Статистический анализатор колебаний частоты и фазы напряжения
Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и предназначено для использования в электроэнергетике для контроля колебаний Частоты и фазы напряжения промышленной электрической сети. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет анализа фазы напряжения. Анализатор содерж-ит кварцевые генераторы 1, 2 прямоугольных импульсов, переключатель 3, распределитель 4 импульсов, счетчики 5, 9, 23, 24, 31, триггеры 6, 12, 32, элементы И -НЕ 7, 8, 18, 22, 25, 26, 28, регистр 10, компаратор II, элемент И 13, реверсивный счетчик 14, нуль-орган .одновибраторы 16, 17, 19-21, 29, задатчик 27 диапазонов измерения и блок 30 памяти 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 06 F !5/36
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCKOMV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4253810/24 (22) 06.04.87 (46) 07.03 91. Бюл. № 9 (7 l ) Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В. Ф. Ермаков (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1365096, кл. G 06 F !5/36, 1986.
Авторское свидетельство СССР № 148515, кл. G 06 F 15/36, 1987. (54) СТАТИСТИЧЕСКИ Й АНАЛИЗАТОР
КОЛЕБАНИЙ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной техни„„80„„1633427 д 1 ке и предназначено для использования в электроэнергетике для контроля колеба ни и частоты и фазы напряжения промышленной электрической сети. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет анализа фазы напряжения.
Анализатор содержит кварцевые генераторы
I, 2 прямоугольных импульсов, переключатель 3, распределитель 4 импульсов, счетчики 5, 9, 23, 24, 31, триггеры 6, 12, 32, элементы И вЂ” НЕ 7, 8, 18, 22, 25, 26, 28, регистр 10, компаратор I I, элемент И 13, реверсивный счетчик 14, нуль-орган 15, одновибраторы 16, !7, 19 — 21, 29, задатчик 27 диапазонов измерения и блок 30 памяти
2 ил.
1633427
1О
20
jl3o0ðетени(Относится к области информационно-измерительной и вычислительной ! ехники и предназначено для использования В электроэнергетике для контроля колебаний частоты и фазы напряжения промыш,!еииой электрической сети.
Нег!1 изобретения -- расширение класса рс и!(1(. мых задач за счет анализа фазы наII ряж(. Ии51
f13 (f)Hl 1 представлена схема анализат >ра; «;l фиг. 2 графики изменений
II
Ли;!>!ила!О(> содержит первый 1 и втор >й 2 кварцевые I енераторы прямоу(о Вьиы (ил(пулыoB, выходы которых соединены с ииформац(ц>иными входами переключателя
3, управляющии вход которого является Вхо.((>м
o l(. Г (и к((;), Bl>I x<) ((T3plHBI разряда кОтОрО(<> Il(> (клн> !(и к сч(тному I)xo,(x TpHI гера 6, (, (H!lH it!I>1I1 ВЫХОД K(>T()P()I О ПОДКЛЮЧЕH К ПЕРВ(,(м Вх(>.(i÷ crt(лц итОВ 1! Hj. 7 и 8 и к так-!
<>!(ол!у I(x(),lx с !(. гчика 9, Выход которого ((>С. LH il(II < И Нфо Р >1(1 II I!Oil!!HI 1 f3 ХО. (ОVI PBи (;! It), t)»Ix(>;; h<>r<>pol o (Ое,(itlteH с ttepI> l (М I) X(> ((> М КО 1 П 3 ()атОР i! l(. « ° Ч(ивlttc» ho roP<)l o li().(h t to(t(. ft t>t Boo rI3(!с; IH IIH() h Вгорыл(Нхо.(ам элемеи гов И Ill . 7 и 8, Вых(>.l K() гopo(o o<íдии H с нл,!(Вым (х(>;Ом ригi(f)3 12, с Вторым ВХО(Ол< a,i(л!(. II ã« 11 1,1 и с вычитаюшим ВХО(О;! (>(!«pi и !3 и< > !» ( «<,. Ii (>f> I > ll(! I,> l(,)(! О l >IO13it() f)31Opt>l 11) и 17, >(.",ип и txo(ал(и ->пел)cíг(1 ! if(1)3, В!! ., h< I >1><>! О il().< к, (к) I(. H h (инхрОии <ирл f<>l!1()t, h(>В . » 1 I! !>х >(у (>билл(пия григгсра 6, ! 3! (хо,(!! I p!ll .,,I 2 ч(р 3 Одиовибра горы 2>(l lt "(((>с !пи(H< I с ВХОдами эг!ел)(и (1 ill >2>, !3I>lx<>1 ко(О(>О! О с<н,(инеи с входами . б(>« (! . и I I«h(>H 2>3 и 24, т;(ктоныи l3X()Л h<)1i>(><>i<> li(>. lK,!К>Ч< ll К В(!ХО,() ЭЛЕЛ1 Hf1 ) (>((пи ll с Вторым Вколол(3,!Ол!(Вi;I 11 (ll. ) ), 3 Выход сне(чика 24 . <к.(и!и и« В(О(ым ((ходом эг!ел1(. Ита И НЕ >le рпый и В ()p()H Вых(>ды Валат IHKB 27 lit;ill, l )lI()H и )л(ерсиия соединены соотнегс г(3(lift(> с первыми Входами элементОВ 11 1(l. 25 и 2(>. Вы ХО (»l которы. (. Oe;3Hиены с IH pâым и BToj)û)t входами элел!(.иг:1 И Нl: 28, третий Вход которого li(>.(h,!юч H к I!fix()ду переполнения счетчика 2.1, i ftl>ix() (с(>((иис II с Входом Од!(Овибр;!!(>р;1 2!) и r3hr<>ftt ted! Входом счетчика 23, ВЫ X(),(К<) ГОP(>ГО С(>ЕДИ II(. Ii С 3.