Цифровий пристрій для вимірювання коефіцієнту гармоніки напруги

1. Цифровое устройство для измерения коэффициента гармоники напряжений, содержащее масштабный преобразователь, входы которого соединены с входными клеммами устройства, а выходы подключены к входам последовательно соединенных коммутатора фаз, преобразователя аналогкод и блока памяти, управляющие входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами блока управления, одним выходом подключенного к счетному входу первого счетчика, выход переноса которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход переполнения которого подключен к входу блока управления, а выходи разрядов - к точке, объединяющей первые входы блока регистрации и первого умножителя, информационные входы первого и второго сумматоров-накопителей соединены с выходами второго и третьего умножителей соответственно, первыми входами подключенных к выходам блока реализации функции косинуез и блока реализации функции синуса соответственно, входы которых объединены и подключены к выходу первого умножителя, вторым входом соединенного с одним из выходов постоянного запоминающего устройства, другие выходы которого подключены соответственно к первым входам сумматора и четвертого умножителя, выход которого со единен со вторым входом регистратора, а второй вход- с выходом квадратора, информационные входы которого объединены параллельно с входами блока деления, выходом подключенного через последовательно соединенные блок реализации функции арктангенс а, определитель знака и сумматор к третьему информационному входу блока регистрации, другие выходы блока управления соответственно соединены со стробирующими входами первого и второго сумматоров-накопителей, квадратора и регистратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены блок выделения составляющей прямой последовательности напряжений, счетный триггер, с первого по четвертый ключи, с пятого по девятый умножители, второй блок реализации функции косинуса, второй блок реализации функции синуса, мультиплексор на два входа, с третьего по пятый сумматоры-накопители, второй и третий сумматоры, демультиплексор на два выхода, второй блок памяти, второй квадратор, блок извлечения квадратного корня, и со второго по третий блоки деления, причем выход первого блока памяти подключен к точке, объединяющей входы первого и второго ключей, управляющие входы которых соответственно объединены с входами управления третьего и четвертого ключей и подключены к прямому и инверсному выходам счетного триггера, входом соединенного со счетным входом первого счетчика, кодовые выходы которого подключены к входам третьего и четвертого ключей, выходами соединенных с третьими входами первого и пятого умножителей соответственно, первые и вторые входы которых объединены соответственно между собой, выход пятого умножителя подключен к входам второго блока реализации функции косинуса и второго блока реализации функции С > ы О 13762 синуса, выходами соединенных с первыми входами шестого и седьмого умножителей соответственно, вторые входы которых объединены с первым входом мультиплексора и подключены к выходу второго ключа, выход первого ключа соединен со вторыми входами второго и третьего умножителей, третьи входы которых объединены и подключены к соответствующему выходу постоянного запоминающего устройства, другим выходом соединенного с третьими входами шестого и седьмого умножителей, выход шестого умножителя подключен через мультиплексор к информационному входу третьего сумматора-накопителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, вторым входом подключенного к выходу первого сумматора-накопителя, выход седьмого умножителя соединен с информационным входом четвертого сумматора-накопителя, выходом подключенного к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора-накопителя, входы стробирования и сброса третьего и четвертого сумматоров-накопит'елей объединены с соответствующими входами первого и второго сумматоров-накопителей, входы установки нуля которых объединены и подключены к выходу переноса первого счетчика, выход второго сумматора подключен к первым входам первого квадратора и первого блока деления, вторые входы которых объединены и подключены к выходу третьего сумматора, а стробирующие входы - объединены и подключены к соответствующему выходу блока управления, выход четвертого умножителя соединен с входом демультиплексора, первый