги електричної мережі. На Фіг.3 позначено: U(t) - однофазна напруга, подана функцією часу t;  (t) - миттєві значення вольт-секундного інтеграла в момент часу t;U,  , t - осі ординат та вісь абсцис відповідно; tп та tк моменти пуску та зупинки таймера суматора;  виміряний період основної частоти однофазної напруги; min тa max - мінімальне та максимальне значення періоду основної частоти мережі. На Фіг.4 позначено: UA(t), UB(t), UC(t) - фазні напруги трифазної мережі;  A(t),  B(t),  C(t) вольт-секундні інтеграли фазних напруг UA(t), UB(t), UC(t) відповідно;   (t) - сумарне значення вольт-секундних інтегралів фазних напруг; U,  ,   - осі ординат; t - вісь абсцис. На Фіг.5 позначено: сер - середнє значення похибки вимірювання основної частоти трифазної системи напруг; виміряні частоти відкладені по осі ординат, час - по осі абсцис. На Фіг.6 позначено: ст.відх. - стандартне відхилення похибки вимірювання основної частоти трифазної системи напруг; решта позначень співпадає з позначеннями Фіг.5. Склад і будова пристрою для вимірювання частоти за даним способом. Пристрій, виконаний за даним способом і призначений для вимірювання основної частоти напруг електричної мережі, складається з таких блоків та дій (Фіг.1): - блока 1 узгодження напруг мережі (А та N) з вхідною напругою аналого-цифрового перетворювача; - аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 2; - блока 3 піднесення цифрового значення вимірюваної напруги в степінь; - суматора 4; - команди "Пуск" 5 про початок вимірювання основної частоти; - команди 6 "Введення номінальної частоти та екстремальних значень відхилення частоти від номінального значення"; - блока 7 розрахунку та введення максимальної та мінімальної кількості вибірок; - блока 8 визначення наближеного мінімуму вольт-секундного інтеграла, при якому використовують цілі числа порядкових номерів вибірок; - блока 9 визначення більш точного мінімуму вольт-секундного інтеграла при використанні нецілих (виражених дробом) чисел порядкових номерів вибірок; - блока 10 обчислення періоду та основної частоти напруг електричної мережі. Затискачі А, В, С, …, N лінійних та нульової фаз багатофазної мережі через узгоджуючі пристрої приєднані до входу блока АЦП 2, вихід якого приєднаний до входу блока 3 піднесення цифрового значення вимірюваної напруги в степінь; вихід блока 3 приєднаний до першого входу суматора 4; на другий вхід суматора 4 подається команда "Пуск" 5; третій вхід суматора 4 приєднаний до виходу блока 17 розрахунку та введення максимальної та мінімальної кількості вибірок; на вхід бло 95504 8 ка 17 подається команда 6 "Введення номінальної частоти та екстремальних значень відхилення частоти від номінального значення"; вихід суматора 4 з'єднаний із входом блока 8 визначення наближеного мінімуму вольт-секундного інтеграла, при якому використовують цілі числа порядкових номерів вибірок; вихід блока 8 приєднаний до входу блока 9 визначення більш точного мінімуму вольтсекундного інтеграла, причому вихід блока 9 з'єднаний з блоком 10 обчислення періоду та основної частоти напруг електричної мережі. Варіант пристрою, виконаного за даним способом і призначеного для вимірювання основної частоти трифазної напруги (фіг.1), має такі особливості: пристрій містить три затискачі (А, В, С) лінійних фаз та один затискач нульової N фази; три канали блока 1 узгодження напруг мережі з вхідною напругою АЦП 2, три канали входу АЦП 2, три канали блока 3 піднесення напруг до степеня n та три канали першого входу суматора 4. Варіант пристрою, виконаного за даним способом і призначеного для вимірювання основної частоти однофазної напруги (фіг.2), має наступні особливості: пристрій містить один затискач (А) лінійних фаз та один затискач нульової N фази, один