PL97971B1 - Sposob pomiaru wartosci skutecznej za poszczegolne okresy elektrycznego przebiegu odksztalconego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru wartosci skutecznej za poszczególne okresy elek¬ trycznego przebiegu odksztalconego, pozwalajacy miedzy innymi na rejestrowanie przebiegu war¬ tosci skutecznej pradów zwarciowych luib pradów probierczych, stosowanych w badaniach urzadzen elektrycznych.

Wynalazek dotyczy metrologii, w szczególnosci miernictwa elektrycznego.

Znane sposoby pomiaru wartosci skutecznej przebiegu elektrycznego opieraja sie na delfinieji tego pojecia w zwiazku z czym wyttwanza sie w toku procesu pomiaru elektryczny sygnal pomoc¬ niczy o wartosci chwilowej proporcjonalnej do kwadratu wartosci chwilowej przebiegu badanego i nastejpnie przeprowadza sie usrednienie wiel¬ kosci sygnalu pomocniczego.

Praktyczne realizacje tego sposobu sa bardzo róznorodne. Przykladowo w ustrojach elektrome¬ chanicznych elektrycznym sygnalem pomocniczym jest moment napedowy (kierujacy), usredniany przez wlasciwosci dynamiczne samego przyrzadu.

Innym przykladem sa przetworniki termoelektry¬ czne gdzie sygnalem pomocniczym jest moc strat Jaule'a, usredniana przez pojemnosc cieplna przy¬ rzadu.

Z patentów RFN nr 2137 281 oraz nr 1935 544 znany jest sposób pomiaru polegajacy na ciaglym w czasie, analogowym wykonywaniu nastepuja¬ cych czynnosci: kwadratowanki sygnalu wejscio- 2 wego, usrednianie sygnalu skwadratowanego po¬ przez jego filtrowanie i oprócz tego dzielenie sy¬ gnalu skwadratowanego przez wartosc usrednio¬ na. Sposób ten rózni sie od klasycznego tym, ze s ominieta zostaje jawna czynnosc pierwiastkowania a to przez zastosowanie okreslonego ty|pu sprze¬ zenia zwrotnego. Wynika stad, ze wlasciwosci dy¬ namiczne tej metody tak samo jak w rozwiaza¬ niach klasycznych uzaleznione sa od wlasciwosci io filtru usredniajacego. Widac stad, ze nie moze tu byc realizowane wyznaczanie wartosci skutecznej w scisle zadanym odcinku czasowym. Tym samym nie nastepuje tutaj pomiar wartosci skutecznej zgodny z jej definicja matematyczna.

Z patentu RFN nr 2 314 870 znany jest sposób pomiaru, polegajacy na próbkowaniu wielkosci wejsciowej w stalych odstepach czasu, wymosza- T cych gdzie T oznacza okres skladowej 2(N+:l) podstawowej, natomiast N — rzad najwyzszej wy¬ stepujacej 'harmonicznej. Wyniki próbkowania przetwarzane sa dalej w postaci cyfrowej i z otrzy¬ manych rezuilltatów tworzy sie sume, której war¬ tosc jest dokladnie równa poszukiwanej calce.

Sposób ten nadaje sie do zastosowania jedynie wówczas, gdy czestotliwosc wielkosci wejsciowej jest stala, a liczfba harmonicznych nie przekracza zalozonej wartosci N. Harmoniczne wyzszego rze¬ du niz N powoduja bowiem duze bledy otrzyma¬ no nych wyników. Przetwairzanie analogowo-cyfrowe 97971s 97971 4 w tej metodzie musi byc bardzo szybkie, by nie powstawaly bledy zwiazane ze zmiennym opóz¬ nieniem przetwarzania. Realizacja tego sposobu jest wiec skomplikowana i kbjsztowna a szybkosc dzialania przy duzych wartosciach N nie jest bardzo wysoka. Sposobilem nie moze byc stoso¬ wany do wiekszosci przebiegów nieustalonych, gdyz czestotliwosc jest tam zmienna.

Niektóre znane sposoby wymagaja jeszcze prze¬ prowadzenia dalszych czynnosci które stanowi wy¬ twarzanie drugiej wartosci sygnalu pomocniczego w sposób proporcjonalny do pierwiastka kwadra¬ towego z usrednionej wielkosci pierwszego sy¬ gnalu pomocniczego.