выход которого подключен к информационному входу второго блока памяти, а второй выход - к точке, объединяющей входы второго квадратора и второго делителя, второй вход которого объединен с соответствующим входом третьего блока деления и подключен к выходу второго блока памяти, выход второго блока памяти, выход второго блока деления соединен через восьмой умножитель с четвертым входом блока регистрации, пятым входом подключенного через девятый умножитель к выходу третьего блока деления, первый вход которого подключен через последова тельно соединенные пятый сумматор-накопитель и блок извлечения квадратного корня к выходу второго квадратора, один из выходов постоянного запоминающего устройства подключен ко вторым входам восьмого и девятого умножителей, а другие выходы блока управления соответственно соединены с кодовым входом второго счетчика, с адресными входами мультиплексора и демультиплексора, с доступом постоянного запоминающего устройства и второго блока памяти, со стробирующими входами второго квадратора, пятого сумматора-накопителя, блока извлечения квадратного корня, второго и третьего блоков деления, при этом выход переноса второго счетчика подключен к входу установки нуля пятого сумматора-накопителя. Изобретение относится к области контроля качества электроэнергии и предназна чено для измерения коэффициентов гармоники и несинусоидальности напряжений и 2. Цифровое устройство для тмерения коэффициента гармоники напряжений по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок выделения составляющей прямой последовательности включает трехфазный трансформатор, содержащий три первичные обмотки, соединенные в треугольник, входы которых являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока выделения прямой последовательности напряжения и три вторичные обмотки, первая из которых выполнена с коэффициентом трансформации равном 1/3, а вторая и третья обмотки, каждая из которых состоит из первой и второй частей, выполнены с коэффициентом трансформации каждой части соответственно равным 1 /6 и V5/6 причем выходы первой и второй вторичных обмоток являются соотиетственно выходами трехфазного трансформатора, вход первой вторичной обмотки соединен последовательно встречно через первые части второй и третьей вторичных обмоток, которые соединены согласно, с общей шиной, вход второй части второй вторичной обмотки соединен последовательно-встречно, через вторую часть третьей вторичной обмотки с общей шиной, фазовращатель на 90° и сумматор, соединенные последовательно, причем первый и второй выходы трехфазного трансформатора соединены, соответственно, со вторым входом сумматора и входом фазовращателя на 90°. 13762 их составляющей прямой последовательности в трехфазных электрических сетях. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее масштабный преобразователь, преобразователь аналог-код (ПАК), коммутатор фаз, блок памяти, счетчики, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), блок реализации функции косинуса, блок реализации синуса, умножители, сумматоры-накопители, блок управления, блок деления, блок реализации арктангенса, определитель знака, сумматор и блок регистрации [2]. Недостатком данного устройства является то, что оно может служить лишь анализатором гармоник фаз и не позволяет измерять уровни несинусоидальности на пряжений, по которым оценивается качество электроэнергии. Кроме того, в известном устройстве гармонический анализ проводится по методу прямоугольников, что снижает точность измерений. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать устройство за счет более полного учета при измерениях информационных составляющих трехфазных напряжений, что приведет к значительному расширению функциональных возможностей устройства. Поставленная задача решается тем, что в цифровое устройство для измерения коэффициента гармоник напряжений, содержащее масштабный преобразователь, входы которого соединены с входными клеммами устройства, а выходы подключены к входам последовательно соединенных коммутаторов фаз, преобразователя аналог-код и блока памяти, управляющие входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами блока управления, одним выходом подключенного ко счетному входу первого счетчика, выход переноса которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход переполнения которого подключен к входу блока управления, а выходы разрядов - к точке, объединяющей