Статистический анализатор колебаний частоты и фазы напряжения

(5)5 С 06 Г 5/36 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(7 ) Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В. Ф. Ермаков(56) Авторское свидетельство СССР1365096, кл. 6 06 Г 5/36, 1986.Авторское свидетельство СССР148515, кл. 6 06 Г 15/36, 1987, (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОЛЕБАНИЙ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной техниЯО 1633427 д 1 ке и предназначено для использования в электроэнергетике дл я контроля колеба ни й частоты и фазы напряжения промышленной электрической сети. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет анализа фазы напряжения. Анализатор содержит кварцевые генераторы 1, 2 прямоугольных импульсов, переключатель 3, распределитель 4 импульсов, счетчики 5, 9, 23, 24, 31, триггеры 6, 12, 32, элементы И - НЕ 7, 8, 18, 22, 25, 26, 28, регистр 10, компаратор 11, элемент И 13, реверсивный счетчик 14, нуль-орган 15, одновибраторы 16, 7, 19 - 21, 29, задатчик 27 диапазонов измерения и блок 30 памяти 2 ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изсбретенис относится к области инфорчапиопно-измерительной и вычислительнойс.хники и предназначено для использования В электроэнергетике для контроля колебаний частоты и фазы напряжения промыш,иной электрической сети.11 Г изобретениярасширение класса рсИ 1 счых .1;1 ач:(а счет а на.1 изд фазы на. П Р 51 жс ПИ 5111 а фи 1 представлсна схема анализаГцра; па фиг 2 графики изменений папряжсния на элементах анализатора.Лн)В.атцр содержит первый 1 и второй 2 кварцевые генераторы прямоу Ольны ( илИлльссВ, выходы которых соединены с инфцрмапицннычи входами переключателя,5, управляк)ции Вход которого является вхо. .(м 3,а (1 и 51 р(.ж и л 1 а раб(ты аа 11(.) атцр(1,Ь 3 хцс(Н.13 Н(.Н с (С(КТОВЫМ ВХОДОМ раС- прси(с,(я импу,(ьсцн 4 и сцетныч Входом с (Гцик 5, выход тарпего разряда которо- О пцдклкцсн к сцетнцчу Вхцдл три(гера 6, (дииц(цй Вцхцд кцтцрцО пцдкл(очен к пер- В(,ч Вхц,(;) ч элс чс нтВ 11 НЕ 7 и 8 и к так(ил(у Влцдл счс гчика ), ияхсд которого с и.(и (сии нфцрл 1 пицци ь(1 В хо доч реп(р( 1, Вц,цд кцтцрц(о соединен с перВцл Вхц.пч кцчпаратцрс 11, ыхцды Г 01 . (с . 1Ч.иьп(с кОГО)н)ГО по;1 клк)чсны сООГВс (с; Ги пц к ВОр(.л( ).хцдс)л элеменгов И 111. 7 и 8, Вцхц. кцгорогц с(ндинсн с нл,(с Вцч Вхцдцч ригсра 12, с 3 Орыл ВХО.Ол ,лспг( 11 1,5 и с выцитаюшим Вхо 1)л 1 1)с 11); ин(010 счтцик) 14, ВьХОТ кцторццЗИН с ВгцрцЧ ВХОДОЛ КЧПаратОра(л,(1 01) .( 1 ). В лцд кц ГцОГО я В.1 яс Гся инфцрЛ( ( 1 1.:и Л, ХЛ 111.1 И1Р 1(,ВЫХОД 1 л, (1 цр )с 1, с,)( ( цдчо(3 ибрсорь 3 11) и 17 н.,и(н ( )хцдал(и элсчеига И 111( 1 л, В( х(к)И( ц 3 цдк,к)1 сн к (инхрО. и (ирл к(и л(, Вх(.1 л рс гисгра 1 и ц рез (. 11 В и (р:л (. 1)( л ( б р) с 1) с ц (. " 1 и . кцн,1 и Вх дл цб(ллсния григгсра 6, В (хц,((1)п((ц2 и р( сдновибра Гцрц 2( и "1 ( ц(и и. Входами элемс (г11 2, цхц. кц(01)ц(ц единИ 1)ходачи (1 с, . и(иков "5 и 24, ктцн(и .Од кц 0(н) ц (Одк,к)ц( и к Вхц,(у эгел(ен 11), К.сии Втцрцч Вхц,Ол( (с л(с и 1 111. 25), а Вых)д цехчика 24 .и.ии и с В(црцч Вхцдцл элчспта И НЕ), (с рвы(1 и Втцрци Выхцдь .(11,11(тчикс 27 .(и;(и (зцнцн и (лрсния соединены соотвегс Гнс пнц с прнцчи входачи элечентон 1 11. 25 и 2(. Выходы ксторых соединнц с нрвыч и Вторым вхцдал(13 элечс и гИ Н 1. 28, третий Вход котсрого пц,(к,(к)чсн к Выхцду переполнения сцетцика 2,5, Вц хц.1 сцс.инс н с Входом Од(овибр;3 Ора 2) и Гакгцвцч Входом счетчика 23, Выхц, к гороО с(едини с адреснцч Вхо,Оч б цк; .50 (;(миги, Выход которого сое- ДИНЕИ с ИпфцрЧВППОННЫЧ ВХОДОЧ СцстЧИКа 31, Вцхц.( кц(црц(ц цеди(пп с информа(сисннцч Вхцдцч Г)ГОк(3,50 пачяти, выхсд одновибратора 29 соединен с единичным входом триггера 32, инверсный выход которого соединен с входом запуска распределителя 4 импульсов, выходы которого соответственно соединены с входом записи и тактовым входом счетчика 31, с входом управления записью блока 30 памяти и с нулевым входом триггера 32.