Konwencjicniailne sposoby pomiaru wartosci sku¬ tecznej przebiegu odksztalconego, zarówno w od¬ mianie kwadratowej, to jest bez pierwiastkowania, jak w odmianie proporcjonalnej, to jest z pier¬ wiastkowaniem, spelniaja nalezycie postawione za¬ danie przy badaniu pnzelbiegów stacjonarnych lujb quasi-stacjonamych. Jednak niektóre realizacje zawodza w praktyce jiuz w obecnosci zmacanej skladowej bezokresowej, jak to ma miejsce np. w ustrojach elektromagnetycznych, gdzie czesto wystepuje zjawisko nasycania sie rdzeni.

Plrzy badaniu przebiegów niestacjonarnych, szczególna trudnosc w stosowaniu konwecjonal- nych sposobów pomiaru nastrecza usrednianie sy¬ gnalu pomocniczego.

W takich przypadkach trzeba zapewnic bardzo skuteczne tlumienie skladowych zmiennych juz o czestotliwosci dwukrotnie wyzszej od czestotli¬ wosci przebiegu badanego. Skladowa bezokreso- wa tego przebiegu najczesciej wykasuje duza zmia¬ ne wartosci w trakcie jednego okresu, wobec cze¬ go konieczne tlumienie haamandcznych ulbocznie powoduje bledne uwzglednienie udzialu omawia¬ nej skladowej.

Opisany stan rzeczy jest przyczyna zasadniczych trudnosci w odczycie oscylograficznyim wartosci skutecznych tych przebiegów. Najlepszym stoso¬ wanym dotychczas rozwiazaniem jest rejestrowa¬ nie wielkosci pcmocniczej i wykonywanie dal¬ szych czynnosci dopiero po zakonczeniui pomiaru i sporzadzeniu wykresów. Praktyczna realizacja, jest zastosowanie petlicy dynamicznej w ukladzie kwadratora i nastepna próbka ©trzymanych oscy- logramów przykladowo za pomoca planimetru.

Sposób taki jest niedokladny, czasochlonny i nie nadaje sie do takich zastosowan, gdzie wynik pomiaru musi byc szybko ustalony, np. celem sterowania zabezpieczeniami.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu po¬ miaru wartosci skutecznej za poszczególne okresy elektrycznego przebiegu odksztalconego, który za¬ pewni dcibra proporcjonalnosc charakterystyka mierniczej i dokladnosc wyniku, a jednoczesnie realizowany jest z szybkoscia, pozwalajaca na uzy¬ skanie prawkjlcwej rejestracji za pomoca oscylo¬ grafów, rejestratorów czy elektronicznych maszyn liczacych.

W spoisclbde wedlug wynalazku wykorzystano wytwarzanie wielkosci pomocniczych, przy czym w kazdym okresie wytwarza sie pierwszy sygnal pomocniczy proporcjonalnie do kwadratu wartosci chwilowej przebiegu badanego, a takze drugi sy¬ gnal pomocniczy, proporcjonalny do calki czaso¬ wej z wartosci pierwszego sygnalu pomocnicze¬ go.

Istota wynalazku jest to, ze wytwarzanie dru¬ giego sygnalu pomocniczego rozpoczyna sie w chwili poczatkowej danego okresu, a przy kancu n- drugiego sygnalu pomocniczego na czas (n+l)^go okresu, po krótgo uplywie kasuje sie wartosc za¬ pamietana.

Podczas trwania i(n+il)-gio okresu wytwarza sie trzeci sygnal pomocniczy, proporcjonalnie do pier- waistka kwadratowego z zapamietanej wartosci dru¬ giego sygnalu pomocniczego za czas nwtego okre¬ su. Oprócz tego w czase .trwania Cn+l)Hgc> okre¬ su wytwarza sie, analogicznie jak w n-ltym okre¬ sie, pierwszy i drugi sygnal pomocniczy, a przy koncu (n+|l)ngo okresu zapamietuje sde aktualna wartosc drugiego sygnalu pomocniczego na czas (in+2)-go okresu, po którego uplywie kasuje sie wartosc zapamietana. Podczas trwania (n+2)-go okresu wytwarza sie trzeci sygnal pomocniczy proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z zapamietanej wartosci drugiego sygnalu pomocni¬ czego za czas (n-Hl)-go okresu.

