Статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения

1 О 92423 второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен свходом установки нуля распределителяуровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-деИзобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в электроэнергетике для получения условной функции распределения размахов колебаний напряжения в промьвпленных электрических сетях.Известей анализатор колебанийнапряжения, содержащий дифференциатор, устройство формирования модуля, управляющее и измерительные пороговые устройства, элементы И и ИЛИ, триггер нулевого канала, элемент задержки, распределитель уровней, к выходам которого подключены триггерные счетчики импульсов1 3Недостатками анализатора являютсянизкая надежность схемы, низкая помехоустойчивость из-за наличия дифференциатора, значительная методическая погрешность.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является анализатор колебаний напряжения, содержа - щий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов, распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, второй регистр, элементы И и ИЛИ, подключенные к входам триггера и второго регистра 2 3.Недостатками этого анализатораявляются сложность и громоздкость схемы, а также низкая надежность.Цель изобретения - повышение надежности.Поставленная цель достигается тем,что в статистический анализатор условной функции распределения размахов колебаний напряжения, содержащий последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения сятичного счетчика, третий - с так"товым входом двоично-десятичногосчетчика, четвертый - с управляющимвходом оперативного запоминающегоустройства, пятый - с входом установки нуля четвертого триггера. в постоянное, аналого-цифровой преобразователь и первый регистр, а также генератор прямоугольных импульсов,распределитель уровней, счетчик контроля производной напряжения, триггеры, регистры, элементы И и ИЛИ,дополнительно введены оперативное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик с возможностью предварительиой записи информации, двоичный счетчик, одновибраторы, инвертор, второй элемент ИЛИ с динамическими входами, числовой компаратор,первая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифровогопреобразователя, а вторая группа подключена к выходам первого регистра,выходы числового компаратора соединены с. установочными входами первого триггера и входами первого элемента ИЛИ, выход которого .соединен свходами первого и второго одновибратопов, инверсный выход первого одновибратора соединен с управляющим входомпервого регистра и входом установкиединицы второго триггера, инверсныйвыход второго триггера соединен свходом установки нуля двоичного счетчика и через четвертый одновибратор - с входом установки единицытретьего триггера, вход установкинуля которого подключен к выходумладшего разряда двоичного счетчика,выходы старших разрядов этого счетчика через второй регистр соединены садресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с информационными входами двоично-десятичного счетчика,выходы которого соединены с информационными входами оперативного запоми.нающего устройства, инверсный выходвторого одновибратора соединен стактовым входом двоичного счетчика,45 прямой выход второго одновибратора1092423 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 разом. соединен с входом установки нулясчетчика контроля производной напряжения, тактовый вход которого связанс выходом генератора прямоугольныхимпульсов и тактовым входом распределителя уровней, а выход соединенс третьим входом второго элементаИЛИ, первый и второй вхоцы которогоподключены к выходам первого триггера, выход второго элемента ИЛИ связан с вторым входом элемента И и через последовательно соединенные инвертор и третий одновибратор - с входом установки нуля второго триггера, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра и с входом установки единицы четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя уровней, второй выход которого соединен с управляющим входом двоично-десятичного счетчика, третий - с тактовым входом дво ично-десятичного счетчика, четвертый с управляющим входом оперативного за поминающего устройства, пятый - с входом установки нупя четвертого триггера.На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора; на фиг. 2 - графи ки напряжений на его элементах.Анализатор содержит преобразователь 1 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, регистры 3 и 4, числовой компаратор 5, двоичный счетчик 6, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7, двоично-десятичный счетчик 8 с возможностью предварительной записи информации, первый и второй элементы ИЛИ 9 (со статическими входами) и 10 (с динамическими входами), одновибраторы 11- 14, триггеры 15-18, инвертор 19, элементИ 20, генератор 21 прямоугольных импульсов, счетчик 22 контроля производной напряжения, распределитель 23 уровней (РУ)..