Цифровий трифазний генератор полігармонічних сигналів

Цифровий трифазний генератор полігармонічних сигналів, який має у своєму складі процесорний пристрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій, регістр, джерело опорної напруги, цифроаналоговий перетворювач опорної напруги, шестиканальний цифро-аналоговий перетворювач, триканальні підсилювачі напруги та струму, триканальні перетворювачі напруга-напруга та струмнапруга, аналоговий комутатор, операційний підсилювач, аналого-цифровий перетворювач, виходи напруг та струмів, причому входи/виходи порту даних процесорного пристрою з'єднані з виходами аналого-цифрового перетворювача, входами регістра, входами/виходами оперативного запам'ятовуючого пристрою і входами шестиканального цифро-аналогового перетворювача, виходи якого під'єднані до ВІДПОВІДНИХ входів триканальних підсилювачів напруги і струму, вихід джерела опорної напруги з'єднаний з першим входом аналогового комутатора і входом опорної напруги цифроаналогового перетворювача опорної напруги, перший вихід якого під'єднаний до першого входу опорної напруги шестиканального цифроаналогового перетворювача, другий вхід аналогового комутатора з'єднаний з шиною ОВ, треті і четверті входи - з виходами ВІДПОВІДНО триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга, а вихід - з входом операційного підсилювача, вихід якого під'єднаний до входу аналого-цифрового перетворювана, виходи триканальних підсилювачів напруги і струму з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга та ВІДПОВІДНИМИ виходами напруг та струмів генератора, який відрізняється тим, що додатково містить пристрій пам'яті програм, дешифратор, входи скиду і завдання початкових даних, причому вхід скиду з'єднаний з входом скиду процесорного пристрою, входи послідовного порту якого під'єднані до входів завдання початкових даних, виходи порту адреси - до перших входів дешифратора і адресних входів пристрою пам'яті програм, оперативного запам'ятовуючого пристрою, шестиканального цифро-аналогового перетворювача та цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, входи/виходи порту даних до виходів пристрою пам'яті програм і входів цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, перший, другий і третій виходи вибірки пам'яті ВІДПОВІДНО до другого входу дешифратора і входів вибірки пристрою пам'яті програм та оперативного запам'ятовуючого пристрою, виходи запису і читання даних - ВІДПОВІДНО до входів запису і читання оперативного запам'ятовуючого пристрою, третього і четвертого входів дешифратора, входу запису у ВХІДНІ регістри шестиканального цифроаналогового перетворювача і входу читання пристрою пам'яті програм, виходи дешифратора з'єднані ВІДПОВІДНО з входами вибірки каналів і запису у регістри управління шестиканального цифроаналогового перетворювача, входами запуску і вибірки аналого-цифрового перетворювача, входами запису регістра і цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, другі виходи якого під'єднані до других входів опорної напруги шестиканального цифро-аналогового перетворювача, виходи регістра з'єднані ВІДПОВІДНО З входами управління аналогового комутатора і оперативного підсилювача Винахід відноситься до електровимірювальної техніки і може бути використаний для наладки, калібровки, атестаті та повірки вимірювальних перетворювачів електричних величин промислової електромережі Відомий цифровий трифазний генератор полі гармонічних сигналів, який мстить процесорний пристрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій, генератор тактових імпульсів, лічильник адреси, джерело опорної напруги, цифро-аналоговий перетворювач опорної напруги, багатоканальний цифро-аналоговий перетворювач, триканальні (О ю 54769 підсилювачі напруги і струму, триканальні перетворювачі напруга-напруга і струм-напруга, аналоговий комутатор, аналого-цифровий