SU1439512A1 - Устройство дл измерени частотной характеристики входного сопротивлени промышленной электрической сети - Google Patents

Description

143

но с второй и первой группами выходов второго пост о нного запоминающего уст ройства, выходы перемножающих цифро- аналоговых преобразователей соединены с первым и вторым входами сумматора, к выходу которого подключен формиро

ватель импульсон, выход которого  вл етс  выходом блока вьщелени  боковой частоты, а входы двшпных счетчиков  вл ютс  входами блока выделени  боковой частоты.

1

Изобретение относитс  к импульсной

технике и может быть использовано дат  измерени  и исследовани  частотных характеристик входного сопротивлени  электроэнергетических систем и систем электроснабжени  промьпаленных предпри тий .

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  частотных характеристик входного сопротивлени  промышленных электрических сетей.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг, 2 - функциональна  схема блока вьщелени  боковой частоты; на фиг. 3 - временна  диаграмма генерации функций Уолша на фиг. 4 - функциональна  схема синхронного фи.пьтра, на фиг. 5 - функ- озональна  схема нелинейной нагрузки.

Устройство содержит (фиг, 1) управ   емую нелинейную нагрузку 1, блок 2 управлени  , управл емый генератор 3 1- Мпульсов, первьш 4 и второй 5 делители частоты, блок 6 выделени  боко- Еюй частоты, синхронный фильтр 7, фильтр 8 основной частоты сети, умножитель 9 частоты, трансформатор 10 напр жени , частотомер 11, третий делитель 12 частоты и вольтметр 13. Клок 2 управлени  нелинейной нагруз- ;ой включает в себ  посто нное запоминающее устройство 14 и счетчик 15 импульсов.

Нелинейна  нагрузка 1 однт1м зажИ- мом подключена к исследуемой точке сети, второй ее зажим соединен с нейтралью сети, а управл ющие входы нелинейной нагрузки 1 соединены с выходами посто нного запомина1сще1 о устройства 14 блока 2 упр влени .

Адресные входы посто нного запо- 1.1инающего устройства 14 соедипелш с выходами счетчик  13, вход которого

10

15

5

5

0

5

0

 вл етс  входом блока 2 управлени . Выход управл емого генератора 3 импульсов соединен с входами первого 4 и второго 5 делителей частоты, выходы которых соответственно соединены с входом блока 2 управлени  и первым входом блока 6 выделени  боковой частоты. Первична  обмотка измерительного трансформатора 10 напр жени  подключаетс  к зажимам нелинейной нагрузки 1, вторична  обмотка соединена с первым входом синхронного фильтра 7 и через фильтр 8 основной частоты сети и умножитель 9 частоты с вторым входом блока 6 вьщелени  боковой частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного фильтра 7,  вл ющимс  управл ющим входом фильтра. Выход блока 6 выделени  боковой частоты также через третий делитель 2 частоты соединен с частотомером 11, а к выходу синхронного фильтра 7 подключен вольтметр 13.

Блок 6 выделени  боковой частоты {фиг. 2) содержит двоичный счетчик 16, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 17, цифроаналоговые преобразователи 18 и 19, двоичный счетчик 20, посто нное запоминающее устройство 21, первый 22 и второй 23 перемножающие цнфроаналого- вые преобразователи, сумматор 24 и формирователь 25 импульсов, тактовые входы двоичнрз1х счетч гков 16 и 20 соответственно соединены с первым и вторым вход мн блок  6.

Выходы каждого из дв(1гчных счетчиков 16 и 20 соединены г:о(гтветст- венно с адресными рхпдп - и посто нных запоминающих ус тргч и .т 17 и 21. Каждое из посто ньгых ч;м11 Г ит1 юп1их устройств содержит n.f группы выходов , причем nRpfJ. и riiyiniM

выходов iiepBOfo гикуго нипгч и ч/ию- минающего устройства 1 7 соеди)1еиы соответственно с цифровыми входлмн цифроаналог овых преобразователей 18 и 19. Цифровые входь перемножающих цифроаналоговых преобразователей 22 и 23 соединены соответственно с второй и первой группой выходов BTCI- рого посто нного запоминающего уст- ройства 21. Выходы цифроаналоговых преобразователей 18 и 19 соединены соответственно с входами опорного напр жени  перемножающих цифроанало- говьк преобразователей 22 и 23, выхо ды которых соединены с входами сумматора 24. К выходу сумматора подключен формирователь 25, выход которого  вл етс  вьгходом блока вьщеле- ни  боковой частоты.