первые входы блока регистрации и первого умножителя, информационные входы первого и второго сумматоров-накопителей соединены с выходами второго и третьего умножителей соответственно, первыми входами подключенных к выходам блока реализации функции косинуса и блока реализации функции синуса соответственно, входы которых обьединены и подключены к выходу первого умножителя, вторым входом соединенного с одним из выходов постоянного запоминающего устройства, другие выходы которого подключены соответственно к первым входам сумматора и четвертого умножителя, выход которого соединен со вторым входом регистратора, а второй вход - с выходом квадратора, информационные входы которого объединены параллельно с входами 5 блока деления, выходом подключенного через последовательно соединенные блок реализации функции арктангенса, определитель знака и сумматор к третьему информационному входу блока регистрэ10 ции, другие выходы блока управления соответственно соединены со стробирующими входами первого и второго сумматоров-накопителей, квадратора и регистратора, согласно изобретению, в него введены блок 15 выделения составляющей прямой последовательности напряжений, счетный триггер, с первого по четвертый ключи, с пятого по девятый умножители, второй блок реализации функции косинуса, второй блок реали20 зации функции синуса, мультиплексор на два входа, с третьего по пятый сумматорынакопители, второй и третий сумматоры, демультиплексор на два выхода, второй блок памяти, второй квадратор, блок извлечения 25 квадратного корня, и со второго по третий блоки деления, причем выход первого блока памяти подключен к точке, объединяющей входы первого и второго ключей, управляющие входы которых соответственно объеди30 нены с входами управления третьего и четвертого ключей и подключены к прямому и инверсному выходам счетного триггера, входом соединенного со счетным входом первого счетчика, кодовые выходы которого 35 подключены к входам третьего и четвертого ключей, выходами соединенных с третьими входами первого и пятого умножителей соответственно, первые и вторые входы которых объединены соответственно между 40 собой, выход пятого умножителя подключен к входам второго блока реализации функции косинуса и второго блока реализации функции синуса, выходами соединенных с первыми входами шестого и седьмого 45 умножителей соответственно, вторые входы которых объединены с первым входом мультиплексора и подключены к выходу второго ключа, выход первого ключа соединен со вторыми входами второго и третьего ум50 ножителей, третьи входы которых объединены и подключены к соответствующему выходу постоянного запоминающего устройства, другим выходом соединенного с третьими входами шестого и седьмого умно55 жителей, выход шестого умножителя подключен через мультиплексор к информационному входу третьего сумматора-накопиіеля, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, вторым входом подключенного к выходу первого 13762 сумматора-накопителя, выход седьмого умножителя соединен с информационным входом четвертого сумматора-накопителя, выходом подключенного к первому входу третьего сумматора, второй вход 5 которого соединен с выходом второго сумматора-накопителя, входы стробирования и сброса третьего и четвертого сумматоровнакопителей объединены с соответствующими входами первого и второго 10 сумматоров-накопителей, входы установки нуля которых объединены и подключены к выходу переноса первого счетчика, выход второго сумматора подключен к первым входам первого квадратора и первого блока 15 деления, вторые входы которых объединены и подключены к выходу третьего сумматора, а стробирующие входы - объединены и подключены к соответствующему выходу блока управления, выход четвертого умножителя 20 соединен с входом демультиплексора, первый выход которого подключен к информационному входу второго блока памяти, а второй выход - к точке, объединяющей входы второго квадратора и второго делителя, 25 второй вход которого объединен с соответствующим входом третьего блока деления и подключен к выходу второго блока памяти, выход второго блока деления соединен через восьмой умножитель с четвертым вхо- 30 дом блока регистрации, пятым входом подключенного через девятый умножитель к иыходу третьего блока деления, первый вход которого подключен через последовательно соединенные пятый сумматор-нако- 35 питель и блок извлечения квадратного корня к выходу второго