перетворювач (див Патент 'України на винахід № 23111 А, МКВ НОЗВ 27/00, від 30 06 98, Бюл №3) Недоліком цього генератора є недостатня точність формування вихідних сигналів через стальний коефіцієнт масштабування для всіх вихідних сигналів, відсутність коефіцієнту масштабування для сигналів зворотного зв'язку, додатковий кутовий зсув між вихідними сигналами через неодночасний запис кодів їх миттєвих значень до регістрів цифроаналогового перетворювача, необхідність виділення окремих часових інтервалів для корекції кодів миттєвих значень вихідних сигналів Найбільш близьким до пропонованого є трифазний генератор полігармонічних сигналів (див Патент України на винахід № 31545 А, МКВ НОЗВ 27/00, від 15 12 2000, Бюл №7-ІІ), який містить процесорний пристрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій, регістр, джерело опорної наруги, цифро-аналоговий перетворювач опорної напруги, піестиканальний цифро-аналоговий перетворювач, триканальні підсилювачі напруги та струму, триканальний перетворювачі напруга-напруга та струм-напруга, аналоговий комутатор, операційний підсилювач, аналого-цифровий перетворювач, виходи напруг та струмів, причому входи/виходи порту даних процесорного пристрою з'єднані з виходами аналого-цифрового перетворювача, входами регістра, входами/виходами оперативного запам'ятовуючого пристрою і входами шестиканального цифро-аналогового перетворювача, виходи якого під'єднані до ВІДПОВІДНИХ ВХОДІВ триканальшіх підсісіповачів напруги і струму, вихід джерела опорної напруги з'єднаний з першим входом аналогового комутатора і входом опорної напруги цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, перший вихід якого під'єднаний до першого входу опорної напруги шестиканального цифроаналогового перетворювача, другий вхід аналогового комутатора з'єднаний з шиною 0В, треті і четверті входи - з виходами ВІДПОВІДНО триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга , а вихід - з входом операційного підсилювача, вихід якого під'єднаний до входу аналого-цифрового перетворювача, виходи триканальних підсилювачів напруги і струму з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга та ВІДПОВІДНИМИ виходами напруг та струмів генератора У відомому трифазному цифровому генераторі можливим є введення одного коефіцієнту масштабування k для задаючих кодів N, усіх вихідних сигналів При цьому ДІЮЧІ значення U,, наприклад, синусоїдальних напруг и, на виходах шестиканального цифро-аналогового перетворювача визначаються за формулою 2 п (1) Nm, - значення коду амплітуди задаючого сигналу, п - розрядність каналів шестиканального цифро-аналогового перетворювача, Uo - опорна напруга з виходу джерела опорної напруги При постійних розрахункове визначених величинах N, Uo, та k в формулі (1), похибка 5U, задавання LI,, залежить від значення Nm, точність формування якого залежить від точності апроксимації задаваємих сигналів (2) 2 п Зменшення 5U, можливе за рахунок збільшення значення Nm, через зменшення значення масштабного коефіцієнту k при постійному значенні n добутку kN mj , і Nm, ДІЮЧІ значення Nm, сигналів зворотного зв'язку в відомому генераторі визначаються за формулою (4) де у - коефіцієнт підсилення операційного підсилювача, Nm, - амплітудне значення сигналу зворотного зв'язку При цьому похибка формування сигналу зворотного зв'язку обмежується знизу, по-перше, по аналогії з |5U,| значенням m/N, по-друге, додатковою похибкою 5Nrj, яка виникає через кінцеве значення у (5) При у=50000 (для КР544УД2) і к>1/256 (при 8розрядному цифро-аналоговому перетворювачі опорної напруги) SNAOA-'b, що не завжди припустимо Коди миттєвих значень задаючих сигналів для однієї точки вибірки у відомому генераторі заносяться до регістрів управління шестирозрядного цифро-аналогового перетворювача неодночасно, що приводить до додаткових кутових