Датчик тока гармоники параллельного резонанса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 7114 1)4 С 01 К 19/04 23/06,Н 02 Л ЕНИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ;арф :,м,д Бюл, Ф ий гор та - жиоФови ГОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬП ИЯМПРИ ГКНТ СССР) Криворожск норудный инст ут(56) Авторское свидетельство СССР Ф 720370, кл, С 01 Б. 23/16, 1978,Авторское свидетельство СССР Р 645167, кл. С 01 К 19/04, 1976.:,54) ДАТЧИК ТОКА ГАРМОНИКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО РЕЗОНАНСА,57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к техническим средствам для измерения спектральных составляющих несинусоидальных периодических сигналов, Цель изобретения повьппение точности за счет реализации для анализируемой гармоники амплитудного и фазового признаков, характерных только для параллельного резонанса тока при использовании датчика в схемах контроля и управления несинусоидальными режимами в резонансных системах электроснабжения. Датчик тока гармоники параллельного резонансареагирует только на одну гармоническую составляюцую спектра. Эта составляющая обуславливает перегрузку барей конденсаторов в резонансном реме путем выделения фазопеременногоучастка фазочастотной характеристикисети и сравнения на нем амплитуд высших гармоник, для которых выполняются условия параллельного резонанса.Датчик тока гармоники параллельногорезонанса содержит два трансформатора 1 и 2, счетчик 3, дешифратор 4,шесть избирательных усилителей 5,8,11,14,19 и 25, три -нуль-органа 6,9 и 12, три блока 7, 10 и 13 синхрнизации, три амплитудных детекто -ра 17, 22 и 28, десять ключей 15,16,18,20,21,23,24,26,27 и 29, пятьдифференциальных усипителей 30,31,32,35 и 36, четыре триггера 37, 39,41 и 43, пять инвертаров 33, 34,3840 и 42 и формирователь 44 импульсИзобретение относится к электротехнике, а именно к техническим средствам для измерения спектральных составляющих несинусоидальных периодических сигналов,Цель изобретения - повышение точности за счет реализации для анализируемой гармоники амплитудного и фазового признаков,.характерных только 10для параллельного резонанса тока прииспользовании датчика в схемах контроля и управления несинусоидальнымирежимами в резонансных системах электроснабжения. 15На чертеже представлена структурно-функциональная схема датчика токагармоники параллельного резонанса.Датчик содержит первый и второйтрансформаторы 1 и 2, счетчик 3, де пшифратор 4, первый избирательный,усилитель 5, первый нуль-орган 6,первый блок 7 синхронизации, второйизбирательный усилитель 8, второйнуль-орган 9, второй блок 10 синхронизации третий избирательный усилитель .11, третий нуль-орган 12, тре:тий блок 13 синхронизации, четвертыйизбирательный усилитель 14, первыйключ 14, второй ключ 16, первый амплитудный детектор 17, третий ключ18, пятый избирательный усилитель 19,четвертый ключ 20, пятый ключ 21,второй амплитудный детектор 22, шес -той ключ 23, седьмой ключ 24, шестой.избирательный усилитель 25, восьмойключ 26, девятый ключ 27, третийамплитудный детектор 28, десятый ключ29, первый дифференциальный усилитель 30; второй диФференциальный 4 Оусилитель 31, третий дифференциальный усилитель 32, первый инвертор 33,второй инвертор 34, четвертый дифференциальный усилитель 35, пятый дифференциальный усилитель 36, первыйтриггер 37, третий инвертор 38, второй триггер 39, четвертый инвертор40, третий триггер 41, пятый инвертор 42, четвертый триггер 43 и формирователь 44 импульсов, причем выходыпервого, второй и третьего избирательных усилителей 5,8 и 11 соединены с входами первого, второго итретьего нуль-органов 6, 9 и 12,вход . второго трансформатора 2 под- .ключен в цепь первичного тока вентильной нагрузки, выход соединен свходом первого избирательного усилителя 5, выход которого соединен с входом первого нуль-органа 6., выходкоторого соединен с входом сбросапервого амплитудного детектора 17 ис первым входом первого блока 7синхронизации, второй вход которогосоединен с первым выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом первого ключа 15, информационныйвход которого связан с информационным входом второго ключа 16, с выходом четвертого избирательного усилителя 14 и с информационным входомпервого амплитудного детектора 17,выход которого соединен с информационным входом третьего ключа 18,вход четвертого избирательного усилителя 14 подключен к выходу первого трансформатора 1, вход котороговключен в цепь емкостной нагрузки,выход первого ключа 15 соединен спервым входом первого дифференциального усилителя 30, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход со счетным входом счетчика 3 ичерез пятый инвертор 42 с Б-входомпервого триггера 37, К-вход которогосоединен с Б-входами второго, третьего, четвертого триггеров 39 41, 43,а выход - с входной шиной Формирователя 44 импульсов и с управляющимвходом второго ключа 16, выход которого подключен к первой выходнойклемме, выход второго трансформатора 2 соединен с входом второго избирательного усилителя 8, выход которого