Аналізатор обвідної сигналу трифазної мережі

1, Анализатор огибающей сигнала трехфазной сети, содержащий трехфазный измерительный трансформатор, фильтр симметричной составляющей прямой последовательности, управляемый ключ, три блока выборки-хранения, выпрямитель, регистратор, блок выделения эффективных значений, блок управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом регистратора, первый вход которого соединен с выходом блока выделения эффективных значений, три входных зажима измерительного трансформатора соединены с тремя входными клеммами устройства, три выходных зажима измерительного трансформатора подключены соответственно к трем входам фильтра симметричной составляющей прямой последовательности и информационным входам трех блоков выборки^хранения, входы записи которых соединены со вторым выходом блока управления и управляющим входом управляющего ключа, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с соответствующими входами считывания блоков выборки-хранения, выходы которых объединены и соединены со входом выпрямителя и выходом управляемого ключа, усилитель, о т л и ч а ю , щ и й с я тем, что введены делитель напряжения, источник компенсирующего напряжения, фильтр низких частот, взвешивающий фильтр, элемент задержки, последовательно соединенные квадратор, накапливающий сумматор, масштабирующий блок и блок извлечения квадратного корня, причем выход фильтра симметричной составляющей прямой последовательности соединен со входом управляемого ключа, выход выпрямителя через последовательно соединенные делитель напряжения, фильтр низких частот, масштабный усилитель и взвешивающий фильтр со входом блока выделения эффективных значений, выход которого соединен со входом квадратора, шестой выход блока управления соединен со стробирующим входом накапливающего сумматора и через элемент задержки со вторым управляющим входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, выход источника компенсирующего напряжения соединен с вторым крайним выводом делителя напряжения, первый выходной зажим измерительного трансформатора соединен с входом блока управления. 2. Анализатор по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит два триггера, элемент И и последовательно соединенные управляемый ключ, блок фазового сдвига на 90°, компаратор, блок дифференцирования, формирователь модуля, первый, второй и третий счетчики, причем вход управляющего ключа соединен с входом блока управления, управляющий вход с выходом первого триггера, первые входы обоих триггеров объединены и подключены к клемме "Пуск", выход второго счетчика соединен со вторым входом второго триггера, шестым выходом блока управ 13761 ления и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с пересчетным выходом третьего счетчика и пятым выходом блока управления, а выход соединен со вторым входом первого триггера и установочным входом третьего счетчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым и третьим выходом блока управления, выход второго триггера соединен со вторым выходом блока управления, выход первого счетчика соединен с первым выходом блока управления. 3. Анализатор п о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что регистратор содержит дна аналого-цифровых преобразователя, элемент ИЛИ и цифропечатающий блок, причем входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно со вторым и перрым входами регистратора, их управляющие входы соединены соответственно со вторым и первым управляющими входами регистратора, а выходы соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу цифропечатающего блока. Изобретение относится к электроизмерительной технике, а точнее к устройствам, служащим для контроля и анализа качества электроэнергии по колебаниям напряжения в трехфазных сетях с реэкопеременными нагрузками. Известны устройства, содержащие входной блок, блок выделения огибающей сигнала и регистрирующий блок [1]. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее входной блок, фильтр прямой последовательности, блок управления и последовательно соединенные блок выборки^ хранения, аналоговый коммутатор, выпрямитель, избирательный усилитель, блок выделения эффективных значений и регистратор [2]. Общий недостаток известных устройств - узкие функциональные возможности. Задачей изобретения является создание такого анализатора огибающей сигнала трехфазной сети, в котором обеспечен статистический анализ уровней фазных напряжений и их среднеквадратического значения, что способствует значительному повышению достоверности измерений и расширению функциональных возможностей. Задача решается тем, что в анализатор огибающей сигнала трехфазной сети, содержащий трехфазный измерительный трансформатор, фильтр симметричной составляющей прямой последовательности, управляемый ключ, три блока выборки-хранения, выпрямитель, регистратор, блок выделения эффективных значений, блок управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом регистратора, первый вход которого соединен с выходом блока выделения эффективных значений, три входных зажима измерительного трансформатора соединены с тремя входными клеммами устройства, три выходных зажима измерительного трансформатора подключены соответственно к трем входам фильтра симметричной составляющей прямой последовательности и информационным входам трех блоков выборки-хранения, входы записи которых соединены со вторым выходом блока управления и управляющим входом управляющего ключа, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с соответствующими входами считывания блоков выборки-хранения> выходы которых объединены и соединены с входом выпрямителя и выходом управляемого ключа, усилитель, согласно изобретению, введены делитель напряжения, источник компенсирующего напряжения, фильтр низких частот, взвешивающий фильтр, элемент задержки, последовательно соединенные квадратор, накапливающий сумматор, масштабирующий блок и блок извлечения квадратного корня, причем выход фильтра симметричной составляющей прямой последовательности соединен с входом управляемого ключа, выход выпрямителя через последовательно соединенные делитель напряжения, фильтр низких частот, масштабный усилитель и взвешивающий фильтр со входом блока выделения эффективных значений, выход которого соединен с входом квадратора, шестой выход блока управления соединен со стробирующим входом накапливающего сумматора и через элемент задержки со вторым управляющим входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, выход источника компенсирующего напряжения соединен со 13761 вторым крайним выводом делителя напряжения, первый выходной зажим измерительного трансформатора соединен с входом блока управления. Блок управления содержит два тригге- 5 ра, элемент И и последовательно соединенные управляемый ключ, блок фазового сдвига на 90°, компаратор, блок дифференцирования, формирователь модуля, первый, второй и третий счетчики, причем вход уп- 10 равляемого ключа соединен с входом блока управления, управляющий вход с выходом первого триггера, первые входы обоих триггеров объединены и подклюїеньї к клемме "Пуск", выход второго счетчика соединен со 15 вторым входом второго 1ри!ге(ы, шестым выходом блока управления и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с пересчетным выходом третьего счетчика и пятым выходом блока управле- 20 ния, а выход соединен со вторым входом первого триггера и установочным входом третьего счетчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым и третьим выходом блока управле- 25 ния, выход второго триггера соединен со вторым выходом блока управления, выход первого счетчика соединен с первым выходом блока управления. Регистратор содержит два аналого-циф- 30 ровых преобразователя, элемент ИЛИ и цифропечатающий блок, причем входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены со вторым и первым входами регистратора, их управляющие 35 входы соединены соответственно со вторым и первым управляющими входами регистратора, з выходы соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу цифропечатающего блока. 40 Принципиальное отличие предлагаемого устройства от прототипа заключается в том, что заявляемое устройство, за счет введения в него делителя напряжения, источника компенсирующего напряжения, 45 фильтра низких частот, взвешивающего фильтра и элемента задержки, а также цепочки из последовательно соединенных квадратора, накапливающего сумматора, масштабирующего блока и блока извлече- 50 ния квадратного корня, включенной между блоком выделения огибающей сигнала и регистратором позволяет обеспечить статистическое измерение уровней колебаний за каждую минуту и последующую оценку 55 среднекоадратического знамения размахов изменений напряжения в течение всего времени замера (наблюдения) для всех фзэ и составляющей прямой последовательности одновременно, чго способствует значитель ным повышению достоверности измерений и расширению функциональных возможностей устройства. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема анализатора огибающей сигнала трехфазной сети; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выходах отдельных составных элементов блока управления, иллюстрирующие его работу. Анализатор огибающей сигнала трехфазной сети содержит трехфазный измерительный трансформатор 1, три входных зажима которого соединены с входными клеммами А, В, С измерителя, а три выходных зажима блока 1 подклю іеньї к трем входам фильтра 2 прямой последовательности и к входам блоков выборки-хранения 3-5, выходы которых объединены и подключены к выпрямителю б, аходом соединенному через управляемый ключ 7 с выходом фильтра 2 прямой последовательности, первый вход которого подключен к информационному входу блока 8 управления, второй выход которого подключен к управляющему входу ключа 7 и к разрешающим запись входам блока выборки-хранения 3-5, к разрешающим считывание входам каждого из которых соответственно подключены третий, четвертый и пятый выходы блока управления. Выходы выпрямителя 6 и источника 9 компенсирующего напряжения соединены с соответствующими входами делителя 10 напряжения, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр 11 низких частот, масштабный усилитель 12, взвешивающий фильтр 13, блок 14 выделения эффективных значений, квадратор 15, накапливающий сумматор 16, масштабирующий блок 17 и блок 18 извлечения квадратного корня к входу регистратора 19, к другому входу которого подключен выход блока 14 выделения эффективных значений. Второй управляющий вход регистратора объединен через элемент 20 задержки со стробирующим входом накапливающего сумматора 16 и подключен к шестому выходу блока 8 управления, первый выход которого подключен к первому управляющему входу регистратора. Блок 8 управления выполнен в виде комплексного блока, состоящего из триггеров 21 и 22, элемента И 23, и последовательно соединенных управляемого ключа 24, блока 25 фазового сдвига на 90°, компаратора 26, блока 27 дифференцирования, формирователя 23 модуля и счетчиков 29-31. При этом вход ключа 24 соединен с входом блока управления, а управляющий вход - с прямым выходом триггера 21 Единичные 13761 входы триггеров 21 и 22 объединены и подключены к управляющему входу блока управления. Выход счетчика 30 соединен с нулевым входом триггера 22 и с динамическим входом элемента И 23, статический вход которого соединен с пересчетным выходом счетчика 31. Выход элемента И 23 подключен к нулевому входу триггера 21 и к пходу сброса счетчика 31. Выходы триггера 22 и счетчиков 29-31 являются выходами блока управления. Регистратор 19 состоит из АЦП 32 и 33, элемента ИЛИ 34 и ЦПУ 35, причем информационные и управляющие входы АЦП 32 и 33 соединены с соответствующими входами регистратора, а выходы АЦП подключены через элемент ИЛИ 34 к входу ЦПУ 35. В основу работы измерителя положены следующие обозначения. При оценке колебаний напряжения время интегрирования выбирается р а в н ы м 1 м и н . ( N o r m є Europeenne EN 50 006). Каждый подобный замер определяет значение размаха колебаний напряжения, рассматриваемое в соответствии с выражением /Г; 0-001 g2(F)G(F)dF 5 10 15 20 25 100, UHOM где g(F) - амплитудно-частотная характери- 30 стика (АЧХ) зрительного анализатора; G(F) - энергетический спектр колебаний напряжения в диапазоне частот 0,001-25 Гц. Следовательно, среднеквадратическое 35 значение размахов изменений напряжения за время замеров Т. нормируемое ГОСТ 13Ю9'87 по известным одноминутным значениям его, определяется из выражения 40 (2) = 1 Цикл работы устройства соответствует четырем периодам времени замеров Т, а каждый период - времени обработки счи- 45 танной информации, Трехфазное напряжение сети понижается измерительным трансформатором 1, после чего линейные напряжения поступают на фильтр 2 прямой последовательности. 50 По сигналу "Пуск" (фиг.1), обозначающему начгло цикла и соответственно первого п е р и о д а , т р и г г е р ы 21 и 22 устанавливаются в единичное состояние. 55 При этом в первом периоде по логической единице с выхода триггера 22 Блок 8 управления разрешает запись информации в блоки выборки-хранения 3-5 и открывает ключ 7. Составляющая прямой последовательно 8 подлежащая непосредственно обработке, с выхода фильтра 2 поступает через ключ 7 на оходдвухполупериодного выпрямителя б, а линейные напряжения о этот момент с выходов измерительного трансформатора 1 записываются о блоки выборки-хранения 3 5. Выпрямитель 6 преобразует спектр исследуемого сигнала, который поступает на делитель 10 напряжения, где происходит ослабление сигнала и компенсация его постоянной составляющей с помощью источника 9 компенсирующего напряжений. Далее