зсувів Дф між вихідними сигналами, які при частоті коливань вихідних сигналів 50Гц і проміжку часу між записами кодів до регістрів управління цифроаналогового перетворювача в 1 мксек сягають значень до 0,1°, що не завжди припустимо Крім того, в відомому генераторі через формування адреси запросу кодів з оперативного запам'ятовуючого пристрою окремим лічильником, не зв'язаним з процесорним пристроєм, виникає не обхід ність формування спеціальних інтервалів корекції задаючих кодів по результатах обробки сигналів зворотного зв'язку процесорним пристроєм з призупинкою роботи адресного лічильника, що приводить до порушення безперервності вихідних сигналів, а отже проведення коректування задаючих кодів через проміжки часу, не менше як декілька хвилин В основу винаходу поставлене завдання створити цифровий трифазний генератор полігармонічних сигналів, в якому введення нових елементів та взаємозв'язків дозволило б підвищити точність формування полігармонічних сигналів і за рахунок цього більш ефективно налагоджувати, калібрувати, атестувати і повіряти вимірювальні перетворювачі електричних величин промислової електромережі Поставлене завдання досягається за рахунок того, що цифровий трифазний генератор полігармонічних сигналів, який має у своєму складі процесорний пристрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій, регістр, джерело опорної наруги, цифроаналоговий перетворювач опорної напруги, шестиканальний цифро-аналоговий перетворювач, триканальні підсилювачі напруги та струму, триканальні перетворювачі напруга-напруга та струмнапруга, аналоговий комутатор, операційний підсилювач, аналого-цифровий перетворювач, виходи напруг та струмів, причому входи/виходи порту даних процесорного пристрою з'єднані з виходами аналого-цифрового перетворювача, входами регістра, входами/виходами оперативного запам'ятовуючого пристрою і входами шестиканального цифро-аналогового перетворювача, виходи якого під'єднані до ВІДПОВІДНИХ входів триканальних підсилювачів напруги і струму, вихід джерела опорної напруги з'єднаний з першим входом аналогового комутатора і входом опорної напруги цифроаналогового перетворювача опорної напруги, перший вихід якого під'єднаний до першого входу опорної напруги шестиканального цифроаналогового перетворювача, другий вхід аналогового комутатора з'єднаний з шиною ОВ, треті і четверті входи - з виходами ВІДПОВІДНО триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга , а вихід - з входом операційного підсилювача, вихід якого під'єднаний до входу аналого-цифрового перетворювача, виходи триканальних підсилювачів напруги і струму з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами триканальних перетворювачів напруга-напруга і струм-напруга та ВІДПОВІДНИМИ виходами напруг та струмів генератора, згідно винаходу, додатково містить пристрій пам'яті програм, дешифратор, входи скиду і завдання початкових даних, причому вхід скиду з'єднаний з входом скиду процесорного пристрою, входи послідовного порту якого під'єднані до входів завдання початкових даних, виходи порту адреси — до перших входів дешифратора і адресних входів пристрою пам'яті програм, оперативного запам'ятовуючого пристрою, шестиканального цифро-аналогового перетворювача та цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, входи/виходи порту даних - до виходів пристрою пам'яті програм і входів цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, перший, другий і третій виходи вибірки пам'яті - ВІДПОВІДНО ДО другого 54769 входу дешифратора і входів вибірки пристрою пам'яті програм та оперативного запам'ятовуючого пристрою, виходи запису і читання даних - ВІДПОВІДНО до входів запису і читання оперативного запам'ятовуючого пристрою, третього і четвертого входів дешифратора, входу запису у ВХІДНІ регістри шестиканального цифро-аналогового перетворювача і входу