квадратора, один из выходов постоянного запоминающего устройства подключен ко вторым входам восьмого и девятого умножителей, а другие 40 выходы блока управления соответственно соединены с кодовым входом второго счетчика, с адресными входами мультиплексора, с доступом постоянного запоминающего устройства и второго блока памяти, со стро- 45 бирующими входами второго квадратора, пятого сумматора-накопителя, блока извлечения квадратного корня, второго и третьего блоков деления, при этом выход переноса второго счетчика подключен к входу уста- 50 новки нуля пятого сумматора-накопителя. Целесообразно, чтобы блок выделения составляющей прямой последовательности включал трехфазный транс форматор, содержащий три первичные обмотки, соеди- 55 ненные в треугольник, входы которых являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока выделения прямой последовательности напряжений и три вторичные обмотки, первая из которых выпол 8 нена с коэффициентом трансформации равным 1/3, а вторая и третья обмотки, каждая из которых состоит из первой и второй частей, выполнены с коэффициентом трансформации каждой части соответственно равным 1/6 и Vo/6, причем выходы первой и второй вторичных обмоток являются соответственно выходами трехфазного трансформатора, вход первой вторичной обмотки соединен последовательно встречно через первые части второй и третьей вторичных обмоток, которые соединены согласно, с общей шиной, вход второй части второй вторичной обмотки соединен последовательно-встречно через вторую часть третьей вторичной обмотки с общей шиной, фазовращатель на 90° и сумматор соединенные последовательно, причем первый и второй выходы трехфазного трансформатора соединены соответственно с вторым входом сумматора и входом фазовращателя на 90°. Указанное выполнение устройства позволяет осуществить одновременный контр о ль уровн ей гарм оник и несинусоидальности как напряжений всех фаз, так и их составляющей прямой последовательности, причем гармонический анализ в данном устройстве производится по методу Симпсона. Это способствует существенному расширению функциональных возможностей устройства и повышению точности измерений. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого цифрового устройства для измерения коэффициента гармоники напряжений. Цифровое устройство для измерения коэффициента гармоники напряжений содержит масштабный преобразователь 1, блок 2 выделения составляющей прямой последовательности напряжений, коммутатор 3 фаз, преобразователь аналог-код 4, блок 5 памяти, блок 6 управления, счетчики 7 и 8, счетный триггер 9, ключи 10-13, умножитель 14, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, блок реализации функции косинуса 16 и 17, блоки реализации функции синуса 18 и 19, умножители 20-25, мультиплексор 26, сумматоры-накопители 27-30, сумматоры 31-33, квадратор 34, демультиплексор 35, квадратор 36, сумматор-накопитель 37, блок 38 извлечения квадратного корня, блоки деления 39-41, умножители 42 и 43, блок 44 регистрации, блок 45 памяти, блок 46 реализации функции арктангенса и определитель 47 знака. Блок 2 выделения составляющей прямой последовательности напряжений со 13762 10 стоит из трехфазного трансформатора 48, Исследуемое трехфазное напряжение или составляющую прямой последовательсумматора 49 и фазовращателя 50 на 90°. ности можно представить в виде В основу работы блока 2 при измерении составляющей прямой последовательности U(t)« 2 Um,cSln(KU*+ С7) напряжений положен следующий принцип. k—1 По ме тоду симме тричн ых составляюгде UmK, У* щих комплекс напряжений прямой последоамплитуда и начальная фаза вательности записывается составляющих спектра сети; Ui- ^ к- 1, N - но мер гар моник. . Q С 0) помощью ПАК напряжение U(t) предгде Ui - действующее значение напряжения прямой последовательности в ставляется в равностоящих точках. Дискретное преобразование Фурье такомплексной форме; , кого сигнала имеет вид U A , O B . U C - действующие значения м -1 . 2ппк фазных напряжений в комплексной форме ; 2 S K " У Uf mi e ' М~ Г8) а -е ^ ;a - e ~ W;

