Способ комплексного определения параметров переменного напряжения или тока синусоидальной формы

Авторы патента:

G01R19/30 - измерение максимальных или минимальных значений токов или напряжений в определенном промежутке времени (G01R 19/04 имеет преимущество; модификации приборов для индикации максимальных или минимальных величин в определенном промежутке времени G01R 1/40)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметров синусоидального напряжения или тока. Достигаемым техническим результатом является определение периода и амплитуды синусоидального сигнала по результатам измерения интервалов времени. Способ комплексного определения параметров переменного напряжения синусоидальной формы характеризуется тем, что устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_n, меньших по величине амплитуды измеряемого синусоидального сигнала, измеряют последовательно время t₁ между первым и вторым последовательными переходами двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, и время t₂ между вторым и третьим последовательными переходами одного из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, а период колебания синусоидального сигнала Т и его амплитуду U_m определяют по формулам T=2(t₁+t₂), 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметра переменного синусоидального напряжения или тока.

Известен способ определения амплитуды напряжения или тока синусоидальной формы, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал выпрямляют и подают на конденсатор, где сохраняют его в виде заряда, пропорционально которому отображают значение амплитуды. Через амплитудное значение определяют эффективное U_эф= 0,707 U_m и среднее U_ср = 0,637 U_m значения синусоидального сигнала. (см. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: Бином, 1994 г., с. 318 - 325).

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность одновременного определения временных и частотных характеристик синусоидального сигнала.

Известен также способ определения периода синусоидального сигнала, заключающийся в том, что синусоидальный сигнал преобразуют с помощью триггера Шмидта в последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования T, равным периоду синусоидального сигнала, и из этой последовательности с помощью переключателя задают n периодов измерения, в течение которых счетчик числа импульсов подсчитывает N импульсов с известным периодом следования T_и, но таким, что T_и << T. По завершении счета определяют период синусоидального сигнала по формуле T = (T_иN)/n. По периоду определяют частоту

= 1/T и циклическую частоту

= (2

)/T синусоидального сигнала (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники, т. 3. - М.: Мир, 1993 г., с. 294 - 298).

Недостатком этого способа является невозможность определения амплитуды синусоидального сигнала.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей процесса измерения параметров синусоидального сигнала, выражающееся в определении периода и амплитуды синусоидального сигнала по результатам измерения интервалов времени.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров переменного напряжения (или тока) синусоидальной формы, заключающемся в измерении интервала времени между тремя последовательными переходами напряжения (или тока) через некоторое пороговое напряжение (или ток), устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_п (или тока), заведомо меньших амплитуды синусоидального сигнала, и измеряют последовательно время t₁ между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и время t₂ от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения (или тока), а период колебаний синусоидального сигнала T и его амплитуду U_m определяют по формулам: T = 2(t₁ + t₂),

В предлагаемом способе комплексного определения параметров переменного напряжения или тока синусоидальной формы период колебаний и его амплитуду определяют по результатам последовательного измерения двух интервалов времени: времени между первыми двумя последовательными переходами двух пороговых напряжений (или токов) и времени от момента второго перехода порогового напряжения (или тока) до момента следующего третьего последовательного перехода того же порогового напряжения. В то время как в известном способе период синусоидального сигнала определяют по числу прямоугольных импульсов, с длительностью много меньшей величины измеряемого периода синусоидального сигнала, укладывающихся в задаваемом числе периодов синусоидального сигнала, задаваемых прямоугольными импульсами, период следования которых равен периоду синусоидального сигнала, а определение амплитуды синусоидального сигнала невозможно.

Теоретическим обоснованием предлагаемого способа являются следующие положения. Если для синусоидального сигнала (фиг. 1) установить два пороговых уровня |+U_п| = |-U_п| = U_п, так что U_n < U_m, то относительно этих уровней можно ввести три интервала времени: t₁, t₂ и t₃. В силу симметричности синусоидального сигнала относительно оси времени t₁ = t₃ и t₁ = t₁/2 + t₁/2. Тогда период синусоидального сигнала может быть представлен следующим образом: T = 2(t₁/2 + t₂ + t₃/2) = 2(t₁ + t₂). (1) Из уравнения синусоидального сигнала U = U_msin

t следует, что (см. фиг. 1):

(2) Так как

= 2

/T = 2

/[2(t₁+t₂)] =

/(t₁+t₂), то равенство (2) будет иметь вид

Т. о. из уравнений (1) и (3) следует, что для того, чтобы определить период синусоидального напряжения (или тока) и его амплитуду при заданном пороговом напряжении (или токе), достаточно замерить интервал времени t₁ и t₂ в соответствии с обозначениями на фиг. 1.