«((тЕС(IЫ Л! ВХО— ,(<>и б l()K(i .)t) и;>миги. Выход которого сое,lHH(. (. ииформациои Входом счетчика 3 (, Выхо.t коi op<>i oое (Hнеи с информационным Вх<>дом бл )h3 30 памяти, выход одновибратора 29 соединен с единичным входом триггера 32, инверсный выход которого соединен с входом запуска распределителя 4 импульсов, выходы которого соответственно соединены с входом записи и тактовым входом счетчика 31, с входом управления записью блока 30 памяти и с нулевым входом триггера 32. Кварцевые генераторы 1 и 2 имеют соответственно частоты 1 МГц и 360 кГц два генератора используются из-за удобства масштабирования контролируемых величин. Счетчик 5, который выполнен двоично-десятичным, выступает в роли делителя частоты на 10. Совместно с триггером 6 он делит частоту генераторов на 20. В итоге на выходе триггера 6 появляются импульсы напряжения с частотой 50 кГц (18 к1 ц — и ри контроле колеба ни и фазы) . -)TH импульсы заполняют в течение каждого полупериода контролируемого напряжения сети 10-разрядный счетчик 9 (который Вы!«олнен двоичным), в результате, например, при частоте напряжения сети )=50 Гц содержимое с !етчика 9 в конце полупериОда становится равным 500 (или 180 при контроле колебаний фазы). Такую же разрядность (10) имеют регистр 10, числоьч)й компаратор 11 и реверсивный счетчик 14, который выполнен двоичным. Емкость счетчика 23. выполненного двоичным, задает число уровней квантования колебаний частоты и фазы напряжения, равное числу каналов блока памяти анализатора. Наличие ..(Воично-десятичного счетчика 24, имею-! цего емкость 10, с помо(цью также элемеи!Ов И НЕ 25, 26, 28 и задатчика 27 IIoçBoiIHåT задавать ширину интервала квантования колебаний частоты равной 0,1 Гц и 1 Гц, 3 колебаний фазы — 1 и 10. Рас vloTpHvl работу анализатора в режил1 анализа колебаний частоты напряжения. H этом случае переключатель 3 находится H состоянии, при котором вход счетчика 5 ! И>дк.(ючен к выходу генератора 1, имею-! цегО частоту 1 МГц. Интервал квантования колебаний частоты %(6/ ) равен 0,1 Гц, при э(ovl на первом выходе а задатчика 27;(1131i3.)онов измерения присутствует единичное напряжение, а на втором выходе нулевое. l!еред началом измерений содержимое ячеек блока 30 памяти обнуляется. Начнел(рассмотрение работы анализатора с момента времени t=0 (фиг. 2). В этот момент на выходе нуль-органа 15 появляется единичное напряжение, которое приводит к появлению отрицательного импульса напряжения на выходе одновибратора 16. В результате на выходе элемента И - НЕ 18 появляется короткий единичный импульс, записывающий в регистр 10 содержимое счетчика 9, которое было им накоплено в течение предыдущего полупериода сетевого напряжения, 1633427 После этого коротким единичным импульсом с выхода одновибратора 19 (запускаемого задним фронтом импульса с выхода элемента И вЂ” НЕ 18) обнуляется содержимое счетчиков 5 и 9 и триггера 6. После окончания этого импульса счетчик 9 вновь начинает заполняться импульсами с частотой 50 кГц. Цена каждого импульса приближенно равняется О,! Гц частоты контролируемого напряжения. В реверсивном счетчике 14 в момент времени t=O находится код В, равный числу импульсов, уложившихся в полупериод, предшествовавший предыдущему полупериоду. Соответственно с этого момента в регистре 10 хранится код А, равный числу импульсов, уложившихся в предыдущий полупериод. Если А=В, то колебания частоты в течение двух предыдущих полупериодов не было. Если А В, то на соответствующем выходе числового компаратора ll появляется единичное напряжение: при А)В на первом выходе «Больше», при А(В на втором выходе «Меньше». В результате один из элементов И вЂ” НЕ 7 или 8 начинает пропускать импульсы с частотой 50 кГц на прогрессивный или регрессивный счетный вход реверсивного двоичного счетчика 14, а также поступают импульсы через элемент И !3 на вход двоично-десятичного счетчика 24 и второй вход элемента И вЂ” НЕ 25. В дальнейшем рассматриваем случай, когда А)В и соответственно импульсы поступают на прогрессивный вход счетчика 14, а также вход установки единицы триггера !2. Поскольку к первому входу элемента И вЂ” НЕ 25 приложено единичное напряжение, на его выходе появляется серия импульсов, число которых соответствует приращению 35 длительности между двумя предыдущими полупериодами сетевого напряжения. Учитывая, что цена одного импульса равняется О, l Гц частоты