Устройство для измерения полного сопротивления цепи фаза- нуль

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ФАЗА-НУЛЬ, содержащее последовательно соединенные нагрузочный резистор и тиристор, свободные выводы которых подключены соответственно к зажимам Нуль и Фаза, блок однократного отпирания тиристора, синхронизирующий вход которого подключен к тем же зажимам, а импульсный выход - к управляющему электроду тиристора, блок запоминания амплитуды тока нагрузки, один из входов которого подключен к выводам нагрузочного резистора, датчик времени нарастания тока нагрузки, блок деления, отсчетньш блок, датчик напряжения ненагруженной сети, вход ; которого подключен к зажимам Фаза и Нуль, выход - к первому входу блока деления, аналоговый выход блока запоминания амплитуды тока нагрузки соединен с вторым входом блока деления,отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности - и упрощения настройки устройства. в него введены генератор импульсов стабильной частоты, блок распределения импульсов, счетчик импульсов и блок совпадения, причем выход генератора импульсов стабильной частоты соединен с импульсным входом блока распределения импульсов, первый , второй и третий выходы которого соединены соответственно с импульсными входами счетчика импульсов, блока деления и отсчетного блока, четвертый выход соединен с входами блока запоминания амплитуды тока нагрузки и датчика времени нарастания тока нагрузки, выход счетчика i импульсов через блок совпадения соединен с jiepBbiM логическим входом W блока распределения импульсов, второй , третий и четвертый логические входы которого соединены соответственно с выходами блока деления, блока запоминания амплитуды тока нагрузки и датчика времени нарастания тока нагрузки. СП 2.Устройство по п. 1, о т Л иел чающееся тем, что блок деления содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, преобрасо зователь код-аналог, компаратор, вход счетчика импульсов соединен с импульсным входом блока деления, первый вход которого соединен с другим входом компаратора второй вход - с вторым входе преобразователя коданалог , а логический выход соединен с выходом компаратора. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок запоминания амплитуды тока нагрузки со

СОЮЗ СОВЕТСКИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„3 155063 дц 4 G О! R 27/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ 4 ОТКРЫТИЙ (21) 3667578/24-21 (22) 29. 11. 83. (46) 30. 09. 86. Бюл. М 36 (71) Ленинградское пусконаладочное управление треста Севзапэлектромонтаж (72) В.Е.Архангельский, Л.М.Вишневецкий, В.К.Гарнов, Л.Г.Левин, В.Б.Рабинович и Н.И.Голоднюк (53) 621.317.332.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 253903, кл. G 01 R 31/02, 1967.

Авторское свидетельство СССР

У 797354, кл. G 01 R 27/16, 05.07.79. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ФАЗА-НУЛЬ, содержащее последовательно соединенные нагрузочный резистор и тиристор, свободные выводы которых подключены соответственно к зажимам "Нуль" и

" Фаза", блок однократного отпирания тиристора, синхронизирующий вход которого подключен к тем же зажимам, а импульсный выход — к управляющему электроду тиристора, блок запоминания амплитуды тока нагрузки, один из входов которого подключен к выводам нагруэочного резистора, датчик времени нарастания тока нагрузки, блок деления, отсчетный блок, датчик напряжения ненагруженной сети, вход которого подключен к зажимам "Фаза" и "Нуль", выход — к первому входу блока деления, аналоговый выход блока запоминания амплитуды тока нагрузки соединен с вторым входом блока деления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки устройства, в него введены генератор импульсов стабильной частоты, блок распределения импульсов, счетчик импульсов и блок совпадения, причем выход генератора импульсов стабильной частоты соединен с импульсным входом блока распределения импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с импульсными входами счетчика импульсов, блока деления и отсчетного блока, четвертый выход соединен с входами блока запоминания амплитуды тока нагрузки и датчика времени нарастания тока нагрузки, выход счетчика импульсов через блок совпадения соеф динен с первым логическим входом блока распределения импульсов, второй,.третий и четвертый логические входы которого соединены соответственно с выходами блока деления,. блока запоминания амплитуды тока нагрузки и датчика времени нараста.ния тока нагрузки.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок деления содержит последовательно. соединенные счетчик импульсов, преобразователь код-аналог, компаратор, вход счетчика импульсов соединен с импульсным входом блока деления, первый вход которого соединен с другим входом компаратора, второй вход — с вторым входом преобразователя коданалог, а логический выход соединен с выходом компаратора.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю g е е с я тем, что блок запоминания амплитуды тока нагрузки со1155063 держит последовательно соединенные счетчик импульсов, преобразователь код-аналог и компаратор, вход счетчика соединен с импульсным входом блока запоминания амплитуды тока нагрузки, аналоговый выход которого соединен с выходом преобразователя код-аналог, логический. выход — с вы1

Изобретение отНосится к области электрических измерений, в частности к определению полного сопротивления цепи .фаза-нуль (точнее, модуля комплексного сопротивления) под рабочим напряжением сети, может быть применено преимущественно в сетях 380/

220 В с глухозаземленной нейтралью.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки 10 устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схеМа устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма напряжений на входах и выходах блоков; на фиг. 3 — диаграмма 15 состояния блока распределения импульсов.