канал блока 11 узгодження напруг мережі з вхідною напругою А ЦП 12, один канал блока 13 піднесення напруг до степеня n та один канал першого входу суматора 14. Показник степеня n вибирають у межах від 1,0 до 3,0, наприклад, 1,0. Збільшення показника n до 3,0 і вище дозволяє знизити похибку вимірювання основної частоти напруг. Кількість р вимірюваних напруг однофазної електричної мережі вибирають рівною одиниці лише у випадку вимірювання частоти в однофазних мережах. Спроби штучного збільшення кількості фаз в однофазних системах напруг, наприклад, за допомогою RC кіл вимагає додаткових засобів корекції стабільності фазного кута штучної фази. Використання кіл RLC вносить недопустимі додаткові похибки у вимірювання основної частоти внаслідок коливання фази вимірюваної напруги, що має місце в режимі різко змінних режимів навантаження мережі. Кількість р вимірюваних напруг електричної мережі вибирають рівною двом або трьом у випадку вимірювання основної частоти в трифазній електричній мережі. При р=3 основна (методична) похибка вимірювання частоти приблизно удвічі менша від випадку, коли р=2. Похибку вимірювання частоти додатково зменшують шляхом пошуку мінімуму вольт-секундного інтеграла в інтервалі вибірок від Іk-1 до Іk+1. З цією метою за трьома значеннями вольт-секундного інтеграла при моментах часу, визначених вибірками Іk-1, Іk, Іk+1, функцію вольт-секундного інтеграла від часу описують будь-якою екстраполяційною функцією, наприклад степеневим рядом. Найкращі результати з точки зору швидкодії вимірювання частоти мають місце при екстраполяції за допомогою квадратного тричлена типу   at2 bt  c , де коефіцієнти тричлена рівні: 9   a ( Ik  1 2 (Ik )  (Ik  1)) / 8d2, b ( 4 (Ik )(Ik  1)  3(Ik  1)) / 4d, c  (Ik  1) , причому d знаходиться у межах від 0,1·10 5 до 5·10 5 . Робота пристрою для вимірювання частоти за даним способом. Вимірювання частоти багатофазної, наприклад трифазної напруги характеризується тим, що (фіг.1): вимірювання починають безпосередньо після одержання сигналу 5 про його початок; багатофазну, наприклад трифазну напругу між затискачами А, В, С та N узгоджують у блоці 1 з вхідною напругою АЦП 2; аналогову форму напруги виходу блока 1 перетворюють в цифрову форму за допомогою АЦП 2 через рівні проміжки часу в моменти вибірок; при n>1 величини миттєвих значень напруг на виході АЦП 2 підносять до степеня n у блоці 3, після чого піднесені до степеня напруги подають на перший вхід суматора 4; при n=1 сигнали з блока 2 безпосередньо передають на перший вхід суматора 5; величини миттєвих значень напруг виходу АЦП 2 в n-ному степені множать на тривалість відрізку часу між вибірками АЦП і за допомогою суматора 4 обчислюють вольт-секундний інтеграл за виразом (1). У блоці 7 вводять номінальне та екстремальні (максимальне та мінімальне) значення основної частоти електричної мережі та обчислюють максимальну Імак та мінімальну Імін кількість вибірок АЦП 2, причому роботу блока 7 ініціюють за допомогою команди 6 "Введення номінальної частоти та екстремальних значень відхилення частоти від номінального значення"; після проходження мінімальної кількості вибірок Імін починають порівнювати у блоці 8 кожне попереднє значення вольт-секундного інтеграла з наступним, далі у блоці 8 визначають порядковий номерки вибірки Іk, при якій має місце мінімум вольт-секундного інтеграла. Значення вибірки Іk фіксують при умові (Ik )(Ik  1) . IK- ціле число. За величиною Іk обчислюють також Іk-1 та Іk+1, та поточне вольт-секундних інтегралів (Ik ), (Ik  1) та (Ik  1) при вибірках Іk, Іk-1 та Іk+1 відповідно; у блоці 9 за одержаними у блоці 8 даними екстраполюють залежність вольтсекундного інтеграла від часу на проміжку часу між порядковими номерами Іk-1 та Іk+1 за