Устройство для контроля показателей качества электрической энергии

 

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показатей качества электрической энергии постоянного напряжения - коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжения, а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит задатчик 1 моментов измерения, преобразователь 2 мгновенных значений напряжения в цифровой код, задатчик 3 номинальных значений напряжений, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения соответственно максимального и минимального кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и 10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечения квадратного корня, блок 13 элементов ИЛИ, логометр 14 и блок 15 индикации. Цель достигается введением блока 13 элементов ИЛИ, выполнением первого арифметического блока 10 с дополнительным входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого и дополнительным выходом, а также введением соответствующих связей. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии постоянного напряжения - коэффициента пульсации, отклонения и колебания напряжения, а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напряжения.

Известно устройство для автоматического контроля качества электроэнергии [1] , содержащее задатчик моментов измерения, преобразователь мгновенных значений напряжения в цифровой код, задатчик номинальных значений напряжения, блок управления, блоки выделения максимальных и минимальных кодов, квадраторы, сумматоры, суммирующий счетчик, блок извлечения квадратного корня, логометр и блок индикации.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения отклонения напряжения, обусловленная недостатком используемого вычислительного алгоритма.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению следует считать устройство для контроля показателей качества электроэнергии [2], содержащее задатчик моментов измерения, преобразователь мгновенных значений напряжения в цифровой код, задатчик номинальных значений напряжения, блок управления, блоки выделения максимального и минимального кодов, квадраторы, управляемые арифметические блоки, суммирующий счетчик, блок извлечения квадратного корня, логометр и блок индикации.

Недостатком известного устройства является невысокая точность определения таких показателей качества электроэнергии, как отклонение напряжения и коэффициент формы, обусловленная погрешностями вычислительных алгоритмов.

Так, в известном устройстве-прототипе отклонение напряжения и коэффициент формы определяются вычислительными алгоритмами ΔV = ; (1) K_ф = , (2) где U_x и U_xo - среднеквадратическое и средневыпрямленное значения контролируемого напряжения соответственно; U_н - номинальное значение напряжения.

Однако по определению ΔV = , (3) а K_ф = . (4) Из анализа выражений (1) ... (4) видно, что >U_x-U_н, (5) а ≠ U_x. (6) Таким образом, имеют место погрешность определения отклонений напряжения δ_Δv = = ;
(7) и погрешность определения коэффициента формы
δ_кф= δ₁+δ₂ , (8) где δ₁ и δ₂ - составляющие погрешности, обусловленные погрешностями нелинейных блоков соответственно квадратора и блока извлечения квадратного корня.

Цель изобретения - повышение точности определения отклонения напряжения и коэффициента его формы.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля качества электрической энергии, содержащее логометр, блок индикации, преобразователь мгновенных значений напряжения в цифровой код, первый квадратор, первый арифметический блок, блок извлечения квадратного корня, задатчик номинальных значений напряжения, задатчик моментов измерения, блок управления, суммирующий счетчик, второй квадратор, блоки выделения максимального и минимального кодов и второй арифметический блок, причем первый вход преобразователя мгновенных значений напряжения является входом устройства, а выход подключен к суммирующему счетчику, входам блоков выделения максимального и минимального кодов и входу первого квадратора, выход которого соединен с входом уменьшаемого первого арифметического блока, вход вычитаемого и выход которого связаны соответственно с выходом второго квадратора и входом блока извлечения квадратного корня, а выход суммирующего счетчика соединен с входом второго квадратора и входом делителя логометра, выход и первый вход которого соединены соответственно с входом блока индикации и выходом второго арифметического блока, входы уменьшаемого и вычитаемого которого связаны с выходами блоков выделения максимального и минимального кодов соответственно, выход блока управления соединен одновременно с синхровходами первого и второго арифметических блоков и управляющими входами задатчика моментов измерения и задатчика номинальных значений напряжения, выходы задатчика моментов измерения и задатчика номинальных значений напряжения присоединены соответственно к управляющему и второму входам преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код, введен блок элементов ИЛИ, выход, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым входом логометра, выходом блока извлечения квадратного корня и дополнительным выходом первого арифметического блока, дополнительный вход вычитаемого и дополнительный вход уменьшаемого которого соединены соответственно с выходом суммирующего счетчика и выходом преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код.

