Анализатор сопротивлений систем промышленного электроснабжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 2 1 1 К 27/16 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1.1 и 9.1 овые клю 7 т Яуф Ц/д Уф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕПЬСТ(71). Омский политехнический институт (72) В,И.Розенов(56) Заявка Франции2276594, кл. С 01 Е 27/16, опублик, 1976.Авторское свидетельство СССР85 1284, кл. С 01 К 27/16, 1981.Авторское свидетельство СССР960663, кл, С 01 К 27/16, 1980. (54) АНАЗБ 1 ЗАТОР СОПРОТИВЛЕНИЙ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике электроизмерений и предназначено для использования в электроэнергетике, Цель изобретения - увеличение точности измерения. Анализатор сопротивлений содержит два идентичных канала (К) 1.1 и 1.2. Каждый К1.2 включает аналоговые ключ 9.3 переноса спектра, аналог чи 13.1 и 13.2 умножения, фильтры14,1, 14.2 и 11 нижних частот, сумматор 10. Кроме того, анализатор содержит блок 20 управления. Для достижения цели в каждый К 1.1 и 1.2 введены согласующие блоки 2.1 - 2.3 иблоки 15.1 и 15.2 выборки-запоминанияВ анализатор введены также формирователь 3, умножители 4 и 5 частоты, переключатель 8,формирователь7 сигналов переноса спектра, формирователь 12 опорных напряжений, коммутатор 16, аналого-цифровой преобразователь 17, вычислительный блок18, блок 19 индикации и задатчик 6номера гармоники. Введенные элементы и образованные функциональные связи исключают погрешности, связанныес неидентичностью аналоговых элементов К 1.1 и 1.2 и повышают быстродействие анализатора путем одновременного измерения всех составляющих сопротивления. 1 з.п. ф-лы, 4,ил,82021 2 Целью изобретения является увеличение точности измерения путем ис -ключения погрешностей, связанных снеидентичностью аналоговых элементовв. каналах измерения и повышение быстродействия путем одновременого измерения всех составляющих сопротивления.На Фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема анализатора, на Фиг. 2 - Функциональная схемаФормирователя сигналов переноса спектра, на Фиг. 3 - врем 6 нпые диаграммы, поясняющие работу Формирователясигналов переноса спектра., на Фиг,4 -функциональная схема блока управле-ния,Анализатор содержит два идентичных канала 1.1, 1.2, согласующие блоки (аттенюаторы) 2.1 - 2.3 для приведения и преобразования величин Фазных напряжений и токов исследуемойсистемы электроснабжения к более уудобным для дальнейшей обработки величинам напряжений (например +10 В),Формирователь 3 напряжения одной (любой) Фазы напряжения сети прямоугольных импульсов в моменты перехода напряжения этой Фазы через нуль, умножитель 4 частоты с постоянным коэфФициентом умножения, управляемый умножитель 5 частоты с переменным коэффициентом умножения, зацатчик 6номера гармоники, Формирователь 7сигналов переноса спектра, переключатель 8, ключи 9.1-9.3 электронныеаналоговые для переноса спектров,сумматор 10 Фильтр 11 нижних частот, формирователь 12 опорных напряжений, ключи умножения 13,1, 13.2,электронные аналоговые Фильтры 14.1и 14,2 нижних частот, блоки 15,1 и15.2 выборки запоминания, коммутатор 16 аналоговый электронный, аналого-цифровой преобразователь 17, вычислительный блок 18, блок 19 инди"кации и блок 20 управления. Входыустройства через последовательно соединенные согласующие блоки 2.1-2,3 50 55 1 12Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для использования в электроэиергетике с целью измерения полных сопротивлений промышленных электрических сетей и систем гармоническим током симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей трехфазной системы. и ключи 9.1 - 9.3 переноса спектраподключены к соответствующим входамсумматора 10, выход которого подключен к входам двух цепочек из последовательно соединенных ключа 13,1(13,2) умножения, Фильтра 14.1 (14.2)нижних частот и блока 15.1 (15,2),выходы блоков 15.1 и 15,2 через коммутатор 16 подключены к входу анало го-цифрового преобразователя 17, выход которого подключен к входу блока 18. Выход одного из согласующихблоков через последовательно соединенные формирователь 3, умножитель4 частоты, формирователь 7 сигналов переноса спектра и переключатель8 подключен к управляющим входам ключей 9,1-9.3 переноса спектра, крометого, выход Формирователя 3 через 20 последовательно соединенные управляемый умножитель 5 частоты, Формирователь 12 опорных напряжений подключен к управляющим входам ключей 2513.1 и 13.2 умножения.