допомогою апроксимуючої функції, і визначають уточнене значення мінімуму вольт-секундного інтеграла у проміжку часу, обмеженому вибірками Іk-1 та Іk+1, а також обчислюють некратне цілому числу (дробове) значення вибірки Інк, яке по часу співпадає з уточненим значенням мінімуму вольт-секундного інтеграла; у блоці 10 визначають тривалість періоду основної частоти як добуток проміжку часу між двома сусідніми вибірками на некратне цілому числу значення вибірки Інк; основну частоту вимірюваної напруги знаходять як обернене значення періоду основної частоти. Вимірювання основної частоти однофазної напруги характеризується тим, що (фіг.2): вимірювання починають безпосередньо після одержання сигналу 15 про його початок; однофазну напругу 95504 10 між затискачами А та N узгоджують у блоці 11 з вхідною напругою АЦП 12; аналогову форму напруги виходу блока 11 перетворюють в цифрову форму за допомогою АЦП 12 через рівні проміжки часу в моменти вибірок; при n>1 величини миттєвих значень напруги на виході АЦП 12 підносять до степеня n у блоці 13, після чого піднесену до степеня напругу подають на перший вхід суматора 14; при n=1 напругу у цифровій формі з блока 12 безпосередньо передають на перший вхід суматора 14; величини миттєвих значень напруг виходу АЦП 2 в n-ному степені множать на тривалість відрізку часу між вибірками АЦП і з допомогою суматора 14 обчислюють вольт-секундний інтеграл за виразом (1). Далі вимірювання основної частоти здійснюється аналогічно до вище описаного варіанта способу вимірювання при трифазній системі вимірювальних напруг. Процес вимірювання основної частоти трифазної напруги полягає в такому (Фіг.3): у момент tп подають команду на початок вимірювання частоти основної гармоніки, яке починається з початком роботи суматора 14 (фіг.2); узгоджену в блоці 11 трифазну напругу подають на вхід АЦП 12; через рівні проміжки часу t АЦП 12 видає на блок 13 значення напруги, які в ньому підносяться до степеня n; суматор 14 безперервно додає миттєві значення однофазної напруги UА(1), UА(2), UА(3),…, UА(I), … і т.д., де І - порядковий номер вибірки; оскільки вибірки слідують через калібрований відрізок часу t , то суматор 14 накопичує величину вольт-секундного інтеграла t  напруги UА у відповідності з виразом (1); процес наростання і спадання вольт-секундного інтеграла t  показаний на фіг.3; наростання починається з моменту tп, при якому відбувається старт суматора 14; процес наростання вольт-секундного інтеграла триває близько півперіоду основної частоти і досягає максимуму, після чого настає процес спадання функції t  ; з моменту часу, що відповідає min , блок 18 починає порівнювати попереднє значення t  з наступним: якщо   1    , то процес пошуку мінімуму продовжується, а якщо , то пошук припиняється, і в цьому   1    випадку номеру "І" приписують ім'я Іk; калібрований відрізок часу t , помножений на кінцеве значення вибірки Іk, дорівнює попередньо визначеному періоду основної частоти; більш точне значення періоду визначають у блоці 19, де шляхом екстраполяції функції вольт-секундного інтеграла знаходять некратне цілому число вибірок І нк, яке множать на калібрований відрізок часу t і одержують у 3-5 разів більш точне значення періоду основної частоти; основну частоту обчислюють у блоці 20, при цьому 1,0 ділять на уточнене значення періоду, одержане у блоці 19. На Фіг.3 показаний ще один мінімум вольт-секундного інтеграла, який не впливає на результати вимірювання через те, що мінімум знаходиться тільки справа від min . Якщо такий мінімум знаходиться з правого боку від min , то такий мінімум може спричини 11 ти значну похибку вимірювання основної частоти. Така похибка компенсується двома діями: систематичною зміною моменту пуску та багаторазовим осередненням результату вимірювання. Однак вище вказаної похибки принципово не мають інші варіанти заявленого способу, які ґрунтуються на застосуванні багатофазної, наприклад трифазної системи вимірювальних напруг для вимірювання основної частоти (фіг.4). У цьому випадку використовують двофазні, трифазні, і т.