На фиг. 1 представлен график изменения напряжения по синусоидальному закону с показом пороговых напряжений и измеряемых интервалов времени.

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 3 представлена диаграмма сигналов в соответствующих точках устройства.

Устройство (фиг. 2) содержит компараторы 1 и 2, неинвертирующий и инвертирующий входы которых подсоединены к общему входу. Выход компаратора 1 соединен с входом формирователя импульсов по срезу 3, выход которого соединен с входом "Стоп" измерителя интервалов времени 4, вход "Пуск" которого соединен с выходом формирователя импульсов по срезу 5, вход которого соединен с выходом компаратора 2.

Реализация предлагаемого способа приведенным устройством осуществляется следующим образом. На вход устройства (см. фиг. 2) подают синусоидальный сигнал, положительные полуволны которого по достижении порогового значения +U_п создают на выходе компаратора 1 прямоугольные импульсы длительностью t₂, а отрицательные полуволны по достижении порогового напряжения -U_п создают на выходе компаратора 2 прямоугольные импульсы той же длительности t₂ (см. фиг. 3). Эти последовательности импульсов подают на входы формирователей импульсов по срезу 3 и 5, на выходах которых формируются импульсы длительностью много меньшей t₂, фронты которых совпадают по срезам импульсов, поступающих на их входы. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 5 подают на вход "Пуск" измерителя интервалов времени 4 и запускают его. Короткие импульсы с выхода формирователя импульсов по срезу 3 подают на вход "Стоп" измерителя интервалов времени 4 и останавливают его. В результате измеритель интервалов времени измеряет время (t₁ + t₂), по которому и определяют период и амплитуду исследуемого синусоидального сигнала.

Формула изобретения

Способ комплексного определения параметров переменного напряжения синусоидальной формы, заключающийся в измерении интервала времени между тремя последовательными переходами напряжения через некоторое пороговое напряжение, отличающийся тем, что устанавливают два одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений U_п, меньших по величине амплитуды измеряемого синусоидального сигнала, и замеряют последовательно время t₁ между первым и вторым последовательными переходами двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, и время t₂ между вторым и третьим последовательными переходами одного из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку пороговых напряжений, а период колебания синусоидального сигнала Т и его амплитуду U_m определяют по формулам
T = 2(t₁ + t₂),

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах для измерения сопротивления петли "фаза-нуль" однофазной питающей сети любого типа при проведении сертификации электроустановок зданий и соответствующих испытаний электрооборудования и электроустановок промышленных и жилых зданий

Способ создания аномальной проводимости при повышенных температурах // 1826744

Изобретение относится к электрохимии

Устройство для регистрации случайных импульсных сигналов // 1586398

Устройство индикации канала с экстремальным уровнем сигнала // 1467518

Изобретение относится к радиотехнике

Устройство сравнения напряжений // 1420656

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для выбора канала с наибольшим выходным напряжением, а также для оценки амплитуды импульсов и повторяющихся импульсных последовательностей

Устройство для регистрации токов короткого замыкания // 1128182

Устройство для измерения максимальных значений напряжения в выбранном интервале времени // 1056069

Устройство для измерения максимального падения напряжения электрической дуги на контактах коммутационного аппарата // 922651

Устройство для сравнения двух последовательных полуволн переменного напряжения // 894588

Устройство для фиксации электрическихвеличин // 842607

Устройство для автоматического контроля n гальванически связанных аккумуляторов // 2199759

Изобретение относится к электротехнике, к системам автоматического поэлементного контроля напряжения химических источников тока

Способ определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в трехфазной кабельной электрической сети с заземляющим дугогасящим плавнорегулируемым реактором // 2262116

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к способам определения параметров изоляции кабельной сети, и может быть использовано при экспериментальных измерениях

Способ измерения тока // 2377579

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике

Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов // 2397499

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике

Датчик напряжений трехфазной сети // 2419940

Изобретение относится к устройствам защиты трехфазных двигателей от неполнофазной работы и может быть использовано, преимущественно, при разработке систем управления, диагностики и защиты от аварийных режимов для шахтных взрывобезопасных магнитных пускателей

