Преобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в код

Изобретение относится к электрозмерительной технике и может бытьспользовано в энергетических измерительных информационных системах, устройствах режимной автоматики энергообъектов и в цифровых интегрирук 1 цих приборах и устройствах переменного тока.Цель изобретения - повышение точО ности.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит сумматор 1, входы которого подключены к источниам напряжения и тока контролируемой пепи, первый аналоговый переключатель 2, два входа которого соединены соответственно с шинами тока и напряжения контролируемой цепи, а остав О" ся вход - с выходом сумматора, ервую ячейку 3 выборки-хранения, годключенную к выходу первого аналоового переключателя, первый интегратор 4, подключенный своим первым входом к выходу первой ячейки 3 выборки-хранения, вторую ячейку 5 выборки-хранения, вход которой соединен с выходом первого интегратора 4, второй интег" ратор 6, подключенный первым входом К выходу второй ячейки 5 выборки-хра- нения, второй аналоговый переключатель 7,входы которого соединены с выходами первого 4 и второго 6 интеграторов соответственно, преобразователь 8 напряжение-код подключенный К выходу второго аналогового переключателя, вычислительный блок 9, кодовые входы которого соединены с выходами преобразователя 8 напряжение О код, преобразователь 10 код-напряжение, подключенный кодовыми входами к выходу вычислительного блока, а выходом - к вторым входам первого и второго интеграторов 4, 6, второй элемент 2 ИЛИ 11, выход которого одновременно соединен с основными тактирующими входами второго аналогового переключателя 7, преобразователя 8 напряжение-код и вычислительного блока 9, последовательно соединенные вторую 12 и первую 13 линии задержки,.выходы которых. подключены к соответствующим входам второго элемента 2 ИЛИ 11 умножитель 14 частоты, входФ55 которого соединен с шиной напряжения контролируемой цепи, а выход - с тактирующим входом первой ячейки 3 выборки-хранения, первый элемент 2 ИЛИ 15,один из входов которого соединен свыходом умножителя 14 частоты, другой - с выходом первой линии 13 задержки совместно с тактирующим входом второй ячейки 5 выборки-хранения,а выход - с тактирующим входом преобразователя 10 код-напряжение, выявитель 16 периода подключенный своимвходом к шине напряжения контролируемой цепи, а выходом - к тактирующему входу первого аналогового переключателя 2, входам "Сброс" первого ивторого интеграторов 4 6, а такжек дополнительным тактирующим входамвторого аналогового переключателя 7,преобразователя 8 напряжение-код ивычислительного блока 9,Работа устройства состоит из трехциклов измерений, продолжительностькаждого из которых равна одному периоду Т напряжения контролируемойцепи.Задним Фронтом выходного импульса выявителя 16 периода обеспечивается исходное состояние узлов: аналоговые переключатели 2 и 7 находятся в первом положении, интеграторы 4и 6 "сброшены" в нуль, преобразователь 8 напряжение-код и вычислительный блок 9 находятся в исходном состоянииии.В первом цикле измерения в течение периода Т на входе аналоговогопереключателя 2 действует тольконапряжение 0 (й), пропорциональное1току(г.) контролируемой цепи.,ютактирующие импульсы с частотойМГ = - превышающей частоту Г = 1/ТТнапряжения контролируемой цепи в Мраз (М - количество измерений мгновенных значений входного напряженияаналогового переключателя 2 за период Т).При поступлении первого импульсаот умножителя 14 частоты в моментТвремени й = - на выходе ячейки 3Мвыборки-хранения формируется импульснапряжения амплитуды Б,.И) и длительности Р (Т. Этот импульс поступает на первый вход интегратора 4, навторой вход которого от преобразователя 10 код-напряжение поступает импульс напряжения амплитуды 8 и длительности 2,( Ю, - дрейф нуля преобразователя 8 напряжение-код).)о", - текущая реализация погрешности преобразователя 8 напряжение-код. ЗО где 5 15821С учетом этого к моменту времени ТМ+ 0 на выходе интегратора 4 устанавливается уровень напряжениял5и - . - ) ц (с,) - 1;)й, )огде- постоянная времени интегратора,ОДля простоты анализа интервалом времени выборки и сброса ячеек 3 и 5 выборки-хранения пренебрегаемли полагаем что - = 1, Тогда сФ л15 учетом того, что 3 о (Тиз выражения (1) получим(2)Это напряжение через аналоговый ,переключатель 7 поступает на вход преобразователя 8 напряжение-код, и на выходе последнего при поступлении тактирующего импульса, задержанного в первой линии 13 задержки на время ;о, получается код 45, 621 + (ф) 1,( 1) 2 а +)Этот код также записывается в память вычислительного блока 9,Вычислительное устройство выполняет обработку кодов И и И по алгоритмам:(7 а)и, = Ы + ди 11;(с,) + /, (7 б)Код М, поступает на вход преобразователя 10 код-напряжение. Вторым импульсом от умножителя 14 частоты2 Тв момент времени С = - эапускает-Мся ячейка 3 выборки-хранения, и на неинвертирующий вход интегратора 4 поступает импульс напряжения амплитуды У(2) и длительностиПоскольку на вторые входы интеграторов 4 и б от преобразователя 10 код-напряжение поступает импульс напряжения амплитуды,1 И 1) + сГ, эквивалентный коду И 1, согласно выражениям (1), (2), (4) и (5) на выходах интеграторов 4 и 6 устанавливаются уровни напряжений соответствен- ноЭтот код записывается в память вычислительного блока 9.Выходное напряжение интегратора 4 через ячейку 5 выборки-хранения поступает также на первый вход интегратора 6, на второй вход которого поступает импульс напряжения о)ос.выхо-да преобразователя 10 код-напряжение.