читання пристрою пам'яті програм, виходи дешифратора з'єднані ВІДПОВІДНО З входами вибірки канатові запису у регістри управління шестиканального цифро-аналогового перетворювача, входами запуску і вибірки аналогоцифрового перетворювача, входами запису регістра і цифро-аналогового перетворювача опорної напруги, другі виходи якого під'єднані до других входів опорної напруги шестиканального цифроаналогового перетворювача, виходи регістра з'єднані ВІДПОВІДНО з входами управління аналогового комутатора і оперативного підсилювача За рахунок введення нових елементів та взаємозв'язків одержана можливість введення індивідуальних коефіцієнтів масштабування для всіх задаючих кодів вихідних сигналів та сигналів зворотного зв'язку, одночасового запису кодів миттєвих значень задаючих сигналів до регістрів управління цифро-аналогового перетворювача, а отже ліквідації додаткового зсуву між вихідними сигналами, корекції задаючих кодів миттєвих значень вихідних сигналів параллельно формуванням без виділення окремих інтервалів корекції і, тим самим, підвищення точності формування полігармонічних сигналів, Ідо в свою чергу дає можливість більш ефективної наладки, калібровки, атестації та повірки вимірювальних перетворювачів електричних величин промислової електромережі На фіг представлена функціональна схема пропонованого цифрового трифазного генератора полігармонічних сигналів Цифровий трифазний генератор полігармонічних сигналів має в своєму складі процесорний пристрій 1, пристрій нам'яті програм 2, оперативний запам'ятовуючий пристрій 3, дешифратор 4, шестикананальний цифро-аналоговий перетворювач 5, цифро-аналоговий перетворювач опорної напруги 6, регістр 7, джерело опорної напруги 8, триканальні підсилювачі напруги 9 і струму 10, триканальні перетворювачі напруга-напруга 11 і струм-напруга 12, аналоговий комутатор 13, операційний підсилювач 14, аналого-цифровий перетворювач 15, входи скиду 16 і завдання початкових даних 17, виходи напруг 18 та струмів 19 Вхід скиду процесорного пристрою 1 з'єднаний з входом скиду 16 генератора, входи послідовного порту - з входами завдання початкових даних 17, виходи порту адреси - з першими входами дешифратора 4 та адресними входами пристрою пам'яті програм 2, оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, шестіканального цифро-аналогового перетворювача 5 і цифро-аналогового перетворювача опорної напруги 6, входи/виходи порту даних - з виходами пристрою пам'яті програм 2 і аналогоцифрового перетворювача 15, входами/виходами оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, входами шестиканального цифро-аналогового перетворювача 5, цифро-аналогового перетворювача опорної напруги 6 і регістра 7, перший, другий і 54769 8 тор полігармонічних сигналів працює під управлінням процесорного пристрою 1, в оперативну пам'ять програм і даних якого заносяться ВІДПОВІДНО програма роботи з пристрою 2 по сигналу з входу скиду 16 і початкові дані (діюча значення напруг та струмів, частота коливання, початкові фази, процент вмісту гармонік/тощо) через входи 17 по сигналу переривання По початковим даним процесорним пристроєм 1 обчислюються масиви задаючих кодів миттєвих значень напруг та струмів за період їх коливання, які заносяться до оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, коди масштабних ког ефіцієнтів к,*2 , де г - розрядність каналів перетворювача 6, для задаючих кодів вихідних напруг та струмів, які заносяться в регістри шестиканального цифро-аналогового перетворювача опорної напруги 6 і коди коефіцієнтів підсилення сигналів зворотного зв'язку, які заносяться в пам'ять даних процесорного пристрою З Цикли роботи генератора, рівні періоду коливання вихідних сигналів, формуються програмно і поділяються на такти, які відповідають вибіркам задаючих кодів миттєвих значень вихідних сигналів і поділяються, в