Вимірювач частоти в електромережі

Реферат: UA 121935 U UA 121935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електричних вимірювань і може бути використана для контролю якості електричної енергії, зокрема для вимірювання відхилень частоти струму в електромережі від номінального значення. Відомий частотомір [1], що складається з кварцового генератора, вхідного пристрою, формувачів імпульсів і міток, лічильників імпульсів і міток, обчислювального та індикаторного пристроїв, пристрою управління, перший вихід якого підключений до другого входу формувача міток, перший вхід якого підключений до виходу кварцового генератора, другий вихід пристрою управління підключений до входу управління індикаторного пристрою, вхід якого підключений до виходу обчислювального пристрою, вхід частотоміра підключений до послідовно з'єднаних вхідного пристрою і формувача імпульсів, комутатор, до першого і другого входів якого підключені відповідно вихідна шина і вихід переповнення лічильника імпульсів, до третього і четвертого входів комутатора підключені відповідно вихідна шина і вихід переповнення лічильника міток, вихідна шина комутатора підключена до входу обчислювального пристрою, вхід лічильника імпульсів підключений до виходу формувача імпульсів, вхід лічильника міток підключений до виходу формувача міток. Недоліком такого приладу є складність конструкції, наявність спеціального обчислювального приладу, що обумовлює високу вартість приладу. Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, що заявляється, прийнятий за прототип, є цифровий вимірювач миттєвої частоти в електромережі [2], який містить послідовно з'єднані перетворювач, на вхід якого подається досліджувана напруга, ключ, лічильник імпульсів зразкової частоти і цифровий індикатор, причому до другого входу ключа приєднано генератор імпульсів зразкової частоти, а до другого входу лічильника імпульсів зразкової частоти приєднано вихід пристрою керування, з'єднаний своїм входом з другим виходом перетворювача, лічильником імпульсів зразкової частоти є лічильник зі зворотним рахунком, вихід якого з'єднаний з першим входом цифрового індикатора, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом пристрою керування. Недоліком такого пристрою є наявність методичної похибки, яка зростає по нелінійному закону при збільшенні відхилення частоти від номінального значення. Задачею корисної моделі є підвищення точності вимірювання частоти шляхом компенсації методичної похибки, обумовленої постійною частотою лічильних імпульсів. Поставлена задача вирішується тим, що вимірювач частоти в електромережі містить послідовно з'єднані перетворювач, на вхід якого подається досліджувана напруга, ключ, лічильник імпульсів зразкової частоти і цифровий індикатор, причому до другого входу ключа приєднано генератор імпульсів зразкової частоти, а до другого входу лічильника імпульсів зразкової частоти приєднано вихід пристрою керування, з'єднаний своїм входом з другим виходом перетворювача, лічильником імпульсів зразкової частоти є лічильник зі зворотним рахунком, вихід якого з'єднаний з першим входом цифрового індикатора, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом пристрою керування, як генератор імпульсів зразкової частоти використаний керований за частотою кварцовий генератор, в схему вимірювача введений частотно-залежний вимірювальний перетворювач, на вхід якого подається досліджувана напруга, вихід якого підключено до випрямляча, а вихід якого підключений до входу управління генератора імпульсів зразкової частоти. Структурна схема корисної моделі показана на фіг. 1. Залежність частоти імпульсів зразкової частоти від частоти вхідної вимірюваної напруги показана на фіг. 2. Вимірювач частоти в електромережі містить перетворювач 1, до першого виходу якого підключений перший вхід ключа 2, вихід якого підключений до лічильного входу лічильника імпульсів зразкової частоти 3, вихід якого підключений до цифрового індикатора 4, причому до другого входу ключа 2 підключений вихід генератора лічильних імпульсів зразкової частоти 5, до входу управління якого підключений вихід випрямляча 6, вхід якого підключений до виходу частотно-залежного вимірювального перетворювача 7, на вхід якого подається вимірювана напруга, а вихід пристрою керування 8 підключений до входів управління лічильника імпульсів зразкової частоти 3 та цифрового індикатора 4. Вимірювач частоти в електромережі працює таким чином. Перетворювач 1 досліджуваної напруги UХ синусоїдної форми частоти fX формує прямокутні імпульси з тривалістю, рівною періоду досліджуваної напруги і пов'язаною з вимірюваною частотою. Ключ 2 передає до входу лічильника імпульсів зразкової частоти 3 імпульси генератора лічильних імпульсів зразкової частоти 5 з частотою FIMP впродовж дії прямокутних імпульсів перетворювача 1. Кількість переданих імпульсів за цикл вимірювання NT, який складає один період досліджуваної