М соответственно на пителя 29. С выхода умножителя 25 зна 13 13762 чение 2U(2m)sln—j-д— поступает на сумматорнакопитель 30. В сумматорах-накопителях 29 и 30 формируются коды суммы (U(o) + U(M) *• m rn = 1 ответственно, а в 2 X U(2m)Sin—j-p- COM m= 1 сумматорах-накопителях ,2я(2т-1)к м U(2m-1 )COS 27 и 28 и ^ 11 ^ . 2л-(2m - 1)к ^ 4 2J U(2m-i)sln ------—к/j-------соответственно. С m == 1 выход ов сумматоров- накоп ител ей 29 и 27 М4 — і 4лтпк код ы с у м м ы (U (o) + U (M )+2 2 U (2 m)c os -^ —) и 4У U (2 m -i)c os ^ ^ со от вет ст ве нн о м ?д ~ * m = поступают на сумматор 32, а с выходов сумма то ров- нак опи те лей 30 и 2 8 знач ени я m=1 м m =1 м соответственно - на сумматор 33. Таким образом, в су мматорах 32 и 33 пос ле заверш ения цикла работы счетчика 7 образу ютс я значения д ейс твите льной и мнимой составляющих выражения (9), т.е. А* и Вк. Выходы сумматоров 32 и 33 подключены к вх од ам квадратора 34, который предна зн аче н д л я во зв ед е ни я в к в ад ра т, су ммирования и извлечения квад ратного корня из суммы квадратов. В ыход квад ратора 34, на котором формируется значение SK, соед инен с вход ом у множителя 22. Здесь происх одит умнож ение абс олютного значения S * на коэ ффициент ^ЗГ/ЗМ, пос тупающ ий и з П ЗУ . В ых од н а я ин фо р м а ц ия умнож ителя 22 является дейс твующ им значением к-ой гармоники, которая пос тупает одновременно на дему льтиплекс ор 35 и на блок 44 регис трации. Для измерения коэ ффициента гармоники напряжений, дему льтиплексор 35 по нуле во му ад р ес у , у к аза нн ому бл ок о м 6 управления, под ключает с вых ода умножителя 22 ин формацию, с оответс тву ющ ую первой гармоник е напряжений, на блок 45 памяти, а по единичному адресу - информацию, соответс тву ющую выс шим гармоникам, на блок 40 деления. На дру гой вх од делителя 40 прикладывается значение первой гармоники, считываемой из блока 45 памяти в*момент появления кажд ой из э тих высших гармоник на одном вход е делителя. Таким образом, на выходе блока 40 деления в определенный момент времени формируется значение отношения U K/U( I) ВЫХОДНОЙ сигнал делителя 40 пос тупает на умножитель 42, где происх одит умножение абс олютного значения коэ ффициента гармоники на 100. пос тупающее из ПЗУ 15, в соответ-5 с твии с форму лой (14). В ыход ная величина умножителя 42 являетс я коэ ффициентом гармоники напряж ений Ки(к), Е ыраженным в процентах, и она пос ту пает на блок 44 регистрации. 10 Дпя измерения нес инус оид альнос ти напряжений, значения с вых ода умножителя 22, которые пос тупаю т на блок 40 д еления, также одновременно вводятс я к входу квадратора 36, где производ ится возведение их 15 в квад рат ( форму ла 15). Значения с выход а квадратора 36 пос тупают на сумматор-накопитель 37, затем на блок 38 извлечения квад ратного корня пос ле полного окончания анализа д анной реализации с игнала, 20 запис анного в блоке 5 памяти. В ых од ные величины блока 38 извлечения квадратного корня и блока 45 памяти од новременно пос тупают на соответс твующие вх од ы блока 41 д еления, затем на умнож итель 43, гд е 25 производится у множение абс олютного значения коэ ффициента несинус оид альнос ти на 100, пос ту пающее из ПЗУ 15, в с оответствии с формулой (15). В ыходная информация умножителя 43, представляющая собой 30 коэ ффициент нес инус оид альнос ти напряжений Кнс и в процентах, пос тупает на регистратор 44. Дпя опред еления начальной фазы к-ой гармоники, вых одные с игналы сумматоров 35 32 и 33 пос тупают на блок 39 деления, гд е пр о из во д и тс я в ы чис л е н и е о тн ош ен и я Вк/Ак, которая пос ту пает на блок 46 реализации фу нк ции арктангенс а, вых од ная инфо р м а ци я к о тор ог о п р ик л ад ы в ае тс я к 40 опред елителю 47 знак а. В зависимос ти от опред еленного знак а фазы спектральной плотнос ти Ф к в сумматоре 31 происходит или с лож ение величины Фк с велич иной я/ 2, пос ту пающ ей из ПЗУ 45 15, или вычитание в соответс твии с формулой (13). В ых одная информация сумматора 31, предс тавляющая собой фазу к-ой гармоники, под аетс я на блок 44 регис трации. Б лок 6 управления с инх ронизиру ет ра50 боту всех блоков ус тройс тва. Счетчик 8 номе ра га рм о ни к в ыд а е т н а б ло к 4 4 регис трации номер анализируемой гармоники и на ус тройс тво у правления - с игнал об окончании анализа д анной реализации 55 с игнала, записанного в блоке 5 памяти, по которому и сбрас ывается в ну левое сос тояние сумматор-накопитель 37, а счетчик 7 устанавливает в ну ль сумматоры-накопители 27, 28, 29 и 30 по окончанию анализа очередной гармоники. 13762 Упорядник Замовлення 4122 Техред М.Моргентал Коректор Л.Лукач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, у 254655, ГСП, Киї в-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101