соединен с входом второго нульоргана 9, выход которого соединен свходом сброса второго амплитудногодетектора 22 и с первым входом второго блока 10 синхронизации, второйвход которого соединен с вторым выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом четвертого ключа 20,информационный вход которого связанс информационным входом пятого ключа 21, выходом пятого избирательногоусилителя 19 и с информационным входом второго амплитудного детектора 22, выход которого соединен с информационным входами шестого и седьмого ключей 23 и 24, вход пятого избирательного усилителя 19 подключенк выходу первого трансформатора 1,выход четвертого ключа 20 соединенс первым входом второго дифференциального усилителя 31, второй входкоторого соединен с общей шиной точкой нулевого потенциала, а выход -со счетным входом счетчика 3 и через первый инвертор 33 с управляющими входами третьего и шестого ключей 18 и 23, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторым входами четвертого дифференциального усилителя 35, выход которого связан с Б-входом первого триггера 37 и через третий инвертор 38 с Б-входом второго триггера 39, К-вход которого соединен с Б-входами первого, третьего и четвертого триггеров 37, 41, 43, а выход второго триггера 39 - с входной шиной формирователя 44 импульсов и с управляющими входом пятого ключа 21, выход которого подключен к второй выходной клемме, выход второго трансформатора 2 соединен с входом третьего избирательного усилителя 11, выход которого соединен с входом третьего нуль-органа 12, вы.ход которого соединен с входом сброса третьего амплитудного детектора 28 и с первым входом третьего блока 13 25 синхронизации второй вход которого соединен с третьим выходом дешифратора 4, а выход - с управляющим входом восьмого ключа 26, информационный вхоц которого связан с информационным входом девятого ключа 27, с выходом шестого избирательного уси - лителя 25 и с информационным входом третьего амплитудного детектора 28, выход которого соединен с информа 35 ционным входом десятого ключа 29,. вход шестого избирательного усилителя 25 подключен к выходу первого трансформатора 1, выход восьмого ключа 26 соединен с первым входом третьего дифференциального усилителя 32, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход через второй инвертор 34 с управляющими входами седьмого и десятого ключей 24 и 29, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами пятого дифференциального усилителя 36, выход которого связан с Б-входом второго триггера 39, и через четвертый инвертор 40 с Б-входом третьего триггера 41, К-вход которого соединен с Б-входами первого, нторого и четвертого триггеров 37, 39 и 43, а выход третьего триггера 41 соединен с управляющим входом девятого ключа 27 и с входной шиной формирователя 44 импульсов, выход третьего дифференциального усилителя 32 соединен с Б-входом четвертого триггера 43, Квход которого соединен с Б-входамиперного, второго и третьего триггеров 37, 39 и 41, выход четвертоготриггера 43 соединен с управляющимвходом девятого ключа 27, выход которого подключен к третьей выходнойклемме и к входной шине формирователя 44 импульсов, выход которогосоединен с третьими входами первого,второго и третьего блоков 7, 10 и 13синхронизации и с входом сброса счетчика, информационные цифровые выходыкоторого соединены с входами дешифратора 4,Датчик тока работает следующимобразом,В первом эксплуатационном режимеполюс частотной характеристики расположен по частотной оси между четвертой и пятой гармониками - на краевом интервале, Сигнал первичного тока вентильной нагрузки 1 п (опорной)присутствует на входах избирательныхусилителей 5,8 и 11 каналов второй,третьей и четвертой гар оник; аналогично сигнал тока емкостной нагрузки1 с ,анализируемый) присутствует насоответствующих входах избирательныхусилителей 14, 19 и 25 на выходахкоторых образуются гармонические сигналы, равные порядку настройки ихфильтров. Выходные сигналы избирательных усилителей 14, 19 и 25 посту-пают также на информационные входыамплитудных детекторов 17, 22 и 28,на выходах которых образуются сигналы, пропорциональные амплитуднымзначениям гармоник анализируемогоспектра тока 1 , В исходном состоянии все триггеры датчика така гармоники параллельного резонанса находятся в сброшенном состоянии, при этомна их выходах присутствуют логические "0", а на инверсных выходах логические "1. Исходное состоняие дешифратора 4 "100", Гармоническиесигналы второй, третьей и четвертойгармоник с выходов избирательныхусилителей 5,8 и 11 поступают нануль в орга 6, 9 и 12, на выходахкоторых появляются импульсы - в момент перехода гармонического синусоидального сигнала через нуль на восходящем интервале синусоиды, - поступающие на первые входы блоков 7, 10и 13 синхронизации, На выходе перного блока 7 синхронизации формирует 5 1471 ся одиночный импульс, Таким образом, блоксинхронизации канала второй гармоники обеспечивает выработкутолько одного импульса в момент пере 5 хода синусоиды через нуль на первом твосходящем интервале гармонического колебания