Устройство для измерения активного сопротивления

 

Использование: в области электротехники , а именно в релейной защите и электрических измерениях. Сущность изобретения: устройство содержит генератор импульсного сигнала, включенный последовательно с контролируемой цепью и опорным резистором. и два одинаковых канала выделения постоянной составляющей сигнала на контролируемой цепи и на опорном резисторе, каждый из которых состоит из каскадного соединения аналого-цифрового преобразователя , фильтра нижних частот (нулевой гармоники ) и адаптивного датчика постоянной величины. Новым в устройстве является исполнение генератора импульсного сигнала как источника последовательности одинаковых импульсов произвольной формы и способности выделения постоянных составляющих напряжения и тока в контролируемой цепи на фоне переменного напряжения и переходного процесса. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л С

СOf<)g СОВГ :,КИХ

СОПИАЛИСТИ Ч < VÃХ

РГ СПУВЛИК

rs<)s 6 01 R 27/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4880981/21 (22) 06.11.90 (46) 28.02.93. Бюл. М 8 (71) Чувашский государственный университет им. И.K.Óëüÿíoâà и Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский институт релестроения (72) Ю,Я.Лямец, А.П.Арсентьев, Е.В.Сидиряков и Г.П,Могилев (56) Авторское свидетельство СССР

N 1067451, кл. G 01 R 27/18, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1323984, кл. G 01 8 27/18, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

{57) Использование: в области электротехники. а именно в релейной защите и электрических измерениях. Сущность изобретения:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим измерениям и релейной защите, и, в частности, может быть использовано для измерения и непрерывного контроля активного сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных, а также в условиях длительных переходных процессов, вызванных различными причинами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности и быстродействия устройства для измерения активного сопротивления электрических цепей переменного тока, находящихся под напряжением или же обесточенных, и в условиях длительных пе. SU „„1798733 А1 устройство содержит генератор импульсного сигнала, включенный последовательно с контролируемой цепью и опорным резистором, и два одинаковых канала выделения постоянной составляющей сигнала на контролируемой цепи и на опорном резисторе, каждый из которых состоит из каскадного соединения аналого-цифрового преобрэзоват ля, фильтра нижних частот(нулевой гармоники) и адаптивного датчика постоянной величины, Новым в устройстве является исполнение генератора импульсного сигнала как источника последовательности одинаковых импульсов произвольной формы и способности выделения постоянных составляющих напряжения и тока в контролируемой цепи на фоне переменного напряжения и переходного процесса. 2 з,п.ф-лы, 3 ил. реходных процессов в контролируемой электрической цепи произвольной сложности. О

На фиг, 1 изображена функциональная 0С1 схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема адаптивного датчика постоянной . величины; на фиг. 3 — временная диаграмма работы.

Устройство содержит (фиг. 1) генератор испытательного сигнала 1, включенный последовательно с нагрузкой 2 (электрическая а цепь) и опорным резистором 3, аналогоцифровые преобразователи 4 и 5, входы которых подключены к выходам генератора импульсного сигнала 1, фильтр нижних частот 6 и фильтр нулевой гармоники 7, присоединенные входами соответственно к

17о8733

20

45

55

««-ходам энзпогп цифровь<х преобрэзовэтепей 4 и . а вь<хадзми - к соответствующим влодзм данных здзптивных датчиков 8 и 9, вь ходы которых являются соответственно первым и вторым входами данных управляюще-вычислительного блока 10, индикатор

11 и делитель тэктовых импульсов 12, при э ом выходы упрэвляюще-вычислительного блока 10 подключены: ко входу индикатора

11, к управляющим входам генератора импульсного сигнала 1, к управляющим входам адаптивных датчиков постоянной величины 8 и 9, э через делитель тактовых импульсов 12 и ко входам синхронизации аналого-цифровых преобразователей 4 и 5 и ко входэм синхронизации фильтра нижних частот 6 и фильтра нулевой гармоники 7 и адаптивных датчиков постоянной величины

8 и 9.