свою чергу, на 6 підтактів, в кожному з яких у ВІДПОВІДНИЙ вхідний регістр цифро-аналогового перетворювача 5 з виходів оперативного запам'ятовуючого пристрою 3 заноситься задаючий код N, миттєвого значення ВІДПОВІДНОГО ВИХІДНОГО сигналу, адрес якого в пристрої 3 визначається процесорним пристроєм 1 В КІНЦІ кожного підтакту коди з вхідних регістрів цифроаналогового перетворювача 5 одночасно переносяться до регістрів управління цього перетворювача і на протязі наступного підтакту управляють формуванням напруг на його виходах Uok,N,/2n, де Uok, - напруга з ВІДПОВІДНОГО виходу цифроаналогового перетворювача 6 опорної напруги Сигнали з виходів цифро-аналогового перетворюПри реалізації даного цифрового трифазного вача 5 підсилюються ВІДПОВІДНИМИ підсилювачами генератора полігармонічних сигналів в якості про9 чи 10, з одночасним перетворенням напруг, зацесорного пристрою 1 використовується сигнальдаючих ВИХІДНІ струми, в струми, і поступають на ний процесор типу ADSP21XX Пристрій пам'яті ВІДПОВІДНІ виходи 18 чи 19 генератора і входи анапрограм 2 виконується на основі м/с М27С256В, логового комутатора 13 через перетворювачі ВІДоперативний запам'ятовуючий пристрій 3 - на осПОВІДНО 11 чи 12, які перетворюють ВИХІДНІ сигнали нові м/с UM621024C, дешифратор 4 - на основі м/с у нормовані напруги з рівнем нормування, прийняКР1533ИД7 Цифро-аналоговий перетворювач 5 тним для аналого-цифрового перетворювача 15 містить три МС AD7S37A - запаралеленими вхоНа протязі порочного циклу роботи генератора дами WR га LDAC Як цифро-аналогової перетвоаналоговий комутатор 13 підключає один з норморювач 6 використовується м/с AD7228A, як регістр ваних вихідних сигналів до входу операційного 7 - м/с КР1533ТМ9, як джерело опорної напруги 8 підсилювача 14, який при необхідності підсилює м/с AD780B Канали підсилювачів напруги 91 цей сигнал, і далі - до входу аналого-цифрового струму 10 виконуються по схемі (В И Щербаков перетворювача 15 Аналоговий комутатор 13 і Г И Гроздов Электронные схемы на операционопераційний підсилювач 14 працюють під управных усилителях Справочник — К Техніка, 1988, лінням кодів ВІДПОВІДНО номера каналу і коефіцієнс 133, рис 7 13) з включенням на виходах ВІДПОта підсилення каналу з виходів регістра 7, причому ВІДНО трансформаторів напруги і струму Канали коди номера канапу і коефіцієнта підсилення заноперетворювача напруга-напруга 11 побудовані на сяться в регістр 7 на початку поточного циклу ротрансформаторах напруги, з включенням на вихоботи генератора з пам'яті , даних процесорного дах повторювачів напруги на операційних підсипристрою 1 Аналого-цифровий перетворювач 15 у лювачах Канали перетворювача струм-напруга 12 поточному такті роботи генератора перетворює виконуються на транс форматорах струму, ВИХІДНІ миттєве значення сигналу на його вході в цифрообмотки яких закорочені резисторами Аналоговий вий код Процесорним пристроєм 1 виконується комутатор 13 виконується на основі м/с 590КН6, порівняння отриманого коду з ВІДПОВІДНИМ задаюопераційний підсилювач 14 — на основі W с чим кодом миттєвого значення ВІДПОВІДНОГО ВИХІДКР544УД2, аналого-цифровий перетворювач 15 — НОГО сигналу і корекція задаючого коду по резульна м/с AD7892-1 тату порівняння з відкиданням можливої Запропонований цифровий трифазний генератретій виходи вибірки пам'яті - ВІДПОВІДНО З другим входом дешифратора 4 та входами вибірки пристрою пам'яті програм 2 і оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, виходи запису і читання даних - ВІДПОВІДНО з входами запису і читання оперативного запам'ятовуючого пристрою З, третім і четвертим входами дешифратора 4, входом запису у ВХІДНІ регістри шестиканального цифро-аналогового перетворювача 5 і входом читання пристрою пам'яті, програм 2 Виходи дешифратора 4 під'єднані ВІДПОВІДНО до входів вибірки каналів і запису у регістри управління