Устройство (фиг. 1) содержит нагрузочный резистор 1 и тиристор 2, соединенные последовательно к вклю-. 20 ченкые между зажимами "Фаза" и

"Нуль" сети, блок 3 однократного отпирания тиристора, синхронизирующий вход которого подключен к зажимам "Фаза" и "Нуль", а импульсный 25 выход — к управляющему электроду тиристора, блок 4 запоминакия амплитуды тока нагрузки, айалоговый вход которого подключен к нагрузочному резистору 1, а аналоговый выход — к 30 второму входу блока 5деления, первый вход которого подключен к выходу датчика 6 напряжения ненагруженной сети, подключенного входом к зажимам

"Фаза" и "Нуль", отсчетный блок 7 и датчик 8 времени нарастания тока нагрузки.

Устройство. содержит также счетчик

9 импульсов, блок 10 совпадения, генератор 11 импульсов стабильной час- 40 тоты и блок 12 распределения импульсов, логические входы которого свяходом компаратора, а другой вход — с вторым входом компаратора. 4. Устройство по п . 1, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что отсчетный блок содержит последовательно соединенные счетчик импульсов и цифровой индикатор, вход счетчика импульсов подключен к входу отсчеткого блока.

2 заны с логическими выходами блока 10 совпадения, блока 5 деления. блока 4 запоминания амплитуды тока нагрузки и датчика 8 времени нарастания тока нагрузки. Импульсные выходы блока 12 распределения импульсов связаны с импульсными входами счетчика 9 импульсов, блока 5 деления и отсчетного блока 7.

Блок 5 деления предназначен для вычисления отношения амплитуд напряжения ненагруженной сети и тока нагрузки. Он содержит интегратор в виде счетчика 13 импульсов с преобразователем 14 код-аналог на выходе и компаратор 15, служащий для сравнения выходного напряжения преобразователя

14 код-аналог с напряжением на выходе датчика 6. Отсчетный блок 7 также содержит счетчик 16 импульсов с цифровым индикатором 17 на выходе.

Блок 4 запоминания амплитуды тока нагрузки содержит счетчик 18 импульсов с вторым преобразователем 19 кодакалог на выходе и второй компаратор

20, один из входов которого подключен к аналоговому выходу, второй — к аналоговому входу блока 4, а выход — к логическому выходу блока 4. Импульсный вход счетчика 18 соединен с импульсным выходом блока 12 распределения импульсов, к которому подключен также вход датчика 8 времени нарастания тока нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

При подаче команды на измерение и первого после нее перехода фазного напряжения сети через нуль блок 3 однократного отпиракия тиристора выдает одиночный импульс, отпирающий тиристор 2 с заданной фазовой эадерж1155063

/Z / = R--шж-- R„

4 - н ц нм

5 вводится угловая поправка, являющаяся нелинейной функцией двух аргументов: падения напряжения на нагрузочном резисторе -1 и времени нарастания

10 тока нагрузки до амплитудного значения.

Измеряемое сопротивление Е, определяется как сумма числа импульсов

М, пропорционального отношению

15 амплитуды напряжения сети к амплитуде тока нагрузки, и числа импульсов N> пропорционального времени нарастания тока чагрузки, за вычетом числа импульсов N, пропорционального некоторому постоянному коэффициенту с:

Nz 1а Ns Nc цс

Z = а - ч + bd. — с

ll, У

40 кой, и через нагрузочный резистор 1 проходит одиночный импульс тока.

Амплитуда его фиксируется в блоке 4 запоминания амплитуды тока нагрузки, а длительность его переднегс фронта от начала до момента достижения амплитуды измеряется датчг<ом

8 времени нарастания тока нагрузки.

В продолжение этого интервала счетчик 8 импульсов заполняется через блок 12 распределения импульсов (вых.. 1. фиг. 3) импульсами от генератора 11 импульсов стабильной час-, тоты. По окончании этого интервала времени появляются импульсы на втором выходе блока 12 распределения импульсов, откуда они поступают в счетчик 13 импульсов блока 5 деления. При этом импульсы продолжают поступать и в счетчик 9. На цифровой вход преобразователя 14 код-аналог блока 5 деления поступает непрерывно возрастающее число из счетчика 13, а на вход опорного напряжения — аналоговая величина с выхода блока 4 запоминания тока нагрузки. На выходе преобразователя 14 код-аналог формируется аналоговый сигнал, пропорциональный произведениЬ этих величин, который поступает на вход компаратора 15 блока 5 деления, где сравнивается с аналоговым сигналом датчика 6 амплитуды нагружения ненагруженной сети.

Согласно теореме об активном двух-З5 полюснике полное (комплексное) сопротивление цепи фаза-нуль может быть определено по формуле цс

Z = R ц н н н где ц, — напряжение сети;

U — падение напряжения на нагн рузочнам резисторе 1;

R — сопротивление нагрузочного 45 резистора 1.