В первый арифметический блок, содержащий три элемента задержки, узел усреднения кодов, первый триггер, узел выбора режима измерения, счетчик числа измерений, счетчик n импульсов, счетчик 2n импульсов, группу элементов И, первый узел вычитания кодов и кнопку "Запуск", выход которой соединен с входом запуска узла выбора режима измерения, первый выход запуска которого подключен к входу установки первого триггера, вход сброса и выход которого соединены соответственно с выходом сброса узла выбора режима измерения и первым входом разрешения узла усреднения кодов, синхровход первый информационный вход и вход делителя которого соединены соответственно с выходом первого элемента задержки, синхровходом узла выбора режима измерения и счетным входом счетчика числа измерений, входом уменьшаемого первого арифметического блока и кодовым выходом счетчика числа измерений, выход переполнения которого связан с первым входом узла выбора режима измерения и входом второго элемента задержки, выходом присоединенного к входу фиксации результата узла усреднения кодов, причем счетные входы счетчика n и счетчика 2n импульсов соединены соответственно с первым и вторым синхровыходами узла выбора режима измерения, выход третьего элемента задержки соединен с первым входом первой группы элементов И, второй вход и выход которой связаны соответственно с входом вычитаемого первого арифметического блока и входом вычитаемого первого узла вычитания кодов, выход которого является выходом первого арифметического блока, введены три группы элементов И, второй узел вычитания кодов, второй триггер, четвертый и пятый элементы задержки, входами связанные соответственно с первым входом узла выбора режима измерения и выходом счетчика 2n импульсов, входом сброса второго триггера, вход установки и выход которого подключены соответственно к второму выходу запуска узла выбора режима измерения и второму входу разрешения узла усреднения кодов, второй информационный вход и выход которого связаны соответственно с дополнительным входом уменьшаемого первого арифметического блока и с вторыми входами четвертой и второй групп элементов И, первый вход каждой из которых в отдельности присоединен к выходу соответственно пятого и третьего элементов задержки, выход последнего из которых подключен к выходу счетчика n импульсов, при этом выходы второй и четвертой групп элементов И присоединены соответственно к входу уменьшаемого первого и входу уменьшаемого второго узлов вычитания кодов, выход последнего из которых является дополнительным выходом первого арифметического блока, дополнительный вход вычитаемого которого соединен с вторым входом третьей группы элементов И, выход и первый вход которой подключены соответственно к входу вычитаемого второго узла вычитания кодов и выходу четвертого элемента задержки.

В узел усреднения кодов, содержащий первую группу трехвходовых элементов И, последовательно соединенные сумматор кодов, группу двухвходовых элементов И и схему деления суммы поступивших кодов на число измерений, введены вторая группа трехвходовых элементов И и группа элементов ИЛИ, выход, первый и второй входы которой подключены соответственно к входу сумматора кодов, выходу первой и выходу второй групп трехвходовых элементов И, первые входы которых объединены с синхровходом узла усреднения кодов, второй информационный вход и второй вход разрешения, вход фиксации результата измерения и вход делителя которого подключены соответственно к третьему и второму входам второй группы трехвходовых элементов И, одному из входов группы двухвходовых элементов И и входу делителя схемы деления суммы поступивших кодов на число измерений, выход которой, второй и третий входы первой группы элементов И являются соответственно выходом, первым выходом разрешения и первым информационным входом узла усреднения кодов.

Сущность изобретения состоит в повышении точности определения отклонения напряжения и коэффициента его формы путем изменения алгоритмов вычисления этих показателей качества электрической энергии.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа наличием нового блока, а именно блока элементов ИЛИ, выполнением первого арифметического блока с дополнительным входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого и дополнительным выходом, введением в него новых элементов, а именно трех групп элементов И, второго узла вычитания кодов, второго триггера, двух элементов задержки, а также выполнением узла усреднения кодов с вторым информационным входом и введением в состав узла новых элементов, а именно второй группы трехвходовых элементов И и группы элементов ИЛИ. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Сравнение заявляемого технического решения с другими решениями показывает, что в научно-технической литературе не обнаружено устройств с такой совокупностью новых элементов и связей. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Суть определения показателей качества электроэнергии заключается в том, что
U²_x=U²_xo+U²_xi,
(9) где U_xi - среднеквадратическое значение i-й гармонической составляющей контролируемого напряжения.