спектра первичного тока, что в дальнейшем определяет начало отсчета Фазового приращения гармоники анализируемого спектра, Импульс с выхода блока 7 синхронизации поступает на управляющий вход ключа 15, на информационном входе которого, при сутствует гармонический анализируемый сигнал второй гармоники, в результате чего на выходе ключа 15 образуется сигнал выборки положительной полярности, поскольку вторая гармоника в спектре тока 1 имеет поло О ыительное приращение фазы. Сигнал выборки произвольной амплитуды с выхода ключа 15 поступает на первый вход дифференциального усилителя 30, который благодаря высокому коэффици енту усиления формирует положительный импульс постоянной амплитуды, пригодный для работы цифровых элементов датчика тока гармоники параллельного резонансаВыходной сигнал 30 дифференциального усилителя 30 поступает на счетный вход счетчика 3, увеличивает его состояние, в результате чего на выходе дешифратора 4 образуется цифровой выходной сигнал "010", переводящий работу датчика в режим анализа по третьей гармонике. При расположении полюса частотной характеристики по данному эксплуатационному режиму работа канала третьей 4 О гармоники аналогична работе канала второй, поскольку работа блоков 8..10, 20 и 31 соответствует работе блоков 57, 15 и 30, образующих выходной сигнал дешифратора 4, равный 45 "001", что определяет передачу анализа на канал четвертой гармоники, Работа блоков 1113, 26 и 32 также аналогична работе рассмотренных блоков 57, 15 и 30. Положительный вы.ходной импульс дифференциального усилителя 32 канала четвертой гармоники взводит триггер 43, выходной сигнал которого открывает выходной ключ 27 и на третьей выходной клемме имеем текущее значение четвертой гармоники, для которой резонансные условия выполняются в,наибольшей мере, 0 дновременно положительный уро 140 6вень логической с выхода триггера 43 поступает на вход Формирователя 44 импульсов, который вырабатывает импульс, обеспечивающий установку дешифратора 4 в исходное состояние и, следовательно, цикл анализа возобновляется, при этом предыдущее состояние триггера 43 сохраняется, чем обеспечивается непрерывность выходного сигнала датчика тока гармоники параллельного резонанса.Переключение электропитания на автономный источник соответствует второму эксплуатационному режиму - полюс частотной характеристики расположен между второй и третьей гармониками первичного спектра. В данном случае анализ по каналу второй гармоники дает положительное приращение фазы гармоники, что приводит к передаче анализа каналу третьей гармоники. В результате анализа по каналу третьей гармоники получено отрицательное приращение фазы, что соответствует импульсу отрицательной полярности на,выходе дифференциального усилителя 31. Выходной сигнал дифференциального усилителя 31 через инвертор 33 поступает на управляющие входы ключей 18, 23 - соответственно предыдущего и собственного каналов, на инФормационных входах которых присутствуют сигналы, пропорциональные амплитудным значениям второй и третьей гармоник. Выходные сигналы ключей 18 и 23 поступают на первый и второй входы дифференциального усилителя 35 и, поскольку сигнал второй гармоники меньше сигнала третьей гармоники, то на его выходе образуется импульс отрицательной полярности. Выходной сигнал дифференциального усилителя 35 через инвертор 38 взводит триггер 39, который открывает выходной ключ 21 и на второй выходной клемме возникает сигнал резонансной третьей гармоники, при этом сбрасывается ранее взведенный триггер 43 и, следовательно, закрывается выходной ключ 27 и сигнал на третьей выходной клемме пропадает. Аналогично уровень логической "1" передается с выхода взведенного триггера 39 на вход формирователя 44 импульсов и полный цикл анализа возобновляется.Перегорание предохранителя в цепи отдельной банки конденсаторов приэлектропитании от автономного источника соответствует третьему эксплуа 1тационнаму режиму - полюс частотнойхарактеристики расположен между тре 5тьей и четвертой гармониками. В данном случае анализ по каналам второйи третьей гармоник дает положительное приращение фазы, что приводит кпередаче анализа на канал четвертойгармоники. В результате анализа поканалу четвертой гармоники полученоотрицательное приращение фазы, чтосоответствует импульсу отрицательнойполярности на выходе дифференциального усилителя 32. Выходной сигналдифференциального усилителя 32 черезинвертар 34 поступает на управляющие входы ключей 24 и 29, выходныесигналы которых поступают на первый,и второй входы дифференциального усилителя 36. Поскольку сигнал третьейгармоники больше сигнала четвертойгармоники, то на выходе дифферен-,циального усилителя Зб образуется 25импульс положительной полярности,который поступает на Я-вхад взведенного триггера 39, сохраняет его состояние, а соответственно, состояниевыходного клоча 21 и второй выходнойклеммы,Таким образом, при использованиидатчика па предлагаемой структурнойсхеме на одном из ега выходов всегдаприсутствует сигнал гармоники, влияние которой в паразитнам резонансе35токов