Нэ фиг. 2 приведенэ структурная схема адаптивного датчика постоянной величины

8 (9). Онэ включает в себя двэ цифровых фильтра 13 и 14, первый из которых нэстраивается на входной сигнал, а второй идентичен первому и получает свои пэрэметры по результатам его настройки, сумматор 15, пороговый блок 16, блок задания весовых коэффициентов 17, источник единичного сигнала 18 и блок деления 19. В состав цифрового фильтра 13 входят элементы задержки 20 — 22, умножитепи 23-25 и многовходовой сумматор 26. Второй цифровой фильтр 14 состоит из аналогичных элементов, но включены фильтры 13 и 14 по-разному: вход данных датчика 13 образует вход адаптивного датчика постоянной величины, а вход данных адэптивного датчика постоянной величины 14 подключен к источнику единичного сигнала 18. Входы задания коэффициентов обоих адаптивных датчиков

13 и 14 подключены к верхним выходам задающего блока 17, нижний же выход этого бпокэ подключен ко входам блока деления

19 и сумматора 15. Пороговый блок 16, вход которого соединен с выходом сумматора 15, воздействует совместно со входным сигналом адаптивного дэтчика постоянной величины на блок задания весовых коэффициентов 17. Блок деления 19 выполнен с задающим входом, подключенным к выходу цифрового фильтра 14. Выход блокэ деления 19 является выходом данных адаптивного датчика постоянной величины, запуск которого осуществляется по входу задающего блока 17, нижний выход зэдэющего блока является стробирующим выходом адаптивного дзтчика постоянной вепи«и«ь< 8 «ли 9 Согпзсование работы здзптивно< -.<,дз<«икз <. другими бпокзми ус. тройствэ осуществляется по каналу синхронизации, Работа устройства происходит следующим образом.

Каскадное соединение аналого-цифроваго преобразователя 4, фильтра низких частот 6 и эдаптивного датчикэ постоянной величины 8, выход данных которого подключен к первому входу данных упрэвляющевычислительного блока 10, образуют канал выделения постоянной состэвляющей нэпряжения нэ входе контролируемой электрической цепи. Аналогичное соединение аналого-цифрового преобрэзователя 5, фильтра нулевой гармоники 7 и датчика постоянной величины 9, соединенного своим выходом со вторым входом данных управляюще-вычислительного блока 10, образует канал выделения постоянной состэвляющей тока, протекающего в контуре: опорный резистор 3 — источник испытательного сигнала 1 — измеряемая цепь (нагрузка) 2.

Измерение активного сопротивления проводится циклически, поэтому достаточно рассмотреть i-й цикл измерений.

Очередной цикл измерения начинается с формирования сигнала на первом управляющем выходе управляюще-вычислительного блока 10, в качестве которого, например, может быть использован однокристалльный программируемый микроконтроллер. Это вызывает запуск генерэторэ импульсного сигнала 1, работэющего в ждущем режиме, и формирование импульсного напряжения Hà его выходах. Причем форма импульса может быть произвопьной, а его длительность не должна превышать период основной гармоники напряжения и контролируемой электрической цепи. Через время Т, априорно известное и равное периоду основной гармоники, процедура повторится, а на выходе генератора начинает формиро вэться второй импульс — идентичный первому. С этого момента времени напряжения на входе аналого-цифрового преобрэзовэтеля 4 описывается как

U(t) = U -t(t) + U -2() + U„. (t) + Uo, (1) где U - t(t) — переменная составляющая на пряжения наведенная рэбочим нзпряжением контролируемой электрической цепи;

U -2(t) — переменная состзвпяющэя напряжения вызванного действием последовательности импульсов генератора импульсных сигнэпов 1, гармонический спстав которой совпадает составом переме« нойсоставпяющей V- { ). U,,(t) свободная

1798733 составляющая переходного процесса, вызванного действием последовательности импульсов генератора 1 на цепь 2 и, возможно другими причинами, 0о — постоянная составляющая напряжения, вызванная ге- 5 нератором импульсного сигнала 1, На выходе аналого-цифрового преобразователя 4 формируется цифровой сигнал