Коэффициент пульсации определяется из выражения
K_п = .

(10)
С учетом условия (9) выражение (10) принимает вид вычислительного алгоритма:
K_п = .

Вычислительный алгоритм отклонений и колебаний напряжения имеет вид
ΔV = ;
δV = , где U_макс и U_мин - максимальное и минимальное значения контролируемого напряжения соответственно.

Коэффициент формы и коэффициент амплитуды являются показателями качества электроэнергии неосновного ряда. Указанные коэффициенты определяются из выражений
K_ф = ;
K_А = .

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля показателей качества электрической энергии; на фиг. 2, 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства в I, II и III режимах соответственно; на фиг. 5 - функциональная схема первого арифметического блока.

Устройство для контроля показателей качества электрической энергии (фиг. 1) содержит задатчик 1 моментов измерения, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя 2 мгновенных значений напряжения в цифровой код, второй вход которого соединен с выходом задатчика 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления, блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов, квадраторы 7 и 8, второй арифметический блок 9, первым и вторым входами соединенный с выходами блоков 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, первый арифметический блок 10, синхровходом объединенный с синхровходом блока 9, управляющими входами задатчиков 1, 3 и подключенный к выходу блока 4 управления, а входом уменьшаемого и входом вычитаемого связанный соответственно с выходом квадратора 7 и выходом квадратора 8, суммирующий счетчик 11, вход которого объединен с входами блоков 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов, входом квадратора 7, дополнительным входом уменьшаемого блока 10 и подключен к выходу преобразователя 2, блок 12 извлечения квадратного корня, входом связанный с выходом арифметического блока 10, блок 13 элементов ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока 12 и дополнительным выходом блока 10, логометр 14, первый, второй входы и вход делителя которого связаны соответственно с выходом блока 9, выходом блока 13 элементов ИЛИ и выходом суммирующего счетчика 11, объединенного с входом квадратора 8 и подключенного к дополнительному входу вычитаемого арифметического блока 10, причем выход логометра соединен с блоком 15 индикации.

Блок 4 управления предназначен для управления работой задатчиков 1, 3 и арифметических блоков 9, 10 и выполнен в виде генератора тактовых импульсов. Первый арифметический блок 10 (фиг. 5) предназначен для выполнения операций усреднения N²_i либо N_i кодов, а также для выполнения операции вычитания кодов и содержит элементы 16-20 задержки записи кодов, узел 21 усреднения кодов, триггеры 22 и 23, узел 24 выбора режима измерения, счетчик 25 на n импульсов, счетчик 26 на 2n импульсов, блоки 27-30 элементов И, узлы 31 и 32 вычитания кодов, кнопку 33 "Запуск" и счетчик 34 числа поступивших кодов. Триггеры 22 и 23 выполнены в виде RS- и IK-триггеров соответственно.

Узел 21 усреднения кодов предназначен для выполнения алгоритма усреднения кодов, поступивших по одному из его информационных входов, и содержит блоки 35 и 36 трехвходовых элементов И, блок 37 элементов ИЛИ, сумматор 38 кодов, группу 39 двухвходовых элементов И и схему 40 деления кодов.

Узел 24 выбора режима измерения выполнен в виде трехпозиционного переключателя, позволяющего осуществить выбор режима I - измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов), режима II - измерения отклонений и колебаний напряжения (среднее положение подвижных контактов), режима III - измерения коэффициента формы и коэффициента амплитуды (нижнее положение подвижных контактов).

Счетчики 25 и 26 выполнены соответственно на n и 2n импульсов и имеют выходы переполнения, а счетчик 34 числа измерений выполнен на n измерений и имеет кодовый выход числа измерений и выход переполнения счетчика.