Кварцевые генераторы 1 и 2 имеют соответственно частоты 1 МГц и 360 кГц два генератора используются из-за удобства масштабирования контролируемых величин. Счетчик 5, который выполнен двоично-десятичным, выступает в роли делителя частоты на 1 О. Совместно с триггером 6 он делит частоту генераторов на 20. В итоге на выходе триггера 6 появляются импульсы напряжения с частотой 50 кГц 118 к 1 ц - при контроле колебаний фазы) . :.5 ти импульсы заполняют в течение каждого пцлупериода контролируемого напряжения сети 10-разрядный счетчик 9 (который Выполнен двоичным), в результате, напричср, при частоте напряжения сети )=50 Гц содержимое сцстчика 9 в конце полупериОда становится равным 500 (или 180 при контроле колебаний фазы). Такую же разрядность (10) имеют регистр 10, числоьцй кцмпаратор 11 и реверсивный счетчик 14, который Выполнен двоичным. Емкость счетчика 23. выполненного двоичным, задает число уровней квантования колебаний частоты и фазы напряжения, равное числу каналов блока памяти анализатора. Наличие двсично-десятичного счетчика 24, имеюцего емкость 1 О, с помоцью также элеченгцв И НЕ 25, 26, 28 и задатцика 27 Гозволяет задавать ширину интервала квантования колебаний частоты равной 0,1 Гц и 1 Гц, а колебаний фазы - 1 и 10.Рассчотрич работу анализатора в режичс анализа колебаний частоты напряжения. Б этом случае переключатель 3 находится и состоянии, при котором вход счетчика 5 пдк.ючен к выходу генератора 1, имеюпегц частоту 1 (МГп. Интервал квантования колебаний частоты л(0/) равен 0,1 Гц, при э(оч на первом выходе а задатчика 27 диапазонов измерения присутствует единичное напряжение, а на втором выходе Внулевое.11 еред началом измерений содержимое ячеек блока 30 памяти обнуляется.1 Ьцнел( рассмотрение работы анализатора с момента времени 3=0 (фиг. 2). В этот момент на Выходе нуль-органа 15 появляется единичное напряжение, которое приводит к появлению отрицательного импульса напряжения на выходе одновибратора 16. В результате на выходе элемента И - НЕ 18 появляется короткий единичный импульс, записывающий в регистр 10 содержимое счетчика 9, которое было им накоплено в течение предыдущего полупериода селевого напряжения, 1633427длительности между двумя предыдущими полупериодами сетевого напряжения. Учитывая, что цена одного импульса равняется 0,1 Гц частоты напряжения сети, то двоич ный счетчик 23 является квантователем колебаний частоты с шагом Л(о 1)=0,1 Гц,При поступлении первого импульса на вход счетчика 23 его выходной код становится равным 000. Этим же импульсом запускается одновибратор 29. Выходной отри цательный импульс с выхода одновибратора 29 переводит триггер 32 в единичное состояние.В момент времени 1 импульсом с выхода распределителя 4 импульсов (РИ) из канала блока 30 памяти с номером 0001 50 в счетчик 31 записывается информация, накопленная в этом канале за время предыдущего статистического анализа.В момент времени 1 г импульсом с третьего выхода РИ 4 содержимое счетчика 31 увеличивается на единицу.Затем в момент времени 1 импульсов с четвертого выхода РИ 4 эта увеличенная на единицу информация вновь возвраПосле этого коротким единичным импульсом с выхода одновибратора 9 (запускаемого задним фронтом импульса с выхода элемента И - НЕ 18) обнуляется содержимое счетчиков 5 и 9 и триггера 6. После окончания этого импульса счетчик 9 вновьначинает заполняться импульсами с частотой 50 кГц. Цена каждого импульса приближенно равняется О, Гц частоты контролируемого напряжения.В реверсивном счетчике 14 в момент времени 1=0 находится код В, равный числу импульсов, уложившихся в полупериод, предшествовавший предыдущему полупериоду. Соответственно с этого момента в регистре 10 хранится код А, равный числуимпульсов, уложившихся в предыдущий полупериод. Если А=В, то колебания частоты в течение двух предыдущих полупериодов не было. Если АВ, то на соответствующем выходе числового компаратора 11 появляется единичное напряжение: при А)В на первом выходе Больше, при А(В на втором выходе Меньше.