Поскольку. векторные величины трудно поддаются инструментальной обработке, в приборе вместо векторных величин U и U используются их ска- 50 лярные (амплитудные} значения U è

U „ . Это и вызывает методическую погрешность: при одном и том же модуле измеряемого сопротивления (У.„,) результаты измерения могут быть pas- 55 ньии в зависимости от величины фазного угла ч„ комплексного сопротивления Z„.

Для уменьшения этой погрешности в основную расчетную формулу где К„= па цс а .т

U, — амплитуда напряжения ненагруженной сети; .

Т„ — амплитуда тока нагрузки;

Ni, = nbt„Ф

t„ — время нарастания тока до амплитудного значения;

М = пс; а, Ь, с †постоянные коэффициенты; и — число импульсов на 1 0м.

Выражение И = N + N - N ява ь с ляется цифровым эквивалентом эмпирической расчетной формулы вида полученной из основной, приведенной выше расчетной формулы (!) добавлением фазовой поправки boy, где о — время нарастания тока (в электрических градусах). В период t - t наР 3 растания измерительного тока число в счетчике 9 возрастае г до Мв, в период t — t- его снижения остается не3 4 изменным и далее в период t

5 возрастает до числа N „ что фиксируется блоком 10 совпадения. В этот период происходит также заполнение счетчика 13, которое продолжается до момента t<, -когда число в счетчике

13 достигает Nz. В интервале t

5 импульсы поступают также в счетчик

16 заполнение которого прекращается, 1155063 с = 0,300 Ом.

S когда аналоговая величина на выходе преобразователя 14 код-аналог сравнивается с. аналоговым сигналом датчика

6 напряжения ненагруженной сети 6, Число N в счетчике 16 импульсов выдается на индикацию и равно разности числа И и (И вЂ” И„), -..е. .И

Ио + Иь Ис

Счетчик 18 импульсов блока запоминания тока нагрузки заполняется 1р импульсами от блока 12 распределения импульсов до тех пор, пока число в счетчике, преобразованное в аналоговую величину преобразователем 19 код-аналог, не сравняется на входе 15 компаратора 20 с амплитудой падения напряжения на нагрузочпом резисторе 1. Импульсы, заполняющие счетчик

18, поступают также на вход датчика 8 времени нарастания тока нагруз- 2О ки. Момент окончания заполнения счетчика импульсов 18 совпадает с моментом достижения амплитудного значения тока нагрузки.

Оптимальные с точки зрения обес- 25 печения минимальной методической погрешности, значения коэффициентов были рассчитаны с помощью ЗЦВМ и приняты следующими:

Ом а = 0,283 Ом", В = 0,87. 10" эл.град

В опытном образце прибора число импульсов на 1 Ом выбрано n-=1600„ так что окончательно

N = 283 - И = 0,87а ; N = 306. 40

Н

Сопротивление нагрузки в нем принято Кц = 3 Ом для диапазона измерений 2, = 0,50-5,0 Ом и R„ 0,3 Ом ц для диапазона 0,05-0,50 Ом. При этом приведенная методическая погрешность не превышает 4,5, т.е. снижена по сравнению с прототипом более чем в .

2 раза. 50

Что касается блока 3 отпирания тиристора, oh представляет собой фазосмещающий блок, синхронизированный сетью.

Команда на измерение, поступающая в блок 3 однократного отпирания тиристора, одновременно деблокирует счетчики 9 и 18 импульсов (цепи сброса счетчиков на фиг. 1 не показаны).

Блок однократного отпирания тиристора может быть связан также с выходом счетчика 9 (на фиг. 1 эта связь не показана).

В этом варианте счетчик 9 импульсов начинает заполняться в момент перехода фазного напряжения через О. Когда число в счетчике достигает значения, соответствующего заданной фазовой задержке (52 или

60 эл.град. в опытном образце прибора), срабатывает блок совпадения в блоке 3 и формируется отпирающий импульс. Блок 10 совпадения в этом варианте настраивается на число

300+52, что обеспечивает сохранение величины N = 300.

Основное преимущество -изобретения состоит в повьппении точности измерения за счет узла реального фазного угла цепи фаза-нуль и значительной величины измерительного тока, а также за счет исключения основного источника погрешности — аналогового функционального преобразователя, что позволило выполнить прибор на базе цифровых интегральных микросхем и тем самьвк дополнительно уменьшить инструментальную погрешность, Другйм преимуществом изобретения является простота настройки благодаря применению нерегулируемых схемных узлов дискретного действия. Практически настройка сводится лишь к установке нулей компараторов в .от- личие от известного устройства, в котором требовалось устанавливать коэффициенты передачи операционных . усилителей, постолнные времени интегрирования и настраивать сложный функциональный преобразователь.

1155063

yt и, н и, fg

Фиг. t

1155063 дквп йиЖ дви Я

Составитель

Редактор Л. Письман Техред И.Попович Корректор Т. Колб

Заказ 5454/1

Тираж 728

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь!тий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 г

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4