Блок 10 имеет выход 41, входы 42-46 и выход 47, причем синхровход 42 является управляющим и подключен к выходу блока 4 управления. Вход 43 уменьшаемого и дополнительный вход 44 блока 10 подключены соответственно к выходам первого квадратора 7 и преобразователя 2, а дополнительный вход 45 вычитаемого и вход 46 вычитаемого - к выходу суммирующего счетчика 11 и выходу второго квадратора 8 соответственно.

Узел 21 усреднения кодов работает следующим образом (фиг. 5). Коды, пропорциональные квадрату напряжения (при открытом первом информационном входе) или значению напряжения (при открытом втором информационном входе), повторяются на выходе соответственно блока 35 или блока 36 элементов И и далее поступают через блок 37 элементов ИЛИ на вход сумматора 38 только при наличии на втором входе блока 35 или втором входе блока 36 элементов И разрешающего сигнала логической "1" и поступлении синхроимпульса по входу 42 через элемент 16 на первые входы блоков 35 и 36 элементов И. При поступлении n импульсов в сумматоре 38 накапливается сумма N²_i или N_i кодов (при открытом первом или втором информационном входе соответственно). Код этой суммы поступает через группу 39 элементов И на первый вход схемы 40 только при появлении на первом входе элементов И группы 39 разрешающего импульса, поступившего по входу фиксации результата узла усреднения кодов. На входе делителя схемы 40 присутствует код числа n измерений, поступивший с кодового выхода счетчика 34. В результате деления в схеме 40 кода суммы на код числа измерений завершено выполнение алгоритма усреднения кодов N²_i или N_i (для первого или второго информационного входа).

Второй арифметический блок 9 предназначен для одновременного выполнения операции усреднения кодов, поступивших с выходов блоков 5 и 6, а также для выполнения операции вычитания усредненных кодов. Блок 9 выполнен с синхровходом, являющимся управляющим.

Первый арифметический блок 10 (фиг. 5) работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 22 и 23, счетчики 25 и 26, счетчик 34 и сумматор 38 находятся в нулевом состоянии.

В режиме I измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов узла 24) при нажатии на кнопку 33 импульсом по S-входу триггер 22 переводится в единичное состояние и первый информационный вход узла 21 открывается для приема информации (кодов). С приходом первого управляющего импульса по входу 42 узел 21 начинает выполнение алгоритма усреднения кодов (момент t₃ на фиг. 2), поступивших по входу 43. Одновременно с этим управляющие импульсы поступают на вход счетчика 34 числа измерений и через узел 24 на вход счетчика 25 импульсов. Счетчик 34 подсчитывает импульсы и по достижении числа n, равного числу измерений, формирует на выходе переполнения импульс, который через узел 24 по R-входу переводит в нулевое состояние триггер 22, закрывающий вход 43. При этом на кодовом выходе счетчика 34 присутствует код числа измерений. После выполнения операции деления в схеме 40 узла 21 усреднения кодов завершается алгоритм усреднения кодов (момент t₅). Одновременно с этим по достижении числа n импульсов счетчик 25 формирует на выходе импульс переполнения, который через элемент 18 поступает на первые входы элементов И блоков 27 и 28. С приходом этого разрешающего импульса коды, присутствующие на вторых входах элементов И блоков 27 и 28, вводятся в узел 31 вычитания кодов (момент t₆). В результате выполнения операции вычитания кодов в узле 31 на выходе 41 блока 10 появляется код разности (момент t₇₎.

В режиме II измерения отклонений и колебаний напряжения (среднее положение подвижных контактов узла 24) исходное состояние элементов и узлов блока 10 аналогично описанному в режиме I.