п. системи вимірюваних напруг. При такому вимірюванні основної частоти визначаються декілька, наприклад три вольт-секундні інтеграли A, B, C напруг UA(t), UB(t), UC(t). Кожен з цих інтегралів має внутрішні проміжні мінімуми (фіг.4), які б могли викликати вище вказані похибки. Але цього уникають шляхом обчислення сумарного вольтсекундного інтеграла   .Завдяки сумі інтегралів функція  t  практично не має проміжних мінімумів, а отже і вказаних вище похибок. Подальше зменшення похибки вимірювання основної частоти відбувається у блоці 9 шляхом уточнення моменту мінімуму сумарного вольтсекундного інтеграла. Функцію сумарного вольтсекундного інтеграла екстраполюють квадратним тричленом виду at 2 +bt+c. Уточнене значення пе ріоду основної частоти t  відповідає мінімальному значенню сумарного вольт-секундного інтеграла, представленого у вигляді параболи, побудованої за даними трьох значень  Ik  1,  Ik ,  Ik 1 . Тут Іk означає порядковий номер серії вибірок за допомогою АЦП, при якому по разу опитуються всі канали фазних вимірюваних напруг. В результаті обчислення уточненого мінімуму знаходять уточнене (уявне) значення порядкового номера Інк, представленого не цілим, а дробовим числом. За величиною Інк у блоці 10 визначають уточнені період та основну частоту напруг мережі. Наші дослідження показали, що похибка вимірювання основної частоти може бути істотно (у 3-5 разів) зменшена, якщо вимірювана (вхідна) напруга подана у вигляді багатофазної (p-фазної) системи; при цьому похибка вимірювання основної частоти зворотно пропорційна кількості фаз p. Оптимальна кількість фаз вимірюваних напруг дорівнює трьом. Подальше збільшення кількості фаз також зменшує похибку вимірювання основної частоти, але зниження похибки не співмірне із ускладненнями, які при цьому виникають. Крім того, вибір кількості фаз р, які є парним число, мало впливають на зниження похибки, крім випадку, коли р=2. Якщо прийняти р=5 або р=7, то спосіб можна реалізувати за допомогою трансформаторних перетворювачів кількості фаз, але це призводить до збільшення ваги пристрою при реалізації даного способу. Тому у даному варіанті способу при вимірюванні частоти трифазної мережі р приймають рівним 2 або 3. Ефективність застосування способу полягає в зменшенні похибки та збільшенні швидкодії вимірювання основної частоти напруг мережі. Похибка вимірювання основної частоти в трифазній мережі 95504 12 оцінювалась шляхом звірки результатів вимірювання основної частоти двох варіантів заявленого способу за даними НДЦУ. Результати звірки показані на осцилограмах фіг.5 і фіг.6. Основна похибка вимірювання основної частоти при р=3 у блоці 8 не перевищує 0,06 %, а при мінімізації величини вольт-секундного інтеграла шляхом інтерполяції у блоці 9 та 10 основна похибка у вигляді стандартного відхилення не перевищує 0,013 %. Зниження похибки обумовлено ковзаючим моментом часу початку і кінця вимірювання основної частоти відносно фази вимірюваної напруги, що відрізняє заявлений спосіб вимірювання основної частоти від прототипу. Оцінка впливу додаткових факторів (коливання напруг, несиметрії та коефіцієнта спотворення синусоїдності лінійних та фазних напруг) показує, що додаткові похибки не перевищують основної. Швидкодія вимірювання основної частоти складається із двох складових: перша - час очікування до настання переходу вимірюваної напруги або через нульове значення, або через максимальне значення, або через інше