U(l т ) (в дальнейшем просто U(l), где !— дискретное время; т — интервал дискрети- 10 зации, который выбирается из условия обеспечения необходимой точности вычисления постоянной составляющей напряжения, так как малые твызывают дополнительную погрешность представле- 15 ния исходного аналогового сигнала U(t) его цифровых аналогом U(l) из-за конечной разрядности реальных аналого-цифровых преобразователей и ограниченной длины машинного слова управляюще-вычисли- 20 тельного блока 10. Величина интервала дискретизации t задается коэффициентом пересчета делителя тактовых импульсов 12, на вход которого со второго управляющего выхода управляюще-вычислительного бло-. 25 ка 10 поступает последовательность тактовых импульсов калиброванной частоты.

Фильтр низких частот б и фильтр нулевой гармоники 7 представляют собой цифровые фильтры, преобразующие входной 30 сигнал в соответствии с выражением (4) (5) (2)

35 где N — количество выборок сигнала 0(t) на периоде переменной составляющей напряжения. Целью такого преобразования является подавление во входном сигнале всех гармоник переменной составляющей меньших частоты Найквиста. Поэтому на информационный вход датчика постоянной величины 8 через время равное периоду Т следования импульсов генератора поступит 45 сигнал

0ф(!) = 0св(!) + Uo.

Если свободный процесс является апериодическим Uce(l) = 0ехр(-ф t }, где U, P— заранее неизвестные начальное значение и

50 коэффициент затухания, то задающий блок

17 определит параметры а1 и у из условия (6} при у + Uy(N)a t Оф(И+1)

55 у + 0ф(И+1)а > = 0ф(И+2) заметим, что преобразование (2), в силу своей линейности, не изменяет частот и коэффициентов свободного процесса, оставляя при этом неизменной величину постоянной составляющей.

Одновременно с формированием второго импульса генератором 1 управляющевычислительный блок 10 вызывает запуск адаптивных датчиков постоянной величины

8 и 9, формируя для этого сигнал пуска на своем нижнем управляющем выходе.

Назначением адаптивных датчиков постоянной величины 8 и 9 является фильтрация постоянной слагаемой переходного процесса задолго до его окончания. Рассмотрим работу одного из датчиков, на вход которого поступает сигнал переходного процесса, описываемый выражением (3).

По приходе сигнала пуска задающий блок 17 адаптивного датчика обнуляет свои верхние выходы, формируя на нижнем выходе постоянный сигнал у, который можно интерпретировать как задающий (обучающий) сигнал адаптивного датчика. В сумматоре

15 этот сигнал вычитается из выходного сигнала программируемого нерекурсивного фильтра 13 где m — порядок фильтра. А на пороговый элемент 16 поступает разностный сигнал е(l) = 0ф(!) — у -, Г а 0ф(! — з), S=1 который воспринимается как помеха (невязка). Пороговый элемент 16 реагирует на ее уровень. Пороговый элемент и вход пуска адаптивного датчика управляют разрешением работы задающего блока 17.

Блок 17 формирует на своих выходах сигналы, задающие коэффициенты @ программируемому нерекурсивному фильтру

13,атакжепостояннуювеличинуу. Принцип действия этого блока заключается в преобразовании отсчетов входной величины 0ф(!) в сигналы а, s - 1,m и у, и в общем случае подчинен некоторому критерию, минимизирующему уровень сигнала e (I). Организация блока 17 обеспечивает решение в+1 уравнения с гп+1 неизвестными as, s = 1,m и у:

8(!)=О, !=N+m,n n «2в+й. (6) Решением (7) по отсчетам Uy(l) - N, N+2 являются а! - ехр(- Pr) и у- 0 (1+э), кото>

1798733 рые автоматически обеспечивают при простом апериодическом свободном процессе выполнение условия (6) при l > N+2m = N+2 без изменения параметров а1 и у, При этом на выходе порогового элемента 16 вырабатывается низкий уровень е (1), вызывающий окончание обновления величин а> и у, а также формирование сигнала строба на выходе адаптивного датчика. Односременно с формированием строба на выходе делителя 19 формируется значение постоянной составляющей переходного процесса Uo, как результаты операции

U. = у! Н(0) (8) m (Н(0) = 1 +,>, а = 1 + ai — передаточная

s — 1 характеристика одинаковых фильтров 13 и f14), которая вырабатывается на выходе фильтра 14 в результате воздействия источника опорного единичного сигнала 18, Таким образом адаптивный датчик постоянной величины 8 или 9 обладает свойством обнаруживать за вполне определенное время и без методической погрешности постоян ную установившуюся слагаемую переходного процесса, т.е. подавлять свободную составляющую.