С приходом первого управляющего импульса по входу 42 (момент t₁ на фиг. 3) счетчик 26 на 2n импульсов и счетчик 34 начинают подсчет импульсов. Узел 21 не может начать выполнение алгоритма усреднения кодов ввиду закрытого состояния входов 43 и 44, обусловленного наличием на первом и втором входах разрешения узла 21 запрещающего сигнала уровня логического "0". По достижении числа n импульсов счетчик 34 формирует на выходе переполнения импульс, переводящий в единичное состояние по I-входу триггер 23, открывающий вход 44. Одновременно с этим поступление импульса переполнения счетчика 34 через узел 24 и элемент 19 на первый вход элементов И блока 29 разрешает запись кода, поступившего по входу 45 через блок 29 элементов И в узел 32 вычитания (момент t₃) кодов. С приходом (n + 1)-го управляющего импульса по входу 42 узел 21 начинает выполнение алгоритма усреднения кодов, поступающих по входу 44 (момент t₅). При поступлении на вход счетчика 26 числа 2n импульсов на его выходе переполнения формируется импульс, переводящий в нулевое состояние по К-входу триггер 23, закрывающий вход 44. Одновременно с этим импульс переполнения счетчика 26, поступив через элемент 20 на первый вход элементов И блока 30, разрешает ввод выходного кода узла 21 через блок 30 элементов И в узел 32 вычитания (момент t₇). В результате выполнения в узле 32 операции вычитания на выходе 47 появляется код разности (момент t₉). Поскольку в течение всего времени 2Т_о на первых входах элементов И блоков 27 и 28 присутствует логический "0", вход 46 и выход 41 оказываются закрытыми.

В режиме III измерения коэффициента формы и коэффициента амплитуды (нижнее положение подвижных контактов узла 21) исходное состояние узлов и элементов блока 10 аналогично описанному в режимах I и II.

Импульсы управления, поступающие по входу 42, подсчитываются счетчиком 26 на 2n импульсов и счетчиком 34. Поскольку триггеры 22 и 23 находятся в нулевом состоянии, то первый и второй информационные входы узла 21 закрыты. С приходом на вход счетчика 34 n-го импульса на его выходе сформирован импульс переполнения, который переводит по I-входу триггер 23 в единичное состояние. При этом по каждому управляющему импульсу, начиная с (n + 1)-го, узел 21 начинает суммирование кодов, поступающих по входу 44 (момент t₅ на фиг. 4), а счетчик 34 - счет импульсов.

Выполнение алгоритма усреднения в узле 21 аналогично описанному в режимах I и II.

Поскольку в течение всего времени 2Т_о на первых входах элементов И блоков 27-29 присутствует логический "0", то входы 45, 46 и выход 41 оказываются закрытыми, а на выходе 47 повторен выходной код узла 21 (момент t₇).

Второй арифметический блок 9 в работе устройства в режиме I участия не принимает. В режиме II по истечении времени 2Т_о на выходе второго арифметического блока 9 присутствует код разности усредненных кодов, поступивших по его входам. В режиме III по истечении времени 2Т_о в арифметическом блоке 9 завершено выполнение алгоритма усреднения кодов, поступивших с выхода блока 5, и кодов, поступивших с выхода блока 6. В результате преобразования кодов в блоке 9 на его выходе присутствует код, пропорциональный максимальному значению исследуемого напряжения.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 10 подготовлен к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состояние, ячейки логометра 14 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутствует.

В первом режиме измерения коэффициента пульсации исследуемое напряжение поступает на первый вход преобразователя 2.

По команде с блока 4 управления задатчик 1 выдает за время Т_оизмерения число n импульсов (фиг. 2), запускающих преобразователь в моменты времени
t_i = i, где i = 1, 2, ..., n.

С приходом каждого из n импульсов с задатчика 1 на вход преобразователя 2 осуществляется его запуск на преобразование мгновенного значения исследуемого напряжения в цифровой код N_i. Эти коды поступают на входы суммирующего счетчика 11 и квадратора 7. За время измерения Т_о в суммирующем счетчике 11 образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения:
U_xo = U_xi(t)dt ≡ N_i, где U_xi(t) - мгновенное значение исследуемого напряжения. Этот код поступает в ячейку логометра 14 и фиксируется в ней (t₄). Одновременно с этим коды N_i поступают в квадратор 7 (момент t₂). После возведения в квадрат в квадраторе 7 коды N_i² поступают на вход 43 блока 10. За время поступления n управляющих импульсов на вход 42 блока 10 на выходе узла 21 образуется код, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения исследуемого напряжения:
U²_x = U²_xi(t)dt ≡ N²_i .