В результате один из элементов И - НЕ 7 или 8 начинает пропускать импульсы с частотой 50 кГц на прогрессивный или регрессивный счетный вход реверсивного двоичного счетчика 14, а также поступают им. пульсы через элемент И 3 на вход двоично-десятичного счетчика 24 и второй входэлемента И - НЕ 25. В дальнейшем рассматриваем случай, когда А)В и соответственно импульсы поступают на прогрессивный вход счетчика 14, а также вход установки единицы триггера 2.Поскольку к первому входу элемента И - НЕ 25 приложено единичное напряжение, на его выходе появляется серия импульсов, число которых соответствует приращению 10 1520 2530 35 щается в тот же канал блока 30 памяти с номером 0001,Импульсом с пятого выхода РИ 4 в момент времени 14 триггер 32 устанавливается в нулевое состояние, удерживая в дальнейшем (до прихода очередного импульса на вход установки единицы триггера 32) РИ 4 в нулевом состоянии, при котором управляющее напряжение присутствует на его свободном выходе.С появлением в дальнейшем второго импульса на выходе элемента И - НЕ 28 содержимое счетчика 23 становится равным 0010, одновибратор 29 переводит триггер 32 в единичное состояние, РИ 4 так же, как на интервале времени 1 - 14, управляет приращением на единицу информации, накапливаемой в канале блока 30 памяти с номером 0010.При появлении следующего импульса на выходе элемента И - НЕ 28 осуществляется аналогичная операция накопления информации в канале блока 30 памяти с адресом 0011 и т. д.Импульсы с выхода элемента И - НЕ 28 прекращают поступать после такого изменения содержимого реверсивного счетчика 14, после которого оно становится равным содержимому регистра 10. При этом А=В и на выходе Больше числового компаратора 11 появляется нулевое напряжение, закрывая один из элементов И - НЕ 7 или 8 для импульсов с выхода триггера 6. Если в момент окончания очередного полупериода сетевого напряжения 1 и записи в регистр О содержимого счетчика 9 содержимое регистра 1 О снова превышает содержимое реверсивного счетчика 14 В, то импульсы с выхода элемента И - НЕ 7 продолжают после этого поступать на прогрессивный вход счетчика 4 и ссютветственно увеличивают содержимое счетчика 24, который продолжает квантовать нарастающее колебание частоты напряжения сети, последовательно увеличивая содержимое каналов блока 30 памяти с адресами 0100, 0101, 0110 и т. д.Если же в момент времени 1 д содержимое регистра 10 А после перезаписи из счетчика 9 становится меньше содержимого реверсивного счетчика 14 В (что соответствует изменению характера колебания частоты, а именно после предыдущего уменьшения частоты она начинает нарастать - предыдущее колебание частоты закончилось и начинается следующее), то импульсы с выхода элемента И - НЕ 8 начинают поступать на регрессивный вход реверсивного счетчика 14, а также на вход установки нуля триггера 12, переводя его в нулевое состояние. При этом единичным напряжением с инверсного выхода триггера 12 запускается одновибратор 21, выходной импульс которого, проходя через элемент И -45 фор,чули изобретения 50 55 НЕ 22, устанавливает в нулевое состояние счетчики 23 и 24.Появляющийся после этого первый импульс на выходе элемента И 13 переводит счетчик 24 в состояние 0001 - информация вновь начинает накапливаться в канале блока 30 памяти с адресом 0001, затем (с приходом второго импульса на вход счетчика 24) 0010 и т. д,Процесс накопления информации продолжается время Т (0,5 - 3 ч), после чего по содержимому блока 30 памяти строится дополнительная функция распределения размахов колебаний частоты оГ напряжения сети.При больших колебаниях частоты целесообразно использовать интервал квантования Ло= Гц. Г 1 ри этом задатчик 27 диапазонов измерения переводится в состояние, при котором на его первом выходе а появэяется нулевое напряжение, а нд втором Ь - единичное. В этом случае на вход счетчика 23, осуществляющего квантование колебаний частоты, поступает (пос.е прохождения через лвоично-лесятичный счетчик 24) каждый десятый импульс с выхода элемента И 13. В остальном работа дндлиздтора аналогична описанному выше режиму с ЪЬ=0, Гц.Налицие в схеме связи выхода переноса счетчика 23 с третьим входом элемента И - НЕ 28 исключает накопление ложной информации в блоке 30 памяти при прохожлении колебанием частоты большого размдхд, перекрывающего рабочий диапазон анализатора - в этом случае оно расшифровывается анализатором, как равное верхней границе диапазона.