шестиканального цифро-аналогового перетворювача 5, входів запуску і вибірки аналого-цифрового перетворювача 15, входів запису цифро-аналогового перетворювача опорної напруги 6 і регістра 7, виходи якого з'єднані ВІДПОВІДНО З входами управління аналогового комутатора 13 і оперативного підсилювача 14 Виходи шестиканального цифроаналогового перетворювача 5 під'єднані до ВІДПОВІДНИХ ВХОДІВ триканальних підсилювачів напруги 9 і струму 10, виходи яких з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами триканальних перетворювачів напруганапруга 11 і струм-напруга 12 та ВІДПОВІДНИМИ виходами напруг 18 та струмів 19 генератора Вихід джерела опорної напруги 8 з'єднаний з першим входом аналогового комутатора 13 і входом опорної напруги цифро-аналогового перетворювача опорної напруги 6, виходи якого під'єднані до входів опорної напруги шестиканального цифроаналогового перетворювача 5 Другий вхід аналогового комутатора 13 з'єднаний з шиною 0В, треті і четверті входи - з виходами ВІДПОВІДНО триканальних перетворювачів напруга-напруга 11 і струмнапруга 12, а вихід - з входом операційного підсилювача 14, вихід якого під'єднаний до входу аналого-цифрового перетворювача 15 54769 10 випадкової похибки Дня мінімізації систематичної Як видно з опису роботи пропонованого трипохибки кола зворотного зв'язку через певні профазного генератора полігармонічних сигналів, в міжки часу виділяються цикли роботи генератора, ньому передбачено введення індивідуальних коена протязі яких замість нормованих вихідних сигфіцієнтів масштабування для всіх задаючих кодів налів аналого-цифровому перетворенню піддягавихідних сигналів та сигналів зворотного зв'язку, ють нульовий рівень напруги з відповідної шини і що дозволяє знизити похибку 5U, задавання вихідопорна напруга з виходу джерела 8 з усередненних сигналів (див вираз (3))до 1/N, а отже збільням результатів перетворення за цикл По усередшення точності формування вихідних сигналів в m неному результату перетворення рівня нуля вольт разів, де m - відношення діючих значень максимавизначається адитивна похибка кола зворотного льно можливого і конкретного вихідного сигналу зв'язку, яка віднімається від результатів перетвоЧерез введення прямого коефіцієнта підсилення рення нормованих вихідних сигналів По відносигналів зворотного зв'язку ліквідована додаткова шенню розрахункового значення результату перепохибка 5N rn (див вираз (5)) формування сигналів творення опорної напруги до реального зворотного зв'язку Одержана можливість одночаусередненого результату перетворення визначасового запису задаючих кодів миттєвих значень ється коефіцієнт корекції мультиплікативної похибвихідних сигналів до регістрів управління цифроки, на який помножуються результати перетворенаналогового перетворювача, а отже ліквідації доня нормованих вихідних сигналів даткового зсуву між вихідними сигналами Крім того, забезпечена можливість безперервного фоЗапуском і вибіркою аналого-цифрового перермування вихідних сигналів через виконання коретворювача 15, а також записом кодів у регістр 7, кції кодів миттєвих значень вихідних сигналів пацифро-аналоговий перетворювач 6, регістри ралельно з їх формуванням без виділення управління цифро-аналогово перетворювача 5 і окремих інтервалів корекції вибіркою каналів останнього управляє процесорний пристрій 1 за допомогою дешифратора 4, який Таким чином, порівняно з відомим генератодешифрує адресу ВІДПОВІДНОГО пристрою, що фором, у запропонованому трифазному генераторі рмується на виходах порту адреси процесорного полігармонічних сигналів підвищена точність форпристрою 1, і дозволяє передачу ВІДПОВІДНИХ сигмування вихідних сигналів налів з виходів читання і запису пристрою 1 до ВІДПОВІДНИХ входів ВІДПОВІДНИХ пристроїв 11 54769 Підписано до друку 03 04 2003 р 12 Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24