В тот же момент времени t₄ код суммирующего счетчика 11 возводится в квадрат в квадраторе 8 и вводится по входу 46 в блок 10 на вычитание (момент t₆). В результате выполнения операции вычитания на выходе 41 образуется код (момент t₇), пропорциональный сумме квадратов действующих значений гармоник переменной составляющей напряжения. После извлечения квадратного корня в блоке 12 код поступает через блок 13 элементов ИЛИ в ячейку логометра 14 и фиксируется в ней (момент t₈). Далее в логометре 14 осуществляется деление кода, пропорционального корню квадратному из суммы квадратов действующих значений гармоник, на код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения, и в блоке 15 индикации фиксируется значение коэффициента пульсации.

Во втором режиме измерения отклонений и колебаний напряжения устройство работает следующим образом. В исходном состоянии блоки 9, 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состоянии, ячейки логометра 14 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутствует.

Время измерения во втором режиме состоит из двух циклов измерения длительностью Т_о каждый. В первом цикле измерения осуществляются преобразование и обработка кодов, пропорциональных мгновенным значениям номинального напряжения, а во втором цикле - кодов, пропорциональных мгновенным значениям выпрямленного напряжения.

В первом цикле измерения по команде блока 4 управления задатчик 1 выдает за время Т_о цикла n импульсов на запуск преобразователя 2, а задатчик 3 номинальных значений напряжения выдает номинальное значение исследуемого сигнала. Преобразователь 2 преобразует значения номинального сигнала U_нi в цифровые коды N_нi, которые с момента t₂ (фиг. 3) поступают в счетчик 11, где за время Т_о цикла образуется код N_нi,пропорциональный номинальному напряжению. Полученный результат поступает по входу 45 в блок 10 и одновременно фиксируется в ячейке логометра 14 (момент t₃), а суммирующий счетчик 11 отключается. Первый цикл измерения завершен.

С приходом (n + 1)-го импульса с задатчика 1 начинается второй цикл измерения, длительность которого Т_о. В этом цикле коды мгновенных значений исследуемого напряжения N_i с момента t₄ поступают на вход 44 блока 10, где к моменту t₇ на выходе узла 21 образуется код N_i.В результате выполнения в узле 32 операции вычитания на выходе 47 блока 10 присутствует код, пропорциональный разности исследуемого и номинального напряжений, который через блок 13 элементов ИЛИ поступает в ячейку логометра 14 и фиксируется в ней (момент t₉). Далее в логометре 14 осуществляется деление кода разности исследуемого и номинального напряжений на код, пропорциональный номинальному значению напряжения, и в блоке 15 фиксируется отклонение напряжения.

Одновременно с этим, начиная с момента t₄, коды N_i поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, где осуществляется сравнение кодов с номинальным кодом и выделение максимального N_{макс i} и минимального N_{мин i} кодов. Эти коды поступают на соответствующие входы арифметического блока 9, где за время Т_о второго цикла измерения образуются коды, пропорциональные максимальному
U_макс = U_{x макс i}(t)dt ≡ N_{макс i}
и минимальному значению напряжения
U_мин = U_{x мин i}(t)dt ≡ N_{мин i}.

В результате выполнения операции вычитания к моменту времени t₁₀ на выходе блока 9 образуется код, пропорциональный разности максимального и минимального значений напряжения, который фиксируется в логометре 14. После выполнения в логометре 14 операции деления этого кода на значение номинального кода в блоке 15 индикации фиксируется результат, соответствующий колебанию исследуемого напряжения.

В третьем режиме измерения коэффициента формы и коэффициента амплитуды устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блоки 9, 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состоянии, ячейки логометра 14 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутствует.

Время измерения в третьем режиме состоит из двух циклов измерения длительностью Т_о каждый. В первом цикле измерения осуществляются преобразование и обработка кодов, пропорциональных мгновенным значениям номинального напряжения, а во втором цикле - кодов, пропорциональных мгновенным значениям выпрямленного напряжения.