Вход преобразователя 1 подключен к входной клемме анализатора, а выход соединен с входом АЦП 2, выход которого соединен с первой группой входов числового компаратора 5 и через регистр 3 - с второй группой входов компаратора 5, выходы которого соединены Е установочными входами триггера 15 и входами элементаИЛИ 9, выход которого соединен с входами одновибраторов 11 и 12, инверсный выход одчовибратора 11 соединенс управляющим входом регистра 3 ивходом установки единицы триггера 16,инверсный выход которого соединен свходом установки нуля счетчика 6 ичерез одновибратор 14 - с входом установки единицы триггера 17, вход установки нуля которого подключен к выходу младшего разряда счетчика 6,выходы старших разрядов которого через регистр 4 соединены с информационными входами ОЗУ 7, выходы которого соединены с информационными входами счетчика 8, выходы которого соединены с информационными входамиОЗУ 7, инверсный выход одновибратора 12 соединен с тактовым входом счетчика 6, прямой выход одновибратора 12 соединен с входом установки нуля счетчика 22, тактовый вход которого связан с выходом генератора 21и тактовым входом РУ 23, а выход соединен с третьим входом элемента ИЛИ10, первый и второй входы которогоподключены к выходам триггера 15, выход элемента ИЛИ 10 связан с вторымвходом элемента И 20 и через последовательно соединенные инвертор 19 иодновибратор 13 - с входом установкинуля триггера 16, инверсный выходтриггера 17 соединен с первым входомэлемента И 20, выход которого соединен с управляющим входом регистра 4и с входом установки единицы триггера 18, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля распределителя 23, выходы которого соединены соответственно: второй - с управляющим входом счетчика 8, третийс тактовым входом счетчика 8, четвертый - с управляющим входом ОЗУ 7,пятый - с входом установки нулятриггера 18,Групповые, многоканальные связи между элементами на фиг. 1 показаны утолщенной линией, единичные - тонкой. Анализатор выполнен и - канальным (где и - число уровней анализа, равное числу разрядов искомой функции распределения размахов колебаний напряжения) .Анализатор работает следующим об 109225В процессе анализа входное напряжение 13 поступает на вход АЦП 2, Врегистре 3 хранится число, соответствующее разряду АЦП 2, внутри которого находится исследуемое напряжение,Например, в момент времени Т, прикотором входное напряжение достигает своего экстремального (минимального) значения, в регистре 3 хранится число 00011, При дальнейшем изме Онении напряжение Б. пересекает границу между третьим и четвертым разрядами АЦП 2. На выходе АЦП 2 при этомпоявляется число 00100, которое больше хранящегося в этот момент в регистре 3 числа 00011, В результатена первом выходе числового компаратора 5 появляется единичное напряжение, которое, проходя через элемент ИЛИ 9, запускает одновибраторы 2 О11 и 12.Появляющийся на прямом выходе одновибратора 12 импульс напряженияустанавливает счетчик 22 в нулевоесостояние, причем аналогичная операция повторяется в каждой из точекперехода кривой напряжения Б черезграницы разрядов АЦП 2.Отрицательный импульс напряжения(т.е. кратковременно появляющийся Зцнулевой уровень напряжения на Фоненепрерывного единичного) с инверсного выхода одновибратора 12 прикладывается к тактовОму входу счетчика б, однако последний не изменяет35своего нулевого состояния, поскольку к его входу установки нуля приложено единичное напряжение с инверсного выхода триггера 16,С некоторой задержкой после этого 4 Озаканчивается отрицательный импульсодновибратора 1 1 и по его заднемуФронту опрокидывается триггер 16 вединичное состояние (в результатеединичное напряжение снимается с вхо 45да установки нуля счетчика б), а также происходит запись числа 00100 врегистр 3, что выравнивает коды напервом и втором входах компаратора 5и, соответственно снимает единичР 50ное напряжение с его первого выхода.При дальнейшем нарастании напряжения У, на выходе элемента ИЛИ 9 появляется единичный импульс и запускаетоднови раторы 11 и 12.В этом случае импульс с прямого выхода одновибратора 12 55устанавливает в нулевое состояние не ус -певший заполниться счетчик 22 контроляпроизводной напряжения, а импульс с ин-,версного выхода олновибратора 12 увеличивает содержимое счетчика 6 наединицу - она становится равным00001,Появляющееся на выходе разрядасчетчика б единичное напряжение прикладывается к входу установки нулятриггера 17 и переводит его в нулевое состояние (единичное напряжениес инверсного выхода триггера 17 прикладывается к первому входу элемента И 20).Дальнейшее нарастание напряженияП сопровождается срабатыванием одновибратора 12 и увеличением каждыйраз содержимого счетчика 6 на единицу,В момент прохождения напряжениемБ очередного экстремума - максимума .в регистре 3 хранится число 00111, ав счетчике 6 - число 00011.После прохождения экстремума снова происходит смена кода числа навыходе АЦП 2. На его выходе появляется число 00110, которое меньше хранящегося в регистре 3 числа 00111,В результате единичное напряжения появляется на втором выходе компаратора5 переводя в единичное состояниетриггер 15, единичное напряжение прямого выхода которого прикладываетсяк первому входу элемента ИЛИ 10. Навыходе последнего при этом появляется короткий импульс напряжения, который, проходя через элемент И 20,опрокидывает в единичное состояниетриггер 18, а также воздействуетнауправляющий вход записи регистра 4.При этом с выходов четырех старшихразрядов счетчика 6 в регистр ч записывается число 0001.