является доминирующим,Формула изобретенияДатчик тока гармоники параллельного резонанса, содержащий три избирательных усилителя, объединенных по входу, и три нуль-органа, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, чта, с целью повышения точности, в него введены три блока синхронизации, три избирательных усилителя, три амплитудных детектора, десять ключей, пять дифференциальных усилителей, четыре триггера, пять инвертарав, Формирователь импульсов, счетчик, дешифратор, первый и второй трансформаторы, причем вход второго трансФорматора подключен в цепь первичного тока вентильной нагрузки, его выход подключен к входу первого избирательного усилителя, выход которого соединен с входом первого нуль-органа, выход которого соединен с входам сброса первого амплитудного детектора и с первым входампервого блока синхронизации, второйвход которого соединен с первым выходам дешифратора, а выход - с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого связан с информационным входом второго ключа, свыходом четвертого избирательногоусилителя и с информационным входомпервого амплитудного цетектора, выход которого соединен с информационным входом третьего ключа, вход четвертога избирательного усилителя подключен к выходу первого трансформатора, вход которого подключен в цепьемкостной нагрузки, а выход первогоключа соединен с первым входом первого дифФеренциального усилителя, вто"рой вход которого соединен с общейшиной, а выход - со счетным входомсчетчика и через пятый инвертор - сБ-входам первого триггера, К-вход котарага соединен с Я-входам второго,третьего, четвертого триггеров, авыход - с входной шиной формирователя импульсов и с управляющим входомвторого ключа, выход которого подключен к первой выходной клемме, выходвторого избирательного усилителя соединен с входом второго нуль-органа,выход которого соединен с входомсброса второго амплитудного детектораи с первым входом второго блока синхронизации, второй вход которого соединен с вторым выходом дешифратора,а выход - с управляющим входам четвертого ключа, информационный входкоторого связан с информационным входом пятого ключа, выходам пятого избирательного усилителя и с информационным входом второго амплитудногодетектора, выход которого соединен синформационным, входом шестого и седьмого ключей, вход пятого избиратель-ного усилителя падклочен к выходупервого трансформатора, выход четвертого ключа соединен с первым входомвторого дифференциального усилителя,второй вход которога соединен с .общей шиной, а выход - са счетным входом счетчика и через первый инвертор - с управляющими входами третьего и шестого ключей, выходы которыхсоединены соответственно с первым ивторым входами четвертого дифференциального усилителя, выход которого.связан с 5-входам первого триггера140 10выход через второй инвертор - с управляющими входами седьмого и десятого ключей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами пятого дифференциального усилителя, выход которого связан с Я- входом второго триггера и через четвертый инвертор - с Я-входом третьего .триггера, В-вход которого соединен с Я-входами первого, второго и четвертого триггеров, а выход третьего триггера соединен с управляющим входом девятого ключа и с входной шиной формирователя импульсов, выход третьего дифференциального усилителя также соединен с Я-входом четвертого триггера, Ь-вход которого соединен с Я-входами первого, второго и третьего триггеров, выход четвертого триггера соединен с входной шиной формирователя импульсов, с управляющим входом девятого ключа, выход которого подключен к третьей выходной клемме, выход формирователя импульсов соединен с третьими входами первого, второго и третьего блоков синхронизации и с входом сброса счетчика, информационные цифровые выходы которого соединены с входом дешифратора,Ю9 1471 и через третий инвертор - с Б-входом второго триггера, К-вход которого соединен с Я-входами первого, тре-.тьего и четвертого триггеров а выУ5 ход второго триггера - с входной шиной формирователя импульсов и с управляющим входом пятого ключа, выход которого подключен к второй выходной клемме, выход третьего избирательного усилителя соединен с входом третьего нуль-органа, выход которого соединен со входом сброса третьего амплитудного детектора и с первымвходом третьего блока синхронизации, 1 б второй вход которого соединен с третьим выходом дешифратора, а выход - с управляющим входом восьмого ключа, информационный вход которого связан с информационным входом девятого 20 ключа, выходом шестого избирательного усилителя и с информационнымвходом третьего амплитудного .детектора выход которого соединен с информационным входом десятого ключа; 25 вход шестого избирательного усилителя подключен к выходу первого трансформатора, выход восьмого ключа соединен с первым входом третьего дифференциального усилителя, второй вход З 0 которого соединен с общей шиной, а Составитель С, СафохинРедактор Е. Папп Техред Л.Олийнык Корректор М. Пожо Заказ 1605/48 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5