В первом цикле измерения по команде блока 4 управления задатчик 1 выдает за время Т_о цикла n импульсов на запуск преобразователя 2, а задатчик 3 номинальных значений напряжения выдает номинальное значение исследуемого сигнала. Преобразователь 2 преобразует значения номинального сигнала U_нi в цифровые коды N_нi, которые поступают в счетчик 11, где за время Т_о цикла измерения образуется код N_нi , пропорциональный номинальному напряжению, фиксируемый в ячейке логометра 14 (момент t₃ на фиг. 4).

С приходом (n + 1)-го импульса с задатчика 1 (момент t₄) начинается второй цикл измерения длительностью Т_о, в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения N_i с момента t₅ поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту t₇ образуется код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения, фиксируемый в ячейке логометра 14. Одновременно с этим преобразованием коды N_i с момента t₅ поступают на вход 44 блока 10 для выполнения алгоритма усреднения. В момент времени t₇ на выходе 47 блока 10 появляется код, пропорциональный среднеквадратическому значению напряжения. Этот код через блок 13 элементов ИЛИ поступает в ячейку логометра 14 и фиксируется в ней. Далее в логометре осуществляется деление данного кода на код, пропорциональный средневыпрямленному значению напряжения, и в блоке 15 индикации фиксируется результат, соответствующий коэффициенту формы исследуемого напряжения.

Одновременно с этим преобразованием с момента t₅ коды N_i поступают в блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, где осуществляется сравнение кодов с номинальным кодом и выделение максимального N_{макс i} и минимального N_{мин i} кодов. Эти коды поступают на соответствующие входы блока 9. В результате преобразования кодов в блоке 9 в момент t₈ на его выходе присутствует код, пропорциональный максимальному значению исследуемого напряжения, фиксируемый в свободной ячейке логометра 14. В результате выполнения в логометре 14 операции деления кода, пропорционального максимальному значению напряжения, на код, пропорциональный среднеквадратическому значению напряжения, в блоке 15 индикации фиксируется результат, соответствующий коэффициенту амплитуды исследуемого напряжения.

Оценим точность заявляемого устройства.

В режиме измерения отклонения напряжения согласно алгоритму (1), реализуемому средствами прототипа, требуются нелинейные преобразования, а именно возведение в квадрат напряжений U_x, U_н и последующее извлечение квадратного корня из разности этих напряжений, реализуемые квадраторами 7, 8 и блоком 12 соответственно.

В алгоритме (3), реализуемом средствами заявляемого устройства, промежуточные операции возведения в квадрат и извлечения квадратного корня вообще отсутствуют. Следовательно, реализация алгоритма (3) средствами заявляемого устройства позволяет уменьшить погрешность определения отклонения напряжения по сравнению с устройством-прототипом за счет исключения промежуточных нелинейных операций квадрирования и извлечения квадратного корня, устранения несоответствия между выражениями
и (U_x - U_н).

Даже в случаях пренебрежения погрешностью нелинейности преобразования (например, ввиду ее малости) согласно выражению (7) достигается повышение точности заявляемого устройства, например, при
U_x = 10,5 В и U_н = 10 В в ≈ 6,4 раза.$
В режиме измерения коэффициента формы устройство-прототип реализует вычислительный алгоритм
K_ф = , а заявляемое устройство - алгоритм
K_ф = .

Следовательно, исключение промежуточных нелинейных операций квадрирования и извлечения квадратного корня позволяет уменьшить погрешность заявляемого устройства на величину погрешности цифрового квадрирования (погрешность квадратора 7) и погрешности цифрового извлечения квадратного корня (погрешность блока 12).