Синхронный фильтр 7 (фиг. 4) содержит счетчик 26, дешифратор 27, резистор 28 с сопротивлением R и параллельные цепочки, содержащие последовательно включенные конденсатор 29 с емкостью С и ключ 30, причем обща  точка соединени  конденсаторов  вл етс  одновременно выходом синхронного фильтра и через резистор 28 соединена с первым входом синхронного фильтра. Обща  точка соединени  ключей 30 св зана с общей точкой схемы, а входы управлени  ключей соединены с выходами дешифратора 27, входы которого подключены к выходам счетчика 26, вход которого  вл етс  вторым входом синхронного фильтра.

Нелинейна  нагрузка 1 выполнена (фиг. 5) в виде нескольких параллельно соединенных цепочек, кажда  из которых содержит последовательно соединенные ключ 31 и весовой резистор 32 причем первым зажимом управл емой нелинейной нагрузки  вл етс  обща  точка соединени  весовых резисторов.

Устройство работает следующим образом .

После включени  питани  управл емый генератор 3 импульсов генерирует пр моугольные импульсы, которые поступают на вход первого делител  4 частоты, С выхода первого делител  4 частоты импульсы поступают на вход блока 2 управлени , который управ- л ет проводимостью нелинейной нагрузки 1 по закону

g(t) l+Kcos2 7 it)

При услипцп, ЧТО н прлженне в ис- следуе мсй течке сети сииугоил льнп

Иг - l.r.)t,

тпк, протекакшнй по нели(сйной нагруч- ке, HNjepT спг.тапл ющую с чпстотой сети Ш ., ;. П.  1п21Г(Л

и дре составл нпцие боковых частот (У + (Д и сХ. - (О , возникающие вследствие перемножени  двух синусоидальных функций с частотам с п oD

- ГГ, . п ЧГ / /«- .

1 + ,л ,1п2л (ос ±tJ)t

k 1 I rv j.j rr, - fi .

-4tU3

Токи боковых частот ioi(j и iot.( протека  по элементам сети, вызьгаают падение напр жени  на эквивалентных входных сопротивлени х сети 2,о(( и в(-и на соответствующих частотах, т.е. iot + tj 2io(4.(j ,

UflS-tO - Q(-bJ « -cJТаким образом, в исследуемой точке сети посредством нелинейной нагрузки 1 генерируетс  измерительный

сигнал, содержащий две составл ющие с частотами с/ + оЭ и cit - Ct) , амплитуда каждой из которых пропорциональна модулю соответствующего входного сопротивлени  сети.

Сигнал в исследуемой точке сети ерез измерительньпЧ трансформатор 10 напр жени  поступает на первый вход синхронного фильтра 7. На выходе синхронного фильтра выд л етс  состав-

л юща  напр жени  одной боковой частоты , величина которой измер етс  вольтметром 13.

Автоматическа  настройка синхронного фильтра 7 на сигнал одной боковой частоты осуществл етс  совместной работой блоков 5, 6, 8 и 9. Блок 6 выделени  боковой частоты генерирует на своем выходе последовательность импульсов с частотой, кратной частоте одной из боковых частот измерительного сигнала. Положим дл  определенности, что сигнал на его выходе имеет частоту, кратную нижней боковой частоте, а именно о что не вли ет на ход рассуждений и конечный результат. Дл  получени  сигнала такой частоты на входы блока 6 вьщелени  боковой частоты должны быть поданы сигналы с частотами,

51А395

кратными частоте управлени  нелинейной нагрузкой о( и частоте сети (jO.

С выхода умножител  9 частоты на первый вход блока 6 выделени  боковой частоты поступают импульсы с частотой, кратной частоте сетийЗ, поскольку на входе умножител  9 частоты присутствует сигнал основной частоты сети (50 Гц). Сигнал полу- Q из исходного сигнала в исследуемой точке сети посредством фильтрации фильтром 8 основной частоты сети.

На другой вход блока 6 выделени  боковой частоты поступает сигнал, is синхронный с сигналом управлени  Н1глинейной нагрузкой 1 , поскольку оба сигнала получены от одного управл емого генератора 3 импульсов. Указанные сигналы имеют кратное от- 20 ношение ча-стот, т.е. частота сигнала на выходе второго делител  5 частоты кратна частоте управлени  нелинейной нагрузкой.

