Способ контроля переменного напряжения

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНЛИзобретение относится к электро- измерительной технике и предназначе-. но для использования в системах лоро гового контроля среднеквадратического значения напряжения в сетях переменного тока,Известен способ контроля переменного напряжения, предусматривающий квадратичное преобразование вход-. ного сигнала, усреднение полученного в процессе преобразования напряжения и измерение результата усред" нения 11 .Недостаток известного способа связан со значительной длительностью контроля при его практической реализации, обусловленной необходимостые тщательной фильтрации напряжения при усреднении, т;е. усреднением за достаточно большой промежуток времени.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля переменного напряжения, основанный на,интегрнровании входногосигнала в течение его одноименныхполупериодов, сравнении полученныхинтегральных значений с величинойопорного напряжения, формированиипо результатам сравнения сигналовпревышения контролируемым напряжением заданного порога и компенсациичастотной погрешности контроля,В известном способе компенсация частотной погрешности осуществляется за счет адаптивной (по отиоиению к изменению частоты) коррекции ве" личины опорного напряжения. Прн этом контролируется действукщее значение напряжения с использованием промежуточного логарифмического время-импульсного преобразования, а сигнал превышения контролируемым напряжением заданного порога формирует" ся путем сравнения длительности время-импульсных сигналов с временной уставкой 290096 4Устройство работает следующим образом.Контролируемое напряжение Ч счастотойпоступает на вход ДВН1, функции которого выполняют согласующий измерительный трансформатор,делитель напряжения, измерительныйусилитель и т,п.На выходе ДВНформируется на 1"., пряжение Ч =с Ч где к - коэффи -3циент пропорциональности (фиг. 2 и3, диаграмма 1 б),Напряжение / подается на входыБВКП 2, ВВИДЕ 5 и на интегрирующий5 вход УАИ 4,БВКП 2 вырабатывает на своем выходе прямоугольные импульсы, длительность которых повторяет длительность полупериодов напряженияи, следовательно, длительностьконтролируемых полупериодов входного напряжения Ч фиг. 2 и 3, диаграмма 7). В качестве БВКЛ 2 используют усилитель-ограничитель,нуль-индикатор и т.п.БВИП 5 в контролируемом полупериоде входного напряжения Ч формирует на своем выходе периодический импульсный сигнал (фиг. 2 и 3,ЗО диаграмма 18), следующий с частотой 1,(Г, ) и с переменным коэффициентом заполнения Ь 1, которыйв каждом 1-ом периоде частотыпропорционален текущему значениюфЗ 5 напряжения Чкт еОднако известный способ имеетнеудовлетворительную компенсациючастотной погрешности, и как следствие, низкую точность контроля. Этообъясняется тем, что периодическоеварьирование величины опорного напряжения вызывает дополнительные динамические погрешности в установке заданного порога контролируемогонапряжения,Цель изобретения - повышение точности контроля переменного напряжения.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу контроляпеременного напряжения, основанномуна интегрировании входного сигналав течение его одноименных полупериопов, соавнении полученных интегральных значений с величиной опорногонапряжения, формировании по результатам сравнения сигналов превышенияконтролируемым напряжением заданного порога и компенсации частотнойпогрешности контроля, компенсациючастотной погрешности осуществляютпутем коррекции интегральных значений напряжения прямо пропорционально отклонениям частоты от номинальной величины.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля среднеквадратического значения переменного напряжения, реализующего предложенный способ; нафиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства приповышенных значениях частоты контролируемого напряжения, на фиг. 3 -то же, при пониженных значениях частоты.Устройство содержит датчик 1 величины напряжения (ДВН), блок 2 выделения контролируемого полупериода(БВК 11), интегро-квадратичный преобразователь (ИКЛ) 3 с управляемыманалоговым интегратором (УАИ) 4 иблоком 5 время-,импульсного преобразования (БВИП), пороговый компаратор (ПК) 6, блок 7 формирования опорного временного интервала (БФОИ),логические элементы ЗАПРЕТ 8 и 9,логический элемент ИЛИ 1 О, источник11 корректирующего разрядного тока(ИКРТ)источник 12 корректирующего зарядного тока (ИКЗТ), формирователь 13 сигнала опроса (ФСО),логический элемент ИЛИ-НЕ 14, логический элемент И 15.(1 А ЭО)40где уф - некоторая константа, определяемая конструкциейБВИП 5.