Таким образом, выполнение второго арифметического блока с дополнительным входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого и дополнительным выходом, а также введение блока элементов ИЛИ и соответствующих связей позволяют повысить точность определения отклонений напряжения в

раза
и уменьшить погрешность определения коэффициента формы на значение погрешности квадратора 7 и блока 12 извлечения квадратного корня, что подтверждает достижение цели изобретения, а именно повышение точности определения отклонения напряжения и коэффициента формы.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее последовательно соединенные логометр и блок индикации преобразователь мгновенных значений напряжения в цифровой код, первый вход которого является входом устройства, а выход подключен к счетному входу суммирующего счетчика, входам блоков выделения максимального и минимального кодов и входу первого квадратора, выход которого соединен с входом уменьшаемого первого арифметического блока, вход вычитаемого и выход которого связаны соответственно с выходом второго квадратора и входом блока извлечения квадратного корня, а выход суммирующего счетчика соединен с входом второго квадратора и входом делителя логометра, первый вход которого соединен с выходом второго арифметического блока, входы уменьшаемого и вычитаемого которого связаны с выходами блоков выделения максимального и минимального кодов соответственно, причем выход блока управления соединен с синхровходами первого и второго арифметических блоков и управляющими входами задатчика моментов измерения и задатчика номинальных значений напряжения, при этом выходы задатчика моментов измерения и задатчика номинальных значений напряжения подсоединены соответственно к управляющему и информационному входам преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок элементов ИЛИ, выход, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым входом логометра, выходом блока извлечения квадратного корня и дополнительным выходом первого арифметического блока, дополнительный выход вычитаемого и дополнительный вход уменьшаемого которого соединены соответственно с выходами суммирующего счетчика и преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый арифметический блок содержит узел выбора режима измерения, вход запуска которого соединен с выходом кнопки "Запуск", первый выход запуска подключен к входу установки первого триггера, вход сброса и выход которого соединены соответственно с выходом сброса узла выбора режима измерения и первым входом разрешения узла усреднения, синхровход, первый информационный вход и вход делителя которого соединены соответственно с выходом первого элемента задержки, вход которого является синхровходом первого арифметического блока, синхровходом узла выбора режима измерения и счетным входом счетчика числа измерений, входом уменьшаемого первого арифметического блока и кодовым выходом счетчика числа измерений, выход переполнения которого связан с первым входом узла выбора режима измерения и входом второго элемента задержки, выходом подсоединенного к входу фиксации результата узла усреднения кодов, а счетные входы счетчиков n и 2n импульсов соединены соответственно с первым и вторым синхровыходами узла выбора режима измерения, при этом выход третьего элемента задержки соединен с первым входом первого блока элементов И, вторая группа входов и выходов которого связаны соответственно с входами вычитаемого первого арифметического блока и первого узла вычитания кодов, выход которого является выходом первого арифметического блока, входы четвертого и пятого элементов задержки связаны соответственно с первым выходом узла выбора режима измерения и выходом счетчика 2n импульсов, входом сброса второго триггера, вход установки и выход которого подключены соответственно к второму выходу запуска узла выбора режима измерения и второму входу разрешения узла усреднения кодов, второй информационный вход и выход которого связаны соответственно с дополнительным входом уменьшаемого первого арифметического блока и с второй группой входов четвертого и второго блоков элементов И, первый вход каждого из которых подсоединен к выходу соответственно пятого и четвертого элементов задержки, вход последнего из которых подключен к выходу счетчика n импульсов, а выходы второго и четвертого блоков элементов И подсоединены соответственно к входам уменьшаемого второго и первого узлов вычитания кодов, выход первого из которых является дополнительным выходом первого арифметического блока, дополнительный вход вычитаемого которого соединен с вторым входом третьего блока элементов И, выход и первый вход которого подключены соответственно к входу вычитаемого второго узла вычитания кодов и выходу четвертого элемента задержки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что узел усреднения кодов содержит последовательно соединенные блок элементов ИЛИ, сумматор кодов, первый блок элементов И и блок деления суммы кодов на число измерений, выход которого является выходом узла усреднения кодов, а также второй и третий блоки элементов И, выходы которых подключены соответственно к первой и второй группам входов блока элементов ИЛИ, первые, вторые и третьи входы второго и третьего блоков элементов И, второй вход первого блока элементов И и вход делителя блока деления суммы кодов на число измерений являются соответственно синхровходом, первым и вторым разрешающими входами, первым и вторым информационным входами, входом фиксации результата измерения и входом делителя узла усреднения кодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5