По завершении настройки датчиков 8 и

9 на их стробирующих выходах вырабатываются сигналы, вызывающие запись соответственно постоянных составляющих напряжения на нагрузке Uo и на опорном резисторе Upo в память управляюще-вычислительного блока 10, Активное сопротивление электрической цепи вычиСляется в соответствии с выражением

Rue = UoRo/Оя,, где Ro — величина опорного резистора 3, Результат вычисления Rva отображается управляюще-вычислительным блоком через выход данных на индикаторе 11, На фиг. 3 приведены временные диаграммы сигналов на входах и выходах адаптивных датчиков постоянной величины Зи9, 8 случае контроля активного сопротивления обесточенной электрической цепи пе риод последовательности испытательных импульсов выбирается из соображений обеспечения необходимого быстродействия и точности. Расширение функциональных возможностей устройства обусловлено свойством каскадного соединения фильтра нижних частот (сумматора отсчетов за пери40

55 тора импульсного сигнала, входы фильтра нижних частот и фильтра нулевой гар лоники подключены к выходам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, входы первого и второго адаптивных датчиков подключены к выводам соответственно фильтра нижних частот и фильтра нулевой гармоники, входы управляюще-вычислительного блока подключены к выходам адаптивных датчиков, а выходы управляюще-вычислительного блока подключены к входу индикатора, к управляющи л входам генератора импульсного сигнала и адаптивных датчиков постоянной величины через делитель тактовых импульсов и к входам синхронизации аналого-цифровых преобразователей, фильтра нижних частот и фильтра нулевой гармоники и адаптивнь датчиков постоянной величины.

2.устройство по п.1, отличаю ще» с я тем, что, с целью повышения n««<>ci!. од) и адаптивного датчика постоянной величины выделять из переходного процесса произвольной сложности и без методической погрешности постоянные слагаемые

5 напряжения и тока, характеризующие активные сопротивление объекта (электрической сети), повышение точности измерения активного сопротивления обусловлено независимостью результатов измерений от

10 формы импульсов генератора импульсного сигнала, а повышение быстродействия обусловлено способностью устройства выделять постоянную составляющую входного сигнала на начальном участке переходного

15 процесса.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения активного сопротивления, содержащее генератор импульсного сигнала, первый вывод которого

20 подключен к первому зажиму измеряемого сопротивления, управляюще-вычислительный блок, аналого-цифровой преобразователь, индикатор и фильтр нижних частот, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

25 целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и быстродействия, в него введены второй аналого-цифровой преобразователь, фильтр нулевой гармоники, опорный рези30 стор и первый и второй адаптивные датчики постоянной величины, делитель тактовых импульсов, второй вывод генератора импульсного сигнала соединен с первым выводом опорного резистора, второй вывод

35 которого и второй вывод измеряемого сопротивления соединены с общей шиной, входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей подключены соответственно к первому и второму выводам генера1798733

10 генератор импульсного сигнала выполнен в виде источника последовательности двух или более импульсов, а фильтры в виде сумматоров отсчетов за период следования импульсов генератора, 3, Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем. что, с целью повышения точности измерения активногп сопротивления электрической цепи. находящейся под переменным напряжением, период следования импульсо енерэ5 тора импульсного сигнала установлен равным периоду переменного напряжения.

1798733

Составитель А.Арсентьев

Редактор С,Куркова, Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Заказ 770 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

P 4ЬЬ Сэ с Ф ч

%э

° ц 4ф

Ю

М