напруги: 1 UA 121935 U NT  FIMP TX , (1) де FIMP - частота імпульсів зразкової частоти; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 TX - період синусоїдальної досліджуваної напруги. Пристрій керування 8 перед початком кожного циклу вимірювань установлює лічильник імпульсів зразкової частоти 3 в стан "0", а після закінчення кожного циклу вимірювань обновлює інформацію в цифровому індикаторі 4. Перший лічильний імпульс переводить лічильник імпульсів зразкової частоти 3 з початкового стану "0" в стан "NMAX", кожен наступний лічильний імпульс зменшує цифровий код стану лічильника 3 на одиницю. В кінці циклу вимірювання лічильник імпульсів зразкової частоти 3 знаходиться в стані NCN: NCT  NMAX  NT  1 , (2) де NMAX - максимальне число на вихідних розрядах лічильника імпульсів зразкової частоти; NT - кількість переданих імпульсів за цикл вимірювання. Стан лічильника імпульсів зразкової частоти 3 в кінці циклу вимірювання відображається на цифровому індикаторі 4. Лічильник імпульсів зразкової частоти 3 має фіксовану межу рахунку NМАХ. Межа рахунку встановлюється при виготовленні вимірювача частоти в електромережі, вона визначається дискретністю цифрового індикатора 4 і номінальним значенням частоти в електромережі, яка для європейських країн має значення FHOM=50 Гц. Наприклад, при номінальному значенні частоти в електромережі FHOM=50 Гц і дискретності =0,01 цифрового індикатора 4 покази вимірювача частоти в електромережі становитимуть 50,00 Гц. За цикл вимірювання на лічильник імпульсів зразкової частоти 3 передається NT=5000 лічильних імпульсів, частота яких FIMP=250000 Гц, межа рахунку NМАХ=9999. При зміні частоти fХ в електромережі відповідно змінюється число імпульсів на вході лічильника за цикл вимірювання NT, стан лічильника після циклу вимірювання і покази цифрового індикатора 4. При фіксованій частоті лічильних імпульсів FIMP=const виникає методична похибка вимірювань. Так, наприклад при частоті в електромережі fX=47 Гц свідчення індикатора складатимуть 46,81 Гц, методична похибка дорівнює - 0,19 Гц, або 0,4 %. З метою компенсації методичної похибки як генератор імпульсів зразкової частоти 5 використаний керований за частотою кварцовий генератор, а в схему введені частотно-залежний вимірювальний перетворювач 7, на вхід якого подається вимірювана напруга, а вихід підключений до випрямляча 6, який формує постійну напругу управління, яка впливає на частоту FIMP керованого за частотою кварцового генератору імпульсів зразкової частоти 5. На підставі (1), (2), закон змінювання частоти лічильних імпульсів FIMP повинен відповідати співвідношенню: 2 FIMP  f X NMAX  1  100 f X , (3) де f X - частота синусоїдальної досліджуваної напруги; NMAX - максимальне число на вихідних розрядах лічильника імпульсів зразкової частоти. Залежність частоти імпульсів зразкової частоти від частоти вхідної вимірюваної напруги FIMP=f(fX) приведена на фіг. 2. Запропонований закон управління частотою можливо реалізувати при використанні як частотно-залежний вимірювальний перетворювач 7 RC-кола другого порядку (мост Віна, подвійний Т-подібний міст або подібне). Таким чином, використання я генератор імпульсів зразкової частоти, керований за частотою кварцового генератора, та введення в схему частотно-залежного вимірювального перетворювача та випрямляча дозволяє компенсувати методичну похибку та підвищити точність вимірювання частоти. Джерела інформації: 1. Патент UA70954 Україна МПК G01R 23/00 Частотомір / Ю.П. Белокурський, В.Є. Козлов, Ю.В. Козлов, І.В. Руженцев - № u201200073; заявл. 03.01.2012; опубл. 25.06.2012, Бюл. № 12. 2. Патент UA90086 Україна МПК G01R 23/00 Цифровий вимірювач миттєвої частоти в електромережі / В.А. Іщенко, І.В. Колядюк - № u200600756; заявл. 27.01.2006; опубл. 12.04.2010, Бюл. № 7. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Вимірювач частоти в електромережі, який містить послідовно з'єднані перетворювач, на вхід якого подається досліджувана напруга, ключ, лічильник імпульсів зразкової частоти і цифровий індикатор, причому до другого входу ключа приєднано генератор імпульсів зразкової частоти, а до другого входу лічильника імпульсів зразкової частоти приєднано вихід пристрою керування, 2 UA 121935 U 5 з'єднаний своїм входом з другим виходом перетворювача, лічильникомімпульсів зразкової частоти є лічильник зі зворотним рахунком, вихід якого з'єднаний з першим входом цифрового індикатора, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом пристрою керування, який відрізняється тим, що як генератор імпульсів зразкової частоти використаний керований за частотою кварцовий генератор, а в схему вимірювача введений частотно-залежний вимірювальний перетворювач, на вхід якого подається досліджувана напруга, вихід якого підключено до випрямляча, а вихід якого підключений до входу управління генератора імпульсів зразкової частоти. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3