Формирователь сигналов переносаспектра содержит двоичный счетчик21 и постоянный запоминающий блок 22,Б исходном состоянии переключателем 8 устанавливается чередованиеФаз выходных напряжений Формирователя 7 сигналов переноса так, чтобыоно соответствовало требуемой симметрической составляющей ".рехфазной системы, Для прямой последовательностичередование фаз А-В-С, обратной -А-С-В, нулевой - Л-А-А. Задатчиком6 устанавливается номер гармоники,на которой производится измерениеполного гармонического сопротивления При этом задатчик б воздействует на управляемый умножитель 5 частоты, так, что частота прямоугольныхимпульсов на его выходе соответствует частоте требуемой гармоники.45Анализатор работает следующим об- разом.Несинусоидальные Фазные напряжения, имеющие место на зажимах питания нелинейной и несимметричной нагрузки, и фазные токи, потребляемые этой нагрузкой, из исследуемой системы электроснабжения подаются на входы идентичных каналов 1.1, 1,2После прохождения через согласующие блоки 2. 1 - 2.3 нормированные уровни этих напряжений и токов поступают на входы ключей 91 - 9.3 переноса спектра. Одновременно с этим Форми12820 раватель 3 формирует импульсы в моменты перехода через нуль напряжения на выходе согласующего блока2. 1-2. 3 Частота следования этих импульсов умножается в умножителе 4 в требуемое число раз. Выходные импульсы умножителя 4 поступают на вход формирователя 7 сигналов, где из этой последовательности формируется трехфазная симметричная система прямоугольных импульсов (скважность этих импульсов равна 2, меандр), которая через переключатель 8 (предварительно установленный) управляет ключами 9.1-9.3 переноса спектра.Одновременно с этим частота прямоугольных импульсов с выхода формирователя 3 ум 10 15 ножается управляемым умножителем 5 ет спектру симметричной составляющейвыбранной положением переключателя 35 8. Далее из напряжения на выходе сумматора 10 фильтром 11 нижних частототфильтровываются побочные (паразитные) составляющие, а выделенныйспектр заданной симметричной состав 40 ляющей поступает на входы ключей 13,1и 13,2 умножения, Эти ключи коммутируются взаимно ортогональными напряжениями с выхода формирователя 12.Фильтры 14.1 и 14.2 выделяют из нихпостоянные составляющие - синусную(синфазная) и косинусную (квадратурная) той гармоники данной симметричной составляющей, номер которой определяет задатчик 6 и, соответственно, коэффициент умножения управляемого умножителя 5. После истеченияинтервала времени, необходимого наотработку выходных напряжений фильтров 14.1 и 14,2, сигналом из блока20 управления включаются блоки 15.1,15,2 выборки-запоминания и значенияпостоянных составляющих с выходафильтров 14.1 и 14.2 запоминаются. 50 55 и поступает на вход формирователя 12 опорных напряжений, который формирует на выходе две взаимно ортогональные (сдвинутые одна относительно друогой на 90 ) последовательности пря моугольных импульсов.Выходные напряжения ключей 9.1 9.3 представляют собой преобразованные фазные напряжения (токи) исследуемой системы электроснабжения, 30 После суммирования их в сумматоре 10 на его выходе имеет место напряжение, спектр которого соатветствуНП, П и 1,соответственно ортогональные (синусная и косинусная) составляющие ч-й гармоники напряжения и тока 3-й симметричной составляющей трехфазной систе--1Умножив числитель и знаменатель выражения (1) на комплекс, сопряженный комплексу знаменателя, получают раздельные выражения для мнимой и вещественной компонент полного сопротивления: Пд й +Поз озЙ ( о1 2 - " ", " (3)Гб 9 (1 )2 (1" )ЯДля вычисления искомых составляющих полного сопротивления необходимо определить артагональные составляющие 4 -х гармоник напряжения и тока 3-й симметричной составляющей 21 4Одновременно с этим сигналам из блока 20 управления поочередно открываются каналы коммутатора 16 и запускается аналого-цифровой преобразователь 17, который поочередно преобразует напряжения с выходов блоков выборки-запоминания, поступающие через коммутатор, в цифровые коды и передает эти коды на вход вычислительного блока 18. После преобразования в коды выходных напряжений всех четырех блоков выборки-запоминания, входящих в оба канала 1.1 и 1.2, блок 20 управления запускает цифровой вычислительный блок 18.Алгоритм работы вычислительного блока определяется следующим образом.Полное входное сопротивление сис" темы электроснабжения относительно ветви, по которой получае- питание нелинейная и несимметричная нагрузка определяется из выражения:,: : ",й.".Х1, +31",где 01-1 - соответственно комплексные значения ч-хгармоник 1-й симметричной составляющей напряжения на шинах питания нелинейной нагрузки и тока, потреб-"ляемого этой нагрузкой,1282021 5 0 5 5 0 трехфазной системы, входящие в формулы (2) и (3). После вычисления по . этим формулам значения вешественной и мнимой составляющих полного сопротивления отображается в цифровой фор ме блоком 19 индикации.Таким образом, определение сопротивления проводится за один цикл работы анализатора. Длительность этого цикла определяется только постоянны ми времени фильтров 14. 1 и 14.2,быстродействием преобразователя 17 и вычислительного блока 18.Формирователь 7 сигналов переносаможет быть реализован следующим образом.На схеме (фиг. 1) вход формирователя 7 связан с выходом умножителя 4, Если, например, частота переноса спектра выбрана равной 2 то час тота на выходе умножитепя 4 должна быть 6 Г, т.е. в 6 раз больше. Это необходимо в связи с тем, что формирователь 7 реализован по схеме, содержащей постоянный запоминающий блок 25 ПЗБ 22, двоичный счетчик 21, обеспечивающий счет до 6, Цыходы счетчика связаны с адресными шинами ПЗБ, Организация памяти НЗБ - шесть слоев по три разряда. Запись информации 30 в ПЗБ осуществляется в соответствии с таблицей.Работу формирователя 7 иллюстри - рует временная диаграмма, приведенная на фиг. 3, где й. - выходные им пульсы умножителя чйстоты,4, А - сиг, нал на выходе первого разряда ПЗБ, В - сигнал на выходе второго разряда ПЗБ, С - сигнал на выходе третьего разряда ПЗБ. Сигналы А, В и С яв ляются выходными сигналами формирова теля 7 сигналов переноса спектра. ьФормирователь 7 рабтлст съ и р щим образомС .приходом каждого входного импульса на вход счетчика происходит опрос очередной ячейки памяти. Так как информация записана в ИЗБ в соответствии с таблицей, то выходные напряжения 1, 2 и 3-го разрядов пред ставляют собой последовательности импульсов со скважностью 2, сдвинутые одна относительно другой на одну третью часть общего цикла работы, т. е, на 120 . Длительность одного цикла равна длительности шести импульсов частоты Г так, как счетчик осуществляет счет только до шести. Практически ПЗБ может быть выполнен, например, на одной микросхеме 155 РЕЗ,Блок 20 управления (фиг. 4) содержит двоичный счетчик 23, элемент 2 логической ЗИ-НЕ, одновибратор 25,КБ-триггер 26, кнопку 27,В исходном состоянии положение акнопки 27, триггер 26 выходным уровнем напряжения удерживает в нуле,(сбрасывает в состояние нуль) счетчик 23, запирает элемент 24, препятствуя прохождению через него импульсов с выхода умножителя 4 частоты,и определяет состояние блоков 15 выборки-запоминания режимом "Слежение",На выходе переполнения счетчика 23присутствует сигнал, разрешающий работу элемента 24 (разрешающий прохождение через него импульсов)Блок 20 управления работает следующим образомПосле нажатия на кнопку 27 КБ- триггер изменяет свое состояние на противоположное. Его выходным сигналом блока выборки- запоминания переводят в режим "Хранение" и разрешается прохождение импульсов через элемент 24, Приход каждого импульса на вход счетчика 23 вызывает изменение в нем двоичного кода. Выходной код счетчика 23 управляет состоянием коммутатора 16. Одновременно с этим, каждым импульсом с выхода элемента 24 запускается одновибратор 25, который с задержкой по времени запускает аналого-цифровой преобразователь 17Эта задержка необходима для отстройки по времени от переходных процессов установления кода в счетчике 23 и срабатывания коммутатора 16, Всего на вход счетчика поступает пять импульсов. Пятый им12820 пульс является сигналом переполнения счетчика. Этим сигналом запускается вычислительный блок 18 и запирается (блокируется) элемент 24, Четыре предыдущих"импульса определяют соответствующее состояние коммутатора 16.После перевода кнопки 27 в положение Ь блок управления возвращается в исходное положение,Управление работой анализатора 10 сопротивлений может быть осуществлено автоматически от какой-либо внешней системы. При этом внешняя система выполняет функцию кнопки 27.15 Формула изобретения 1, Анализатор сопротивлений.систем промышленного электроснабжения, содержащий два сумматора, шесть фильтров нижних частот, блок управления, аналоговые ключи переноса спектров и аналоговые ключи умножения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности и уменьшения времени измерения, в него введены переключатель, формирователь сигналов переноса спектра, первый и второй умножители частоты, формирователь опорных напряжений, четы- З 0 ре блока выборки-запоминания, формирователь, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, блок индикации, задатчик номера гармоники и согласующие блоки, 35 причем анализатор содержит два идентичных канала, каждый из которых состоит из двух одинаковых цепей, состоящих из последовательно соединенных аналогового ключа" умножения, 40 фильтра нижних частот и блока выбор ки-запоминания, входы двух цепей соединены и через последовательно соединенные дополнительный фильтр нижних частот и трехвходовый сумматор 45 соединены с выходами трех аналоговых ключей переноса спектра, входы кото 21 8,рых соединены с согласующими блоками, входы которых соединены с вход"ными зажимами анализатора, являющимися входами канала, а выходамиканала являются выходы блоков выборки-запоминания, причем управляющиевходы одноименных ключей переносаспектра первого и второго каналовсоединены и,через последовательносоединенные переключатель, формирователь сигналов переноса спектров,первый умножитель частоты и формирователь соединены с выходом одного изсогласующих блоков, одноименные управляющие входы ключей умножения перивого и второго каналов соединены ичерез формирователь опорных напряжений и второй умножитель частоты соединены с выходом формирователя, управляющий вход второго умножителячастоты соединен с выходом задатчиканомера гармоники, вход блока управления подключен к выходу первого умножителя частоты, выходы первого ивторого каналов соединены с соответствующими входами коммутатора, выходкоторого через аналого-цифровой преобразователь соединен с вычислительным блоком, выход которого соединенс блоком индикации, четыре выходаблока управления соединены с управляющими входами соответственно первых блоков выборки-запоминания обоихканалов, аналого-цифрового преобразователя, коммутатора, вычислительного блока. 2. Анализатор по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что формирователь сигналов переноса спектра содержит двоичный счетчик и постоянныйзапоминающий блок, адресные входы ко-,торого соединены с выходами двоичного счетчика, а выходы являются выхо"дами формирователя сигналов переносаспектра, входом которого являетсярход двоичного счетчика,вюуюоюор 77 Составитель Н,МихалН.Марголина Техред Л.Сердюкова Реда орректор С.Чер Подписное 0 к ногоний и Ра изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная 260/42ВНИИПИпо дел113035, М Тираж осударстве ам изобрет осква, Жмитета СССР крытий ая наб , д.4/