Wyzej opisany cykl czynnosci powtarza sie ryt¬ micznie przez caly czas wykonywania pomiaru.

Sygnalami pomocniczymi korzystnie jest odbie¬ rac napiecie lu4> natezenie pradu.

Proporcjonalnosc charakterystyki mierniczej uzyskuje sie przez uksztaltowanie czwartego sy¬ gnalu pomocniczego. Sygnal ten rosnie proporcjo¬ nalnie do kwadratu czasu, zaczynajac od war¬ tosci zerowej na poczatku kazdego okresu, przy czym wspólczynnik proporcjonalnosci jest liniowo zalezny cd czasu trwania bezposrednio poprzedza¬ jacego okresu przebiegu badanego.

Podczas trwania (n+l)-go okresu tworzy sie róznice zapamietywania wartosci drugiego sygnalu pomocniczego za n-ty okres oraz chwilowej war¬ tosci czwartego sygnalu pomocniczego.

Trzeci sygnal pomocniczy tworzy odstep czasu jaki milja od poczatku (n+l)-go okresu do chwili, w której wyzej okreslona róznica przyjmuje war¬ tosc zerowa. Podczas trwania (n-H2)-go okresu tworzy sie pcdoibnie róznice zapamietanej wartosci drugiego sygnalu pomiocniczego za (n+il)-y okres oraz chwilowej wantosci czwartego sygnalu po- mocniiczego. Trzeci sygnal pomocniczy tworzy od¬ step czasu, jaki miija od poczatku (m+2)-go okre¬ su do chwili, w której powyzsza róznica stanie sie zerowa. Tak otrzymany trzeci sygnal pomoc¬ niczy daje sie latwo dalej przetwarzac. Mozna tutaj zastosowac przykladowo analogowo — ana¬ logowy przetwornik typu „czas^napiecie" i prze¬ prowadzac rejestracje oscylogratficzna.

Przy zastosowaniu generatora impulsów o stalej czestotliwosci powtarzania oraz ukladu bramko¬ wego powstaje mozliwosc wprowadzania wyniku pomiaru do elektronicznej maszyny cytowej.

Sposób pomiaru napiecia Ux realizuje sie w przykladowym praktycznym ukladztie uwidocznio¬ nym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia 26 40 45 50 55 6097971 schemat blokowy ukladu, a fig. 2 — przebiega elektrycznych sygnalów pomocniczych.

Przedstawiony na fig. 1 uklad sklada sie z kwa- dratora KW. którego wyjscie jest polaczone z wejsciem klucza etefatrarucznego KEr o wyjsciu dolaczonym do jednego z wejsc glównych inte¬ gratora JG. Wyjscie te©o integratora JG jest pod¬ laczone do wejscia komparatora K, a ten z kolei ma wyjscie dolaczone do wejscia glównego ukla¬ du sterowania US. Ponadto uklad zawiera dodat¬ kowa galaz skladajaca sie z klucza elektroniczne¬ go KE4 dolaczonego do drugiego z wejsc glów¬ nych integratora JG, a wejscie teo klucza jest do¬ laczone do wyjscia drugiego integratora pomocni¬ czego JP Z, do którego wejscia, jest przylaczony klucz elektroniczny KE 3 majacy na wejsciu za¬ laczony pierwszy integrator pomocniczy JM.

Wejscie tej dodatkowej galezi jest zaopatrzone w klucz elektroniczny KE2. Drugie z wejsc glów¬ nych ukladu sterowania VS jest polaczone z wej¬ sciem kwadraitora KW. Wyjscia pomocnicze ukla- cymi im wejsciami pomocniczymi integratorów i kluczy elektronicznych. Napiecie badane Ux po¬ daje sie na wejscie kwadratora KW, który reali¬ zuje pienwszy sygnal pomocniczy w postacd prze¬ biegu wyjsciowego. Kazdy pomiar jest przeprowa¬ dzany w trzech kolejnych etapach czasowych.

I. W pierwszymi .(prizygotowiawcEyim) etapie po- miacru wszystkie integratory zostaja wyzerowa¬ ne. Etap ten konczy sie w chwtili oznaczonej jako tn, w której rozpoczyna sie rozpatrytwany okras.