ТК моменту в , + 2 ) на выходе интегИратора б устанавливается уровень напряжения45, = -(Ц )Йс . (4)ОС учетом (2) из (4) получаем1О =и(е ) -2 г,.50 Вторым тактирующим импульсом, поступающкк с задержкой (,о с выхода второй линии 12 задержки, аналоговый переключатель 7 переходит во второе положение и напряжение 02, поступает на вход преобразователя 8 напряжениекод, на выходе которого получается код(8 б Коды М и 02, получаемые на выходах преобразователя 8 напряжениекод при преобразовании напряжений 0, и 0 ф, будут И,2 = 0;И 2) - о"о - о,+ Р; (9 а) о, = 1; (,) - 3 о - 2 ф, + ф . (9 б) Здесь )- реализация погрешностипреобразователя 8 напряжение-код, со.ответствующая второму такту, 1582145ний напряжений Ц , Ц(й) и ЦИ) в М точках периода в соответствующих циклах работы устройства, можно получить цифровье эквиваленты практически любой собственной и взаимной интегральной характеристики напряжения и тока в контролируемой цепи. В частности, наиболее широко используемые интегральные характеристики определяются по алгоритмам:1) квадрат действующего значения тока ф+Я = -(Я, - дЯ) ==д;(,)1;Ьь 12) квадрат действующего значенияна пряжения М+ " 1ц(е., )3; и 1 Я = М= М ,цИ,) ц,(,); 4) действующее значение тока 1Я = Я=7,) дейст е значение напряжени Я 6) среди ение т 1 Я = - Е( М и 1 о 1); 7) сред1Я и значение на яж Е (Я10) коэффициент мощностиРЕКоличество тактов М внутри периода Т выбирается на основании априорной и статистической информации о дифференциальных и спектральных па раметрах сигналов цд(1) и ц;.Наряжу с широкими Функциональнымивозможностями, наращиваемыми в основном программным способом, в предлагаемом устройстве получено комплексное решение проблемы повышения точности цифровых измерений интегральных характеристик сигналов переменного тока. Последние в связи с необходимостью выполнения нелинейных преоб 20 разований (квадратирования, умножения,извлечения квадратного корня и т.п.) трудно подцаются коррекции. В предлагаемом устройстве достигнута коррекция систематических погрешностей цифровых измерений на этапе преобразования мгновенных значений входных сигналов и Ф.льтрация случайных погрешностей измерений на этапе дискретного усреднения предварительно скорректированных цифровых эквивалентов мгновенных значений,Динамические погрешности могутбыть ограничены в допустимых преде лах Рациональной технической реализацией Функциональных узлов и обеспечением соответствующих временных и частотных соотношений при выбореов г 8 оипаТаким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить преобразование сигналов переменного токас достаточно высокими показателями 4 с по быстродействию (эа счет использования метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенныхзначений преобразуемых сигналов),точности (благодаря идентификациии коррекции погрешности преобразователя напряжение-код в реальном масштабе времени), стабильности (засчет компенсационного способа преобразования инФормации) и уровню исполнения (благодаря сбалансированномусочетанию аппаратных и программныхсредств обработки инФормации). К этому следует добавить многофукнциональность и гибкость структуры предлага1582145. 12 ейого" устройства, достигаемые в основном программным способом,Составитель С, ХромовТехред Л.Сердюкова Корректор М, Яароши Редактор А.Маковская Тираж 549 Заказ 2087 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5МПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Формула изобретенияПреобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в ко, содержащий выявитель периода и умножитель частоты, входы которых объединены и подключены к шине контрг 1 лируемого напряжения, сумматор, . первую ячейку выборки-хранения, тактгрующий вход которой Соединен с выхсдом умножителя частоты, первый инте 1 гратор, первый вход которого соединен с выходом первой ячейки выборкианения, а вход сброса - с выходом в вителя периода, последовательно соединенные преобразователь напряжене-код и вычислительный блок, дополтельный. тактирующий вход которого подключен-к выходу выявителя периода, преобразователь код-напряжение, о тл ,и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности, в него 25 дополнительно введены второй интегратор, вторая ячейка выборки-хранения, первый и второй аналоговые переключатели, первый и второй элементъ 1 2 ИЛИ, последовательно соединенные первая и вторая линии задержки, причем входы сумматора подключены к истсчникам напряжения и тока контролируемой цепи, а выход - к одному из входов первого аналогового переключателя, два других входа которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход первого аналогового переключателя подключен к входу пер- М вой ячейки выборки-хранения, выход первого интегратора через вторую ячейку выборки-хранения соединен с первым входом второго интегратора и с одним из входов второго аналогового переключателя, другой вход котоРого подключен к выходу второго интегратора, вход преобразователя напряжение-код соединен с выходом второго аналогового переключателя, кодовые выходы вычислительного бока соединены с входами преобразователя код-напряжение, выход которого под" ключен к объединенным вторым входам первого и второго интеграторов, вход 1 11Сброс второго интегратора совместно с тактирующим входом первого аналогового переключателя, дополнительными тактирующими входами второго аналогового переключателя и преобразователя напряжение-код соединены с выходом выявителя периода, а основные тактирующие входы второго аналогового переключателя, преобразователя напряжение-код и вычислительного блока объединены и подключены к выходу второго элемента 2 ИЛИ, входы ко торого соединены соответственно с выходами первой и второй линий задержки, а выход первой линии задержки подключен к тактирующему входу второй ячейки выборки-хранения и к одному из входов первого элемента 2 ИЛИ, другой вход которого совместно с входом первой линии задержки подключен к выходу умножителя частоты, а выход - к тактирующему входу преобразователя код-напряжение.