Таким образом, вьщеление и измере- 25 ,ние составл ющей напр жени  нижней боковой частоты cJ. - jO осутцествл етс  автоматической настройкой синхронного фильтра 7, на вход управлени  которого 1,на его второй вход) всегда ЗО подаетс  сигнал с частотой, кратной разности частот iD Именно нали- чие на втором входе синхронного фильтра 7 сигнала с частотой, крат- ной разностной Частоте иС - о, обес- g печивает в процессе измерений точную настройку синхронного фильтра 7 на измерительньй сигнал U.j, генериру- емый нелинейной нагрузкой в сеть. Одновременно с измерением составл ю- 40

шей. напр жени  нижней.боковой час- тоты Ucst-oJ посредством вольтметра 13, частотомер 1 измер ет и индицирует текущее значение боковой частоты Ci -СО, на которой в данный момент из- 45 мер етс  составл юща  с.- Ее вели- ч:ина, как уже указьшалось, пропорциональна .модулю искомого входного сопротивлени  сети на этой же частоте, а именно ,50

Третий делитель 12 частоты обеспечивает на своем выходе именно текущее значение частоты измерений ot - (О путем делени  частоты, ей кратной, присутствующей на выходе блока 6 вы- 55 делени  боковой частоты.

Из описани  работы устройства видно , что, измен   частоту управл емого генератора импульсов 3, можно из126

мерить входное сопротивление исследуемой сети в любой точке на оси частот . Очевидно также, что путем непрерывного измерени  сопротивлени  может быть измерена (построена) искома  частотна  характеристика входного сопротивлени  сети.

Функционирование некоторых блоков устройства, а также соотношени  частот сигналов при проведении измерений по сн етс  следующим.

Как уже отмечалось, блок 2 управлени  (фиг. ) обеспечивает измерение проводимости нелинейной нагрузки во времени по закону

g(t) - а(иксоз2 йо(г) (1)

Данный закон изменени  проводимости, как и в известном устройстве реализуетс  путем аппроксимации функци ми Уолща. Дл  удовлетворительной аппроксимации достаточно использовать 4-8 функций Уолша. Генераци  функций Уол- ша обеспечиваетс  путем циклического считывани  значений этик функций из посто нного запоминающего устройства (ПЗУ) 14, куда они предварительно за- письгеаютс . Пример записи информации в ПЗУ 14 дл  генерации первой, п той и седьмой функций Уолша (Wal 1, Wai 5 Wai 7 ) приведен в таблице.

По мере поступлени  тактовых импульсов на вход счетчика 15 происходит последовательное считьгеание информации из  чеек пам ти ПЗУ 14. При этом на его выходах (разр дах) генерируютс  функции Уолша з соответствии с записанной в нем информацией (фиг. 3) Из таблицы и фиг. 3 следует , что количество разр дов ПЗУ 14 должно определ тьс  числом функций Уолща, необходимых дл  аппроксимации закона изменени  проводимости нелинейной нагрузки, а число информационных слов, подлежащих записи в ПЗУ - наибольшим номером используемых функций Уолша. При последовательной адресации ПЗУ 14 посредством счетчика 15 генерируемые на выходах ПЗУ 14 функции Уолша управл ют состо нием соответствующих ключей нелинейной нагрузки 1, В цепи последних включены весовые резисторы с сопротивлени ми , обратно пропорциональными по вр.лт1чине амплитудам соответствующих функций Уолта в спектре разложени  функпин (1} в р д Фурь по функци м У( .

71Д

Блок 6 вьщелени  боковой частотм осуществл ет оперпцию суммнр.овлни  (вычитани ) частот посредством схемной реализации тригонометрического тождества

. sinott-costirt ± cos(/t sinuft

sin(o( ± cj)t.

(2)

Согласно прин тому соглашению блок 6 вьзделени  боковой частоты генери- рует на своем выходе сигнал с частотой , кратной разности частоты управлени  нелинейной нагрузки о и частоты сетиоЭ. Генераци  .сигнала разностной частоты осуществл етс  следующим образом.