II. W1 momencie rozpoczecia okresu badanego zostaja zamkniete klucze elektroniczne KE1 oraz KE2. Na wyjsciu integratora glównego IG poja¬ wia sie rosnace napiecie UA, które stanowi drugi sygnal pomocniczy. W cluwili tn+1, stanowiacej ko¬ niec rozpatrywanego okresu napiecie to osiaga wartosc tn+1 *n+l uA •/' Iti • i Kj • U*x • dt = Kt • K, I U*x • dt U) Równalegle do tego dzialania, przez caly czas etapu pomiarowego, podaje sie ujemne napiecie referencyjne — Uref na wejscie pierwszego inte¬ gratora pomocniczego IP1. W chwili koncowej tti+% na wyjsciu tego integratora panuje napiecie UB=Kf- M—U, ref) • dt =-K, • Uref ftn+l — tn) (2) Ilir Etap trzeci (odczytowy rozpoczyna sie w chwili tn+1. Zostaja wówczas zamkniete klucze KE3, KE4 a równoczesnie otwieraja sie klucze KE1, KE2. Na wyjsciu drugiego integratora po¬ mocniczego IP2 pojawia sie rosnace napiecie o wartosci chwilowej +t Uc K4 I UB dt=—K, K4-Uref dtn+l^tJ-tO). 6 Napiecie Uc jest podawane na wejscie integra¬ tora glównego IG. Chwilowa zmiana napiecia wyjsciowego integratora glównego IG w tym eta¬ pie wyraza sie jako W-1 UA=(K,- |Uc'*= -K^Kj-^-Ure^+l-Wy <4) i stanowi czwarty sygnal pomocniczy. W chwili t=Tc nastepuje równosc UA=UA co powcduje zmiane stanu komparatora K^ Odcinek czasuTa za¬ warty pomiedzy chwilami tn+1 i (tn+1+T0) stano¬ wi trzeci sygnal pomocniczy. nadstawiajac do iwzoru 4 UA=UA, t=Tc oraz zaleznosci 1,5 otrzymuje sie zwiazek 50 (5) WttliLitosl stateezna UBk badanego przebiegu Ux jest definiowana zaffedMsoife, * tn+x ^^j* («) *n » Porównanie wyrazen 5 oraz 6 prowadzi do wniosku, ze Usk=S-T0 gdzie S [^Kf^K-iUrefJ <7) A zatem, czas T0 stanowi proporcjonalna miare wartosci U* za okreslony przedzial czasowy (*n+l "tffi)=Tn.

Plcprzednio wspomniana zmiana stanu kompara¬ tora K oddzialuje na uklad sterowania US powo¬ dujac zakonczenie etapu trzeciego i równoczesne rozpoczescie pierwszego etapu w nastepnym cy¬ klu.

Opisany blok pomiarowy jest zdolny do prze¬ twarzania wielkosci wejsciowej w co drugim o- kresie przebiegu mierzonego. Przetwarzanie w kaz¬ dym kotejnym okresie uzyskuje sie przez zasto¬ sowanie dwu analogicznych bloków pomiarowych, których dzialanie jest czasowo przesuniete o je¬ den okres. Wyniki przetworzen z obu bloków sa wyprowadzane poprzez element sumy logicznej na wspólne wyjscie przyrzadu.

Wykonujac czynnosci sposobem wedlug wyna¬ lazku, lecz w innych granicach czasowych, otrzy¬ muje sie w wyniku wartosc skuteczna przebiegu 55 badanego wedlug odpowiednio zmodyfikowanej defikrioji. Jezeli bowiem przez tt oraz t, oznaczy sie dwa kolejne po sobie nastepujace momenty, w których wielkosc badana uzyskuje wartosc ze¬ rowa, to zmodyfikowana wartosc skuteczna prze- 80 biegu badanego okreslona jest zaleznoscia: t, I7 97971 8 Wynalazek daje dokladnosc pomiaru, absolutnie nieosiagalna w sposobach konwencjonalnych.a je¬ dnoczesnie wynik jest podawany z malym i do¬ kladnie znanym opóznieniem w stosunku do prze¬ biegu badanego. Dokladnosc dzialania nie jest tu zalezna od tlumiennosci zastosowanych rozwia¬ zan technicznych, jak to ma miejsce w znanych sposobach.