результирующее напряжение фильтруется активным фильтром 11 низких частот и усиливается масштабным усилителем 12. Выходное напряжение масштабного усилителя, представляющее собой огибающую исследуемого сигнала, дополнительно фильтруется по частоте с помощью взвешиоающего фильтра 13, ЛЧХ которого модулирует кривую чувствительности зрительного анализатора человека. Затем результирующее напряжение подвергается линейному детектированию по уровню эффективных значений с помощью блока 14. На выходе блока 14 выделения эффективных значений образуется значение (5 V (формула 1), представляющее собой размах колебаний напряжения, которое поступает на регистратор 19 и на квадратор 15, где оно возводится в квадрат и затем подается на накапливающий сумматор 16. В блоке 8 управления одновременно с триггером 22 триггер 21 открывает ключ 24, на выходе которого появляется входное переменное напряжение U24 (фиг.2а), которое поступает иа блок 25 фазового сдвига на 90°. В блоке 25 напряжение ІІ24 сдвигается но 90° по фазе U25 (фиг.2а), после чего компаратор 26 формирует из него меандр U26 (фиг.2а), фронты которого совпадают по времени с максимумами оходного напряжения U24. Блок 27 дифференцирований формирует п моменты, соответствующие фронтам меандра U26, разнополярные короткие импульсы LJ27 (фиг.26). Далее формирователь 28 модуля формирует из последовательности импульсоо U27 последовательность однополярных импульсов и2в{фиг.2в), каждый из которых по времени совпадает с максимумом положительной или отрицательной полуволны входного напряжения U24. Затем тактозые импульсы с выхода формирователя модуля поступают на последовательно соединенные счетчики 29-31. При этом счетчик 30 переходит в следующее состояние через каждую минуту по сигналу переноса счетчика 29, т.е. вычисления текущего размаха, а счетчпк.31, представляющий соБой недвоичиый счетчик с модулем счета 13761 Кеч = 3, переходит в свою очередь є следующее состояние через каждый период времени замера Т по сигналу переноса счетчика 30. т.е. после окончания вычисления среднеквадратичного значения размахов. Таким образом, в регистраторе после завершения цикла работы счетчика 29, размах, преобразуемый АЦП 33 в цифровой код, после поступления команды 1 раз в минуту от блока управления печаїаетея с помощью ЦПУ 35, а о накапливающем сумматоре 16 после завершения цикла работы счетчика 30 формир>ется сумма квадратов размахов в соответствии с формулой (2), Выход сумматора 16 подклю и еи через мзештабирующий блок 17 с коэффициентом передачи равным 1/К у входу блок-) 18 который предназначен для извлечения квадратного корня из суммы квадратен Выходная величина блока извлечения квадрат ного корня является среднеквадратичеегмм значением размахов и она поступает на регистратор 19. где преобразуется АЦП 32 и цифровой код, и после поступле ния 1 раз за период времени замера Т сдвинутой во времени элементом 20 задержки команды от блока управления также печатается с помощью ЦПУ 35. В этот момент в блоке 8 управления по сигналу переноса, счетчик 30 устанавливает триггер 22 в состояни-л нуля и пьроводит счетчик 31 в единицу При этом по сигналу ФАГ 10 "Стоп 1" (фиг.1) триггер 22 прекращает запись информации D блоки выборки-храиения 3-5 и закрывает ключ 7, а появление лог. 1 на первом кодовом выходе счетчика 31 5 вызовет считывание сигнала с выхода блока 3 выборки-хранения, что приведет к началу второго периода и, таким образом, процесс будет повторятся до тех пор, пока весь цикл не завершится полностью. 10 При полном завершении цикла сигнал переноса счетчика 30 подается через элемент И 23 на вход сброса счетчика 31 и на нулевой вход триггера 21, в результате чего 1Ь по сигналу "Сброс" (р.іг.1) счычик П1 устанавливается Б нулзгос сссчомі/є, з по спгнапу "Стоп 2" (фиг.1) трипер 21 закрмр&егг ключ 24. И на этом весь цікг- злпорїьзн. Если возникает необходимость дальНО нейшего анализа, то цикл будет повторен при повторной подаче сигнала "Пуск" (фиг.1). Таким образом, после накопления достаточного объема информации, по содер25 жимому регистратора измерителя строятся функции распределения размахоа колебаний напряжения и определяются их среднеквздратические значения для всех фаз и составляющей прямой последовательности 30 одновременно, по которым более дестоаерно оценивается качество напряжения исследуемой сети. . ї 13761 Г ч, ГГЇЇЇ Фиг. 2 Упорядник Замовлення 4122 Техред М Моргентэл Коректор Л.Лукач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТа-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101