Выходной сигнал БВИП 5 поступа ет на управляющий вход УАИ 4. Если на входе сброса ИКП 3 в этовремя сигнал сброса отсутствует,то в УАИ 4 происходит прерываемоеинтегрирование напряжения Ч. Ж При этом процесс интегрированияразрешается сигналом на управляющем входе УАИ 4. Накопительный конденсатор интегратора УАИ 4 заряжается импульсами тока, величина И которых определяется текущим значеМнием напряжения Ч, частота следования равна Г , а текущие значениякоэффициента заполнения соответатвуют текущим значениям напряжения Н по выражению (1) .В течение контролируемого полу- периода напряжения, если никаких дополнительных сигналов в УАИ 4 не подается, накопительный конденсатор интегратора заряжается до напряжениям- гир. (3+л;) -и.дс 1 чю -- оо38 НЗФгде А, В - константы устройства,-- длительность 1 -го кон 8тролируеиого полупериода напряжения Ч .Приникая во внимание определение среднеквадратического значения напряжения900196с выражением (4) величины Ч .и Чдо, связаны соотношением ЬЧА тяь .Ч дои 10 13 20 причем ЧпщсопзВ и задается каким" либо источником .опорного постоянного напряжения.При изменении частоты 1 входного напряжения Ч изменяется и длительность полупериода Т ,что при неизменной,величине Чх приводит к изменению величины Я, Соответствеыно. равенство,(5) выполняется при иной величине 11 о. Это обуславливает частотную погрешность порога срабатывания устройства и погрешность контроля в целом,Если величина Ч выбрана по выражению (5) для номинального значения длительности полуиериода ф входного напряжения Ч (т.е. для г =Гх ) и соответствует Ч =В Чдой Т то пРи Н 0 х =Что =сопзй и изменЯюще " ся величине 1 И (ф =- А Х) значение Чопределяется выражениемгде ф-, среднеквадрние напряжения Чх в мом ь-ом полупериод можно привести к вид атическое значеконтролируе", выражение (2)У яхье,Напряжение Ч 1 с выхода ИКП 3 поступает на вход ПК 6. Если величи" на Н превышает соответствующим образом выбранный порог срабатывания компаратора Чп, это свидетельствует о том, что в контролируемом полупериоде среднеквадратическое значение напряжения Чх превышает заданный уровень Чдо, В соответствии Иэ выражения (4) следует, что между величиной напряжения на накопительном конденсаторе интегратора Чс (и соответственно на выходе ИКП 3) в конце контролируеиого-го полупериода входного напряжения Ну, и величиной среднеквадратического значения ЧА 1 напряжения Ч в этом полупериоде имеется однозначное. соответствие, т.е. по величине Ч 0; судят о величине Чдв данном полу- периоде напряжения Чх.(в) 30 Второе слагаемое в выражении (6)характеризует величину дополнительной частотной погрешности контроля.Для устранения этой погрешностинеобходимо и достаточно скомпенсировать влияние второго слагаемого на величину Ч 1.Укаэанную задачу в устройстве выполняют функциональные блоки 2,7-9, 1 и 12.По фронту выходного сигнала БВКП2 запускается БФОИ 7, на выходе которого формируется сигнал заданной 45длительности, равной, например, номинальной длительности полупериодаф входного напряжения Ц, (фиг. 2и 3, диаграмма 19). Выходной сигналБВКП 2 подается также на разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ 8, назапрещающий вход элемента ЗАПРЕТ 9и на первый вход элемента ИЛИ 1 О.Выходной сигнал БФОИ 7 подводитсяк запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 8, к разрешающему входу элемента ЗАПРЕТ 9 и ко второму входу эле"мента ИЛИ 10.Если длительность контролируемого полупериода входного напряже 1 е((8) ния Ч оказывается меньше номинальктоной длительности ". (ГГ ),на выходе элемента ЗАПРЕТ 9 формируется сигнал "-д 1", длительность которого составляет М=- Зу.(фиг, 2, диаграмма 20), Этот сигнал включает ИКЗТ 2, на выходе которого вырабатывается корректирующий зарядный ток 1 длительностью С (фиг, 2, диаграмма 21), подаваемый на дополнительный вход ИКП 3 и производящий корректирующий подзаряд накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4.Воздействие корректирующего тока 1 о в течение времени д 1 вызывает приращение выходного напряжения УАИ 4 (фиг. 2, диаграмма 22) на величинут где с - величина емкости накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4. Если величина 1 О выбрана в соответствии с равенством то в конце измерительного цикла работы устройства в соответствии свыражением (6 величина напряженияна накопительном конденсаторе равна Ч с = п-Ня+ЬЧ =Ч (9) т,е. при неизменном значении Чх=Чдо напряжение на выходе УАИ 4 в конце измерительного цикла остается постоянным и не зависит от величины дС.Если длительность контролируемого полупериода " напряжения Чхг.оказывается больше номинальной длительности ф (Г с Г, ), на выходейэлемента ЗАПРЕТ 8 формируется сиг" нал" +Ь 1", длительность которого составляет ьТ= - -- (диаграмма 23,Тх Тофиг, 3) .Этот сигнал включает ИКРТ 11, на выходе которого вырабатываетсякорректирующий разрядный ток 1 длительностью д 1 (фиг. 3, диаграмма 23), подаваемый на дополнительный вход ИКП 3 и производящий корректирующий подразряд накопительного конденсатора в интеграторе УАИ 4. 