Zródlem niedoskonalosci sa tylko odchylenia od idealnych charakterystyk, opisujacych wytwarza¬ nie poszczególnych sygnalów pomocniczych. Ta grupa przyczyn spotykana takze w sposobach kon¬ wencjonalnych, moze byc eliminowana przez za- stosowande znanych rozwiazan technicznych.

Wynalazek ma powazne znaczenie dla wszystkich pracowni realizujacych dynamiczne badania wiel¬ kosci elektrycznych. w której, róznica czwarte¬ go i drugiego sygnalu pomocniczego przyjmuje wartosc zerowa, r >.

U, " Hejicie Kl4 Kii _o^J >M/js'ae T0 Fig. 2 rA?>f Drukarnia Narodowa Zaklad Nr 9, zam. 343/79 Cena 45 zlERRATA lam 6, wiersz 20 tn+l jest: KX.K2. /Wdl^- ^2^^_.TJ=0 (5) t„ t,n+l powinno byc: K,-K2- jUVdt g 'To =0 (5) t„ lam 7, wiersz 30 jest: drugiego sygnalu pomocniczego na czas (n+l)— go powinno byc: drugiego sygnalu pomocniczego rozpoczyna sie w

Claims (2)

Zastrzezenie patentowe

1. Sposób pomiaru wartosci skutecznej za po¬ szczególne okresy elektrycznego przebiegu odksztal¬ conego, polegajacy na wytwarzaniu sygnalów po¬ mocniczych, przy czym w kazdym okresie wy¬ twarza sie pderwszy sygnal pomocniczy proporcjo¬ nalnie do kwadratu wartosci chwilowej przebie¬ gu badanego, a takze drugi sygnal pomocniczy, do calki czasowej z wartosci pierwszego sygnalu pomocniczego, znamienny tym, ze wytwarzanie drugiego sygnalu pomocniczego na czas (n+l)-go chwili poczatkowej danego okresu, a przy koncu n-itego okresu zapamietuje sie osiagnieta wartosc drugiego sygnalu pomocniczego na czais (m+il)-go okresu, po uplyiwie którego kasuje sie wartosc za- io 15 20 30 pamuetana, natomiast podczas trwania (n+l)-go okresu wytwarza- sie .-trzeci sygnal pomocniczy proporcjonalnie: : do pierwwiaisitka kwadratowego z poprzednio zapamietanej wartosci), a oprócz te¬ go wytwarza sie podczas trwania (n+1)-go,okresu analogiczna,, jak poprzednio — wartosc drugiego sygnalu pomocniczego, która zostaje z kolei za- pamietana na czas trwania (n+(2)ngo okresu, w -którym to czasie wytwarza sie trzeci sygnal po¬ mocniczy proporcjonalnie do pierwiastka kwadra¬ towego z. poprzednio zapamietanej -wartosci dru¬ giego sygnalu pomocniczego przy koncu (n -h'1-Hga okresu* a równoczesnie wyitwarza sie podczas trwania (n-f2Hgo okresu podobnie jak poprzednio wartosc drugiego sygnalu pomocniczego i opisany > cykl powttarza sie rytmicznie przez caly czas pro¬ wadzenia pomiaru, pmzyi czym dla wytwarzania trzeciego sygnalu pomocniczego stosuje sie czwar¬ ty sygnal pomocniczy.- , v

2. Sposób wedlug zastrz.' 1, znamienny tym, ze stosuje sie czwarty sygnal pomocniczy zaczyna¬ jac od wartosci zerowej na poczatku kazdego o- kresu, wytworziony proporcjonalnie do kwadratu czasu, przy czym wspólczynnik proporcjonalnosci jest liniowo zalezny od czasu trwania bezposred¬ nio poprzedzajacego okresu, a oprócz tego porów¬ nuje sie chwiiiowa. wartosc czwartego sygnalu po¬ mocniczego z zapamietana wartoscia drugiego sy¬ gnalu poanocniczego,.za bezposrednio poprzedzaja¬ cy okres, natomiast trzecim symalem pomocni¬ czym jest odstep,czasu, jaki minal od poczatku da¬ nego okresu od chwili*