напряжения сети, то двоич- 40 ный счетчик 23 является квантователем колебаний частоты с шагом a!aj)=0,1 Гц. При поступлении первого импульса на вход счетчика 23 его выходной код становится равным 0001. Этим же импульсом запускается одновибратор 29. Выходной отри- 45 цательный импульс с выхода одновибратора 29 переводит триггер 32 в единичное состояние. В момент времени t импульсом с выхода распределителя 4 импульсов (РИ) из канала блока 30 памяти с номером 0001 50 в счетчик 31 записывается информация, накопленная в этом канале за время предыдущего статистического анализа. В момент времени t> импульсом с третьего выхода РИ 4 содержимое счетчика 31 увеличивается на единицу. Затем в момент времени t импульсов с четвертого выхода РИ 4 эта увеличенная на единицу информация вновь возвращается в тот же канал блока 30 памяти с номером 000!. Импульсом с пятого выхода РИ 4 в момент времени t4 триггер 32 устанавливается в нулевое состояние, удерживая в дальнейшем (до прихода очередного импульса на вход установки единицы триггера 32) РИ 4 в нулевом состоянии, при котором управляющее напряжение присутствует на его свободном выходе. С появлением в дальнейшем второго импульса на выходе элемента И вЂ” НЕ 28 содержимое счетчика 23 становится равным 0010, одновибратор 29 переводит триггер 32 в единичное состояние, РИ 4 так же, как на интервале времени 11 — t«, управляет приращением на единицу информации, накапливаемой в канале блока 30 памяти с номером 0010. При появлении следующего импульса на выходе элемента И вЂ” НЕ 28 осуществляется аналогичная операция накопления информации в канале блока 30 памяти с адресом 0011 и т. д. Импульсы с выхода элемента И вЂ” НЕ 28 прекращают поступать после такого изменения содержимого реверсивного счетчика 14, после которого оно становится равным содержимому регистра 10. При этом А=В и на выходе «Больше» числового компаратора 11 появляется нулевое напряжение, закрывая один из элементов И вЂ” НЕ 7 или 8 для импульсов с выхода триггера 6. Если в момент окончания очередного полупериода сетевого напряжения 1 и записи в регистр !О содержимого счетчика 9 содержимое регистра 10 снова превышает содержимое реверсивного счетчика 14 В, то импульсы с выхода элемента И вЂ” НЕ 7 продолжают после этого поступать на прогрессивный вход счетчика !4 и ссютветственно увеличивают содержимое счетчика 24, который продолжает квантовать нарастающее колебание частоты напряжения сети, последовательно увеличивая содержимое каналов блока 30 памяти с адресами 0100, 0101, 0110 и т. д. Если же в момент времени 4 содержимое регистра 10 А после перезаписи из счетчика 9 становится меньше содержимого реверсивного счетчика 14 В (что соответствует изменению характера колебания частоты, а именно после предыдущего уменьшения частоты она начинает нарастать— предыдущее колебание частоты закончилось и начинается следующее), то импульсы с выхода элемента И вЂ” НЕ 8 начинают поступать на регрессивный вход реверсивного счетчика 14, а также на вход установки нуля триггера 12, переводя его в нулевое состояние. При этом единичным напряжением с инверсного выхода триггера 12 запускается одновибратор 21, выходной импульс которого, проходя через элемент И— 1633427 Фор,чули изобретения НЕ 22, устанавливает в нулевое состояние счетчики 23 и 24. Появляющийся после этого первый импульс на выходе элемента И 13 переводит счетчик 24 в состояние 0001 — информация вновь начинает накапливаться в канале блока 30 памяти с адресом 0001, затем (с приходом второго импульса на вход счетчика 24) 0010 и т. д. Процесс накопления информации продолжается время Т (0,5 — 3 ч), после чего по содержимому блока 30 памяти строится дополнительная функция распределения размахов колебаний частоты (>f напряжения сети. При больших колебаниях частоты целесообразно использовать интервал квантования Л(о/)=! Гц. При этом задатчик 27 диапазонов измерения переводится в состояние, при котором на его первом выходе а появлястся нулевое напряжение, à на втором b — единичное. В этом случае на вход счетчика 23, осуществляющего квантование колебаний частоты, поступает (пос.ie прохождения через двоично-десятичный счетчик 24) каждый десятый импульс с выхода элемента И 13. В остальном работа анализатора аналогична описанному выше режиму с .K(hf) =0,1 