1 и 5 го 25 30 35 40 45 50 55 Воздействие корректирующего тока о в течение времени дй вызывает уменьшение выходного напряжения УАИ 4 (фиг. 3, диаграмма 22) на ве- личину%= -п т.ЬаФ ИСп тгпоэтому при неизменном значении ЧАх=Чо напряжение на выходе УАИ 4 в конце измерительного цикла остает ся также постоянным, т.е. Ч;=Н.При номинальной частоте входного напряженгя Ч (Г, =Г,на выходах элементов ЗАПРЕТ 8 и 9 никаких сигналов не формируется и коррекция величины выходного напряжения УАИ 4 не производится.Совокупность функциональных элементов 10, 13-15 обеспечивает управление работой ИКП 3 и считывание показаний с выхода ПК 6 после окончания частотной коррекции выходного напряжения УАИ 4,На выходе элемента ИЛИ 10 формируется сигнал, длительность которого повторяет наибольшую из длительностей с и (фиг. 2 и 3, диаграмТх 1 Тома 25), а спаде выходного сигнала элемента ИЛИ 10 все процессы в измерительной части устройства уже закончены, при этом задним фронтом данного сигнала формируется импульсный сигнал опроса длительностью (фиг. 2 и 3, диаграмма 26), разрешающий съем показаний с выхода ПК 6 (фиг. 2 и 3, диаграмма 27).Сигнал опроса стробирует элемент И 15 и, поскольку его поступление имеет место уже после осуществления частотной коррекции показаний ИКП 3, на выходе элемента И 15 формируется сигнал контроля, наличие которого свидетельствует о превышении среднеквадратическим значением входного напряжения Ч заданного порога в контролируемом полупериоде Чх (Ух Ндо ), а его отсутствие, наоборот, указывает на пониженное среднеквадратическое значение Чх (Нд,сН ) в контролируемом полупериоде (фиг,2 и 3, диаграмма 28).Выходной сигнал ФСО 3 подается также на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 14, на другом входе которого присутствует выходной сигнал элемента ИЛИ 10. В результате на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 формируется сигнал после окончания сигнала опроса и продолжается до момента н.",чала следующего контролируемого полупериода напряжения Ч (фиг, 2 и 3, диаграмма 29). Этот сигнал управляет процессом восстановления исходного состояния ИКП 3 и поступает на его вход сброса, разряжая конденсатор интегратора УАИ 4 до нуля и подготавливая ИКП 3 к новому цик" лу работы, После восстановления исходного состояния ИКП 3 (за время, равное -- 1 при-у- , либоТхъ Ти. ТоТ -1 при-д - с - )устройство го" хоттово к новому циклу работы, На практике величина 1 выбирается, исходя из частотных характеристик, применяемых в стройстве элементов, обычнос -ф- и его влиянием наовремя восстановления устройства пренебрегают.Для осуществления контроля входного напряжения в каждом его полу- периоде достаточно ввести в устройство второй канал, выполненный аналогично и работающий в противофазе с первым каналом. В этом случае многие функциональные элементы являются общими для обоих каналов.Если диапазон изменения частоты входного напряжения Ч является заданным, то наиболее целесообразное решение при выборе величины опорного временного интервала, формируемого БФОИ 7, саязано с обеспечением его равенства длительности полупериода входного напряжения У при максимальной рабочей частоте. Поскольку при этом - -оказываетсяТхбольше длительности опорного временного интервала, сигнал коррекции всегда имеет определенный знак и крн струкцию устройства существенно упрощают. В это случае частотная коррекция ИКП 3 всегда производится в соответствий с временными диаграммами (фиг. 3).Изобретение может использоваться в цифровых и цифроаналоговых системах обработки сигналов. Кроме того, возможно его применение и для контроля среднего за полупериод значения переменного напряжения,0 Формула изобретения Способ контроля переменного на- пряжения, основанный на интегрирова нии входного сигнала в течение его одноименных полупериодов, сравнении полученных интегральных значений с величиной опорного напряжения, формировании по результатам сравнения сигналов превышения контролируемым напряжением заданного порога и компенсации частотной погрешности контроля, о т л и ч а ю щ и й с яо тем, что,с целью повышения точности, компенсацию частотной погрешности осуществляют путем коррекции интегральных значений напряжения прямо пропорционально отклонениям частоты от номинальной величины. 20 30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 155863, кл. 6 01 819/02, 19 б 2.2. Морозов Л.Н.Вопросы технической реализации. аналого-дискретногопреобразователя для интегрирующихдискретных трансформаторов тока.Труды МЭИ, М., 1974, Вып. 199,с. 132-143 (прототип).1 Г Составитель 11.Морозоедактор Н.Бобкова Техред Т Маточка Корректор В,Синицкая Тираж 718 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. Заказ 12175 62 Филиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. Проект