фіксоване значення фази вимірюваної напруги; друга складова - час безпосереднього вимірювання основної частоти за період з врахуванням можливих відхилень частоти в автономних мережах та мережах загального призначення. Максимальне значення часу очікування до настання чи то переходу вимірюваної напруги через нульове значення, чи то до настання іншої фази, дорівнює тривалості півперіоду основного сигналу, а з врахуванням допустимих значень відхилень складає не менше 11 мілісекунд при номінальному значенні частоти 50 Гц. Тривалість другої складової часу швидкодіїзаявленого способу була визначена нами експериментально і складає від 26 мілісекунд до 34 мілісекунд. Оскільки за даним способом вимірювання основної частоти час очікування відсутній, то швидкодія заявленого способу оцінюється в 26-34 мілісекунд. Тому заявлений спосіб вимірювання основної частоти має вищу в 1,7 рази швидкодію порівняно з прототипом. Спосіб може бути використаний у засобах вимірювання та відновлення якості електричної енергії, а також у засобах діагностики та повірки електричного обладнання. Спосіб доцільно застосовувати у мережах з різкозмінними та несинусоїдними режимами споживання: на сталеплавильних печах, прокатних станах, електроприводах змінної швидкості, потужних електрозварювальних установках і т.п. Джерела інформації: 1.Davis G.W., Gasperi M.L.AC power analyzer.United States Patent 5,528,134, МПК G01R23/1,18.06.1996. 2.Bream D.R., Roome S.J.Frequency measurement.United States Patent 5,019,823, МПК G01R23/12,28.05.1991. 3.Jung Byoung-hwa, Choi Hyung-jin.Apparatus and method for detecting frequency.United States Patent 7,295,715, МПК G06K 9/40,13.11.2007. 4.La White Niels.System for determining fundamental frequency of an AC signal.United States Patent 5,932,998, МПК G01R23/02,03.08.1999. 13 5.Lee Jae-wook, Lee Jung-hyun.Frequency error detection apparatus and method based on histogram information on input signals.United States Patent 7,043,383, МПК G01R23/00,09.05.2006. 6.Ishida Masahiro, Yamaguchi Takahiro, Soma Mani.Jitter measurement apparatus and its method.United States Patent 6,598,004, МПК G01R29/26,22.07.2003. 7.Friedman V.Sinewave frequency measuring apparatus.United States Patent 5,262,714, МПК G01R23/00,16.11.1993. 8. Деражне О.Р. Спосіб вимірювання періоду (частоти) електричного сигналу (варіанти). Патент України 21972 А, G01R23/00,30.04.1998. 9. Кондратов В.Т., Сиренко М.В., Таранов С.Г. Спосіб визначення періоду гармонічного сигналу. Патент України 18483,G01R23/00,25.12.1997. 10. Юриш С.Ю. Спосіб вимірювання частоти та пристрій для його здійснення. Патент України 79849,G01R23/00,25.07.2007. 11. Белокурський Ю.П., Козлов B.C., Козлов Ю.В., Козлова Г.М., Руженцев І.В. Спосіб вимірю 95504 14 вання частоти та періоду. Патент України 85951,G01R23/00.10.03.2009. 12. Астраханцев О.В., Гусев В.О., Тестоєдов О.А., Сотніков Ю.М. Спосіб вимірювання частоти. Патент України 82318,G01R23/00. Опубліковано 10.04.2008. 13. Кіріанакі М.В., Юриш С.Ю. Спосіб вимірювання частоти і періоду гармонічного сигналу та пристрій для його здійснення. Патент України 81851,G01R23/00,11.02.2008. 14. Кучумов Л., Кузнецов А., Сапунов М. Вопросы измерения электрических режимов и гармонических спектров в сетях с резкопеременной и нелинейной нагрузкой. http://masters.donntu.edu.ua/2006/eltf/vakulenko/libra ry/Lhtm. 15. Баркан Я.Д., Лещенко С.Н., Васильев А.И. Измерение показателей качества электроэнергии с помощью микропроцессорных устройств. - Технічна електродинаміка. Проблеми сучасної електротехніки.-4.7. - К.: Наукова думка.-2000. - С. 6368. 15 95504 16 17 95504 18 19 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 95504 Підписне 20 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601