Способ измерения тока короткого замыкания // 2554282

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока короткого замыкания в проводнике с помощью герконов заключается в том, что n герконов с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания ICP1 и ICP2 и размыкали контакты при токах возврата IB1 и IB2. Причем n герконов устанавливают на безопасных расстояниях h1 h2, …, hn-1, hn от проводника. Настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания ICPn>ICPn-1>…>ICP2>ICP1 и возвращались в исходное положение при токах возврата IBn>IBn-1>…>IB2>IB1. Затем измеряют время между замыканием первого и второго геркона, …, n-1-го и n-го геркона, время между срабатыванием и возвратом n-го геркона, время между возвратом контактов n-го геркона и возвратом контактов n-1-го геркона, …, возвратом контактов второго геркона и возвратом контактов первого геркона. По полученным данным строят графическую зависимость искомого тока I=f(t), аппроксимируют ее I(t)=A0+A1·t+A2·t2+А3·t3+A4·t4+А5·t5+A6·t6, где A0, A1, A2, A3, A4, A5 и A6 - коэффициенты полинома, и определяют максимальное отклонение тока, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания. Техническим результатом является повышение точности измерения тока короткого замыкания. 2 ил.

Способ измерения тока короткого замыкания // 2575139

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока короткого замыкания заключается в том, что четыре геркона устанавливают на безопасных расстояниях h1, h2, h3, h4 от проводника, угол между перпендикулярной линией продольной оси проводника и продольной осью первого геркона, второго, третьего и четвертого герконов составляет 90°. Настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания IСР4>ICP3>IСР2>ICP1. Измеряют время между замыканием первого и второго, второго и третьего геркона, третьего и четвертого геркона, которые расположены в магнитном поле проводника так, чтобы они замыкали контакты при соответствующих токах срабатывания IСР1, IСР2, IСР3, ICP4 в проводнике. Определяют амплитуду периодической составляющей измеряемого тока Im и начальное значение апериодической составляющей измеряемого тока ima путем решения системы уравнений для токов срабатывания IСР1, IСР2, IСР3, ICP4, после чего определяют амплитуду полного тока короткого замыкания Iпол по формуле: Технический результат заключается в повышении быстродействия релейной защиты. 2 ил.

Способ идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона // 2618795

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для построения дифференциально-фазных защит. Способ идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона, заключающийся в том, что геркон устанавливают вблизи проводника, настраивают его так, чтобы он срабатывал и замыкал контакты при токе Iср в проводнике, возвращался в исходное положение и размыкал контакты при токе Iв. После настройки геркона включают электроустановку и при появлении переменного тока в проводнике: а) измеряют промежуток времени t1,2 между моментами первого и второго размыкания контактов геркона и продолжают измерять промежутки времени между следующими размыканиями контактов геркона до достижения 0,01 с; б) измеряют промежуток времени между моментом tCP(n) замыкания и моментом tB(n) размыкания контактов, фиксируют время момента tB(n) размыкания контактов геркона и определяют амплитуду переменного тока где ; f - частота переменного тока, в) определяют промежуток времени t01(n) от момента tB(n) размыкания контактов геркона до момента t0(n) перехода синусоиды переменного тока через ноль: г) затем определяют время момента перехода синусоиды через ноль t0(n)=tB(n)+t01(n) и запоминают его; д) определяют длительность полуволны синусоиды переменного тока tT/2=t01(n)-t0(n-1); е) если tT/2=0,01 с, то повторяют измерение промежутка времени t1(n+1) между замыканием и размыканием контактов геркона и действия б), в), г), д); ж) при других значениях tT/2, или когда t1(n)≥0,01 с, или t1(n)≥1.2⋅t1(n-1), или , измеряют промежуток времени t1(n+1) между замыканием и размыканием контактов геркона, повторяют действия б), в), г) и определяют длительность периода tT=t0(n+l)-t0(n-1); з) если tT=0,02 с, то повторяют измерение промежутка времени t1(n+2) между замыканием и размыканием контактов геркона и действия б), в), г), д); и) при других значениях tT определяют сдвиг фазы переменного тока: . Техническим результатом заявленного изобретения выступает расширение области использования способа идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона за счет определения моментов перехода синусоиды тока через ноль. 6 ил.

Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона // 2643680

Изобретение относится к энергетике, а именно к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для построения микропроцессорных устройств защиты от коротких замыканий. Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона и микропроцессора, при котором в лабораторных условиях в катушку индуктивности (КИ) размещают первый замыкающий геркон так, чтобы их продольные оси совпадали, затем в КИ подают переменный ток, постепенно увеличивая его до тока где - наименьший ток в КИ, при котором происходит срабатывание геркона (замыкание контактов), - амплитуда тока, измеряют его величину время замкнутого состояния контактов геркона от момента срабатывания (замыкания) до момента возврата (размыкания) контактов при первом измерении и ток возврата, при котором геркон возвращается в исходное положение, далее увеличивают ток до I2>I1, измеряют ( - величина амплитуды тока при втором измерении) и время от момента срабатывания до возврата при этом измерении, затем увеличивают ток до I3>I2, измеряют ( - величина амплитуды тока при третьем измерении) и время от момента срабатывания до возврата, затем увеличивают ток до I4>I3 и так далее, повторяя предыдущие операции до In>In-1, где n-1 - количество необходимых измерений времени и тока и (i=1, 2…n), N - кратность тока в КИ по отношению к минимальному току срабатывания геркона n=30÷40, N=50÷100, далее строят зависимость амплитуды тока в проводнике от времени замкнутого состояния от момента срабатывания первого геркона до его возврата и вводят полученную зависимость в микропроцессор (в (1), где - амплитуда тока в проводнике, КПР - коэффициент пересчета тока в КИ на ток в проводнике, h - расстояние от проводника до контактов геркона, ωК - количество витков в первой КИ, - длина первой КИ), далее устанавливают геркон в расчетной точке вблизи проводника и при его срабатывании с помощью микропроцессора измеряют время замкнутого состояния геркона, и по зависимости (1) определяют величину амплитуды отличающийся тем, что при каждом i-м измерении и в катушке индуктивности измеряют еще и i-й ток срабатывания геркона, по окончании всех измерений строят зависимость вводят зависимость (2) и в микропроцессор, затем в лабораторных условиях во второй КИ размещают второй замыкающий геркон так, чтобы их продольные оси совпадали, затем в КИ подают переменное напряжение U(K2), определяют угол ψ между подаваемым напряжением U(K2) и током протекающим во второй КИ, далее постепенно увеличивая U(K2) до увеличения тока в КИ до где - наименьший ток, протекающий в КИ, при котором происходит срабатывание второго геркона (замыкание контактов), - амплитуда тока, измеряют величину время замкнутого состояния контактов второго геркона от момента срабатывания до момента возврата (размыкания контактов) и ток возврата, при котором геркон возвращается в исходное положение, далее увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до измеряют где - величина амплитуды тока, время от момента срабатывания до возврата, и ток срабатывания затем увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до измеряют где - величина амплитуды тока, время от момента срабатывания до возврата, и ток срабатывания затем увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до и так далее, повторяя предыдущие операции до где - ток в КИ при поданном напряжении U(K2)=120 В, k-1 - количество необходимых измерений времени и токов и (i=1, 2…k), k=10÷15, далее строят зависимости величин амплитуды тока и тока срабатывания в КИ от времени замкнутого состояния от момента срабатывания геркона до момента его возврата и вводят полученные зависимости, и ψ в микропроцессор, далее устанавливают первый геркон вблизи проводника, а вторую КИ со вторым герконом подключают к выводам вторичной обмотки трансформатора напряжения, оба геркона могут срабатывать параллельно, поэтому микропроцессор одновременно может выполнять следующие операции, при замыкании контактов первого геркона, установленного вблизи проводника, фиксируют астрономическое время и , при котором произошло замыкание и размыкание его контактов, соответственно, затем с помощью микропроцессора из зависимости (2) по находят ток в проводнике при котором геркон замкнул контакты, находят время и из формул и где и - промежутки времени от перехода синусоиды через ноль до срабатывания и от момента возврата до следующего перехода через ноль, соответственно, затем определяют астрономическое время перехода синусоиды тока через ноль по формуле при срабатывании второго геркона с помощью микропроцессора фиксируют астрономическое время измеряют время замкнутого состояния геркона, при размыкании контактов второго геркона в КИ с помощью микропроцессора фиксируют астрономическое время и по зависимостям (3) определяют величины амплитуды тока и тока срабатывания затем находят время и из формул и где и - промежутки времени от перехода синусоиды через ноль до срабатывания и от момента возврата до следующего перехода через ноль, соответственно, и определяют астрономическое время перехода синусоиды тока во второй КИ через ноль по формуле далее определяют переход синусоиды напряжения через ноль по формуле запоминают это время до определения момента следующего перехода напряжения через ноль, затем определяют с помощью микропроцессора фазу установившегося переменного тока в проводнике относительно напряжения по формуле Технический результат заявленного технического решения заключается в расширение области использования за счет определения фазы установившегося переменного тока путем фиксации астрономического времени моментов срабатываний и возвратов герконов, определения моментов перехода через ноль синусоиды тока и напряжения, используемого в качестве точки отсчета. 2 ил.