Гармонические функции левой части тождества генеририруютс  посредством считывани  значений этих функций в двоичном коде из ПЗУ 17 и 21, и преобразование их в аналоговый сигнал с помощью перемножающего цифроаналогового преобразовател  22 и 23, подобно тому, как это осуществл етс  в блоке 2 управлени  нелинейной нагрузкой дл  генерации функций Уолша. Таким образом, дл  того, чтобы получить на выходе блок 6 вьделени  боковой частоты сигнал с частотой ОС. -, на его входы должны быть поданы импульсные сигналы с частотами, в определенное число раз больше частот оС и оЗ. Если гармонические сигналы, генерируемые указанным образом, задаютс  некоторым Kf - числом дискретных выборок, то соответственно на входы блока выделени  боковой частоты должны быть поданы сигналы с частотами и

Из соображений технологичности эменты блока вьщелени  боковой часто могут быть вьшолнены однотипными, т.е. однотипны между собой двоичные счетчики 16 и 20, ПЗУ 17 и 21, цифроаналоговые преобразователи 18 и 19, перемножающие цифроаналоговые преобразователи 22 и 23. Преобразователь 18(19) осуществл ет преобразование цифрового кода, поступающего на его входы, в соответствующий ему по величине и знаку аналоговый сигнал на его выходе. Перемножащий цифроаналоговый преобразователь 22(23) осуществл ет перемножение аналогового сигнала, поданного на его вход опорного напр жени , и неi2а

которого коэМ Ш1ента, измен ющегос  в пределах от - 1 до и соот- ветствуютего коду цифрового слова, поданного на цифровые входы пере- множпющего цифроаналогового преобразовател  .

Таким образом, реализаци  тождест-, ва (2) осуществл етс  следующим об- разом. На входы двоичных счетчиков i6 и 20 подаютс  пр моугольные импульсы соответственно с частотами Рч(У и . Счетчик 16 с коэффиш - ентом пересчета, равным К,, обеспе- чивает циклическое считывание выборок синусоидальных и косинусоидйль- ньгх функций г.з ПЗУ таким образом, чтобы, например, на цифровые входы преобразовател  18 поступали коды sin-функции, и соответственно на входы преобразовател  19 - ссз-функции. На выходах преобразователей 18 и 19 генерируютс  соответственно синусоидальный и косикусоидальный сигналы с произвольной амплитудой Uon и частотой с . Аналогично работают двоичный счетчик 20, ПЗУ 21, преобразователи 22 и 23 с той лишь разницей, что преобразователи 22 и 23 управл ютс  соответственно кодами cos- и sin-функций . В итоге на выходе преобразовател  22 генерируетс  сигнал Uj, sin27rc(t « ))t, а на выходе преобразова- тели 23 - UDnCos2 ftoft cos2{L t. После вычитани  указанных сигналов сумматором 24 на его выходе присутствует синусоидальный сигнал разностной частоты Uonsin2 (o -cj)t. Из полученного синусоидального сигнала по- средством формировател  25 импульсов формируетс  периодическа  последовательность импульсов, поступающа  на управл ющий вход синхронного фильтра 7. Формирователь 25 импульсов мо- жет быть выполнен, например, по схеме компаратора напр жени  с нулевым порогом срабатьшани . Предложенна  реализаци  блока вьделени  боковой частоты обеспечивает периодичность выходного сигнала блока, необходимую дл  обеспечени  правильной рабе- - ты синхронного фильтра 7.

Синхронный фильтр 7 может быть i реализован по схеме, представленной на фиг. 4. Управление частотой настройки синхронного фильтра 7 осуществл етс  подачей на его второй вход импульсного сигнала соответствующей

9

частоты. И-Мпульсы на входе счетчика 26 привод т к изме нению его вЬгкодно- го кода, в соответствии с которым замыкаетс  соответствующий ключ 30. Выбор соответствующего ключа и его замыкание осуществл етс  деп ифрато- ром 27. Таким образом, при поступлении импульсов На управл ющий (второй ) вход синхронного фильтра происходит периодическое замыкание ключей 30 с частотой FC. 1 в,к /п, где Ff, - частота сигнала на входе управ Л6ШИЯ, п - Число элементарных интегр торов RC . Частота FC определ ет гас тоту настройки фильтра, т.е. при наличии на первом фильтре сигнала, в спектре которого имеетс  составл юща  с частотой Fe,, эта составл юща 

будет отфильтрована на выходе фильтра о им  частоты управлени  нелинейной

в виде п-ступенчатой синусоиды

Умножитель 9 частоты может быть вьйлолнен по схеме фазовой автопод-- стройки частоты с де,пителем частоты в обратной св зи.

Фильтр 8 основной частоты сети обеспечивает фильтрацию сигнала с частотой сети 02 и способствует стабильной работе умножител  частоты при наличии в исследуемой точке сети значительных искажений кривой напр жени  5 например, вследствие подключени  в исследуемой сети мощньк нелинейных потребителей электроэнергии .