После окончания импульса на выходе элемента ИЛИ 10 на выходе инвертора 19 появляется единичное напряжение, которое запускает одновибратор 13, устанавливающий своим коротким выходным импульсом триггер 16в нулевое состояние. Последний, всвою очередь, единичным напряжением синверсного выхода обнуляет счетчик би, запуская одновибратор 1 ч, устанавливает в единичное состояние триггер 17.С некоторой задержкой после момента й отрицательный импульс одновибратора 11 своим задним Фронтом вновьвозвращает триггер 16 в единичноесостояние. Однако импульс с инверсного выхода одновибратора 12, запускаемого элементом ИЛИ 9, не засчиты 1092423вается счетчиком 6, поскольку процесс накопления информации о расшифрованном на интервале 1-1 колебаниинапряжения начинается в момент времени 1 и осуществляется распределителем 23 уровней.Начиная с моментас выходов ре 5гистра 4 к адресным входам ОЗУ 7прикладывается код 0001, соответствующий второму разряду измеряемого 10статистического распределения размахов колебаний напряжения,В момент времени Ть очередной импульс генератора 21 переводит распределитель 23 в состояние, при котором 15единичное напряжение появляется наего втором выходе, связанном с входом управления записью счетчика 8,При этом в счетчик 8 записываетсячисло, накопленное в результате предыдущего анализа и хранящееся в ОЗУ 7по адресу второго канала 0001.При поступлении следующего импульса генератора 21 (в момент времени)на вход РУ 23 на третьем выходе последнего, связанном с тактовым входом счетчика 8, появляется импульс,который увеличивает содержимое счетчика на единицу.При следующем срабатывании рас- ЗОпределителя 23 (в момент времени 8),появляющееся на его четвертом выходе единичное напряжение управляет записью в ОЗУ 7 из счетчика 8 по томуже адресу 0001 увеличенного на едини. Зцу числа,Появление в момент времени 1 еди 9ничного импульса напряжения на пятом выходе РУ 23 приводит к установке триггера 18 в нулевое состояние,в результате чего распределитель 23,в свою очередь, также устанавливаетсяв нулевое состояние - единичное напряжение появляется на его первомвыходе, который остается свободным. 45В течение колебания напряжения,протекающего на временном интервалемежду соседними экстремумамисчетчиком б засчитываются два импульса одновибратора 12 и его содержимое становится равным 00010,ЭНа интервале времени Т-1 кривая 0,1(С) имеет пологий участок с производной напряжения сети, равной нулю, Однако два изменения напряжения на интервалах С -1 и 1 -Г расшифровываются анализатором как одно колебание на интервале Г.12 поскольку, с одной стороны, средняя производная напряжения сети 01 на участке кривой 0(Т) больше 17/с, а, с другой стороны, интервал10 И меньше Д , .После окончания этого колебаниянапряжения на единицу увеличивается содержание канала блока памяти устройства также с адресом 0001. Процесснакопления информации в этом случае начинается в момент времени 11 после13 переполнения счетчика 22, что свидетельствует об уменьшении модуля производной напряжения сети ниже 17./с и прохождении управляющего сигнала через элементы ИЛИ 10 и И 20 анализатора.На пологих участках кривой 0.1, имеющих /Б /( 1 Е/с (например, на участке 1 -С 5), происходит поочередное переключение триггера 16 вначале в единичное состояние (в моменты пересечения кривой Б.1(1) границ разрядов АЦП 2), а затем - в нулевое(после переполнения счетчика 22 через время д). Триггер 17 при этом непрерывно остается в единичном состоянии, не пропуская импульсы с выхода элемента ИЛИ 10 через элемент И 20 (например, в момент времени 1 ).1 Ф В результате накопления информации на таких участках в ОЗУ 7 анализатора не происходит.Так осуществляется накопление информации при анализе размахов колебаний напряжения - приращений напряжения между соседними экстремумами, или между экстремумами и пологими (т.е. имеющими модуль производной напряжения менее 1 Е/с) участками напряжения длительностью более Д 1К=40 мс, или между соседними пологимиучастками длительностью более ДСк,при средней скорости изменения напряжения сети более 1 Е/с, Таким образом,устройством в процессе расшифровкиразмахов колебаний напряжения реализуется алгоритм, строго соответствующий определению колебаний по новой редакции ГОСТ 13109-67,При этом после окончания каждого колебания напряжения на единицу увеличивается содержание канала устройства, номер которого соответствует числу пересечений напряжением Н.1 в течение колебания границ разрядов АЦП 2: при пересечении двух границ увеличивается содержимое первого какала с адрсом 0000, трех или четырех9 10924 второго канала с адресом 0001 пяти или шести - третьего с адресом 0010 и т.дПосле окончания времени измерения Т по содержимому ОЗУ 7 могут 5быть построены условные гистограммы к функции распределения размахов колебаний напряжения, интервал между которыми при изменении напряжения в одном направлении превышает период10 адаптации глаза Д=АО мс (т.е. соответствующих определению колебаний напряжения), что позволяет выполнять 23 1 Оточную оценку влияния случайных колебаний напряжения на зрение.Лппаратурная погрешность предлагаемого анализатора колебаний напряжения определяется параметрами примененного аналого-цифрового преобразователя 2 и является .весьма малой.Преимуществами предлагаемого устройства, по сравнению с известными,являются большая простота, экономичность и надежность схемы, меньшаястоимость и потребляемая мощностьэлементов,