Гц. Наличие в схеме связи выхода переноса счетчика 23 с третьим входом элемента И вЂ” НЕ 28 исключает накопление ложной информации в блоке 30 памяти при прохождении колебанием частоты большого размаха, перекрывающего рабочий диапазон анализатора — в этом случае оно расшифровыва«тся анализатором, как равное верхней границе диапазона. В режиме анализа колебаний фазы переклк>чатель 3 переводится в состояние, при котором вход счетчика 5 подключается к выходу второго генератора 2, выходные импульсы которого следуют с частотой 360 кГц. В этом режиме устройство работает так же, как и в режиме анализа колебаний частоты. После окончания измерений через время Т по содержимому блока 30 памяти строится функция распределения размахов колебаний фазы напряжения сети. (.татистический анализатор колебаний частоты и фазы напряжения, содержащий пять счетчиков, три триггера, пять одновибраторов, элемент И, блок памяти, регистр, переключатель, нуль-орган, первый генератор прямоугольных импульсов и распределитель импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом записи и тактовым входом первого счетчика, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом второго счетчика, а выход подключен к ин10 40 формационному входу первого счетчика, вход нуль-органа является информационным входом анализатора, выход первого одновибратора соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к третьему выходу распределителя импульсов, а инверсный выход — к входу запуска распределителя импульсов, выход второго одновибратора соединен с установочным входом третьего счетчика, прямой выход второго триггера соединен с входом третьего одновибратора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет анализа фазы напряжения, в него введены реверсивный счетчик, компаратор, второй генератор прямоугольных импульсов, шестой одновибратор, элементы И НЕ и задатчик диапазонов измерения, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов И вЂ” HE, выходы которых подключены к первому и второму входам третьего элемента И вЂ” НЕ, выход которого соединен с тактовым входом второго счетчика и с входом первого одновибратора, выходы первого и второго генераторов гтрямоугольных импульсов соединены с информационными входами переключателя, управляющий вход которого является входом задания режима работы анализатора, а выход соединен с тактовым входом распределителя импульсов и счетным входом четвертого счетчика, выход старшего разряда которого подключен к счетному входу третьего триггера, единичный выход которого подключен к тактовому входу третьего счетчика и к первым входам четвертого и пятого элементов И вЂ” HE, выход четвертого элемента И вЂ” HE соединен с первым входом элемента И, суммирующим входом реверсивного счетчика и с единичным входом второго триггера, инверсный выход которого через четвертый одновибратор подключен к первому входу шестого элемента И— НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего одновибратора, а выход подключен к входам сброса пятого и второго счетчиков, выход переполнения которого соединен с третьим входом третьего элемента И НЕ, выход третьего счетчика подключен к информационному входу регистра, выход которого соединен с первым входом компаратора, выходы «Больше» и «Меньше» которого подключены ссютветственно к вторым входам четвертого и пятого элементов И вЂ” НЕ, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, с вторым входом элемента И и с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу компаратора, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента И вЂ” НЕ и с тактовым входом пятого счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента И вЂ” HE, выход нуль-органа через пя1633427 О Составитель С. Ионкин Редактор Е Папи Текред А Кравчук Корректор А. Осауленко Заказ 619 Тираж 406 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1 13035, .Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г Ужгород, ул. Гагарина, 101 тый и шестой одновибраторы соединен с входами седьмого элемента И вЂ” НЕ, выход которого подключен к синхронизирующему входу регистра и через второй одновибратор — к входу сброса четвертого счетчика и входу обнуления третьего триггера, четвертый выход распределителя импульсов соединен с входом управления записью блока памяти.