Дл  обеспечени  синхронной работы всего устройства в целом необходимо следующее соотношение частот сигналов , Нелинейна  нагрузка 1 измен ет свою проводимость с частотой &. и генерирует в сеть сигнал частотами оС + йЭ и «э -f-0. Согласно предложенной схеме синхронного фильтра 7 РД1Я фильтрации сигнала с частотой &( -СЗ на управл ющий (второй) вход флпьтра должен быть подан импульс- сигнал с частотой п (Ы -(д35,где

Wai 1

Wai 5 Wai 7

512

И)

п - числг элементарных интеграторов . Положим дл  определенности,что двоичные счетчики блока вьщелени  боковой частоты 16 и 20 (фиг. 2) имеют одинаковые коэффициенты пересчета К (К также равно числу интервалов атпфоксимации sin- и cos-функций ПЗУ 17 и 21). Следовательно, дл . получени  на выходе блока вьщелени  боковой частоты сигнала с частотой п(о -ОЭ) на его входы должны быть поданы сигналы с частотами k Отсюда  сно, что умножитель частоты должен иметь коэффициент умножени  частоты, равньга .

При коэффициенте пересчета счетчика 15 блока 2 управлени  нелинейной нагрузкой, равном Kj,, дл  обеспече

нагрузкой ь( на вход блока- 2. управлени  до-лжен быть подан сигнал с частотой KjX. Коэффициент делени  делителей А и 5 частоты должен быть по- добран таким образом, чтобы удовлетвор лось равенство

КЭ Ко о( К05 К . п fp ,

где К a-f и

К gj - соответственно коэффициент делени  первого 4 и второго 5 делителей частоты ,

ff- - частота сигнала управл емого генератора 3 импуль- .сов.

Следует отметить, что выбор коэффициентов делени  делителей 4,5 и 12 частоты, коэффициента умножени  ум- ножител  9 частоты и частотного диапазона работы управл емого генератора 3 импульсов  вл етс  посто нным дл  всего устройства. Он зависит только от конкретного исполнени  синхрон- ного фильтра 7, блока 6 вьщелени  боковой частоты i-t блока 2 управлени  нелинейной нагрузкой.

О п

О О

о

С8ть

Фие.З

i

Т

3Z 32 М

3/

fe/e.5

Фи&

Csj

.г §

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ, содержащее нелинейную нагрузку, первый вывод которой соединен с исследуемой точкой сети, а другой - с шиной земли, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам нелинейной нагрузки, измерительный трансформатор напряжения , первичная обмот[ ка которого подключена к первому и вто| рому выводам нелинейной нагрузки соот'< ветственно,а также управляемый генератор импульсов и вольтметр, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения, дополнительно , введены первый, второй и третий делители частоты, фильтр основной частоты сети, умножитель частоты, блок выделения боковой частоты, частотомер и синхронный фильтр к выходу которого подключен вольтметр, первый вход синхронного фильтра соединен с вторичной обмоткой измерительного трансформатора напряжения и входом фильтра основной частоты сети, выход которого через умножитель частоты соединён с первым входом блока выделения боковой частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного фильтра и через третий де литель частоты - с частотомером, к выходу управляемого Генератора импульсов подключены входы первого и второго делителей частоты, выходы которых соединены соответственно с входом блока управления и вторым входом блока выделения боковой частоты .

2. Устройство по π. I, о.тличающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные счетчик импульсов и постоянное запоминающее устройство, входом блока управления является вход счетчика импульсов, а выходами являются выходы постоянного запоминающего устройства.

3. Устройство по п. 1, о т л и — чающеес я тем, что блок выделения боковой частоты содержит два цифроаналоговых преобразователя, два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, сумматор, формирователь прямоугольных импульсов, а также два двоичных счетчика и два постоянных запоминающих устройства, причем выко·· ды первого и второго двоичных счетчиков соединены с адресными входами пер вого и второго постоянных запоминаю

I щих устройств соответственно, входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно с первой и второй группами выходов первого постоянного запоминающего устройства, а выходы цифроанало говых преобразователей соединены с входами опорного напряжения соответственно первого и второго перемножающих цифроаналоговых преобразователей, входы которых соединены соответствен-, но с второй и первой группами выходов второго постоянного'запоминающего уст ройства, выходы перемножающих цифроаналоговых преобразователей соединены с первым и вторым входами сумматора, к выходу которого подключен формиро ватель импульсов, выход которого является выходом блока вьщеления боковой частоты, а входы двоичных счетчиков являются входами блока выделения боковой частоты.