В режиме анализа колебаний фазы переклкчдтель 3 переводится в состояние, при котором вход счетчика 5 подключается к выходу второго генератора 2, выходные импульсы которого следуют с частотой 360 кГц. В этом режиме устройство работает так же, как и в режиме анализа колебаний частоты.После окончания измерений через время Т по содержимому блока 30 памяти строится функция распределения размахов колебаний фазы напряжения сети. Статистический анализатор колебаний частоты и фазы напряжения, содержащий пять счетчиков, три триггера, пять одновибраторов, элемент И, блок памяти, регистр, переключатель, нуль-орган, первый генератор прямоугольных импульсов и распределитель импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом записи и тактовым входом первого счетчика, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом второго счетчика, а выход подключен к ин 10 15 20 25 30 35 40 формационному входу первого счетчика, вход нуль-органа является информационным входом анализатора, выход первого одновибратора соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к третьему выходу распределителя импульсов, а инверсный выход - к входу запуска распределителя импульсов, выход второго одновибратора соединен с установочным входом третьего счетчика, прямой выход второго триггера соединен с входом третьего одновибратора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет анализа фазы напряжения, в него ввелены реверсивный счетчик, компаратор, второй генератор прямоугольных импульсов, шестой одновибратор, элементы И НЕ и залатчик диапазонов измерения, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов И - НЕ, выходы которых подключены к первому и второму входам третьего элемента И - НЕ, выход которого соединен с тактовым входом второго счетчика и с входом первого одновибратора, выходы первого и второго генераторов трямоугольных импульсов соединены с информационньми входами переключателя, управляюций вход которого является входом задания режима работы анализатора, а выход соединен с тактовым входом распределителя импульсов и счетным входом четвертого счетчика, выход старшего разряда которого подключен к счетному входу третьего триггера, единичный выход которого подключен к тактовому входу третьего счетчика и к первым входам четвертого и пятого элементов И - НЕ, выход четвертого элемента И - НЕ соединен с первым входом элемента И, суммирующим входом реверсивного счетчика и с единичным входом второго триггера, инверсный выход которого через четвертый одновибратор подключен к первому входу шестого элемента И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход подключен к входам сброса пятого и второго счетчиков, выход переполнения которого соединен с третьим входом третьего элемента И НЕ, выход третьего счетчика подключен к информационному входу регистра, выход которого соединен с первым входом компаратора, выходы Больше и Меньше которого подключены ссютветственно к вторым входам четвертого и пятого элементов И - НЕ, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, с вторым входом элемента И и с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу компаратора, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента И - НЕ и с тактовым входом пятого счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента И - НЕ, выход нуль-органа через пя1633427 10 тый и шестой одновибраторы соединен с входами седьмого элемента И - НЕ, выход которого подключен к синхронизирующему входу регистра и через второй одновибратор - к входу сброса четвертого счетчиСоставитель С. ИонкТекред А КравчукТираж 406омитета по изоква, Ж - 35,кий комбинатПас бретениям и о Раушская на Патент, г Редактор Е пЗаказ 619ВНИИПИ Государственного1 3035, .МоПроизводственно-издатель ка и входу обнуления третьего триггера,четвертый выход распределителя импульсовсоединен с входом управления записью бло.ка памяти. Корректор А Оса тенкоПодписноекрытиям при ГКНТ СССРб., д. 45город, ул, Гагарина, 101