устройство для оценки коэффициента пульсаций постоянного напряжения

Формула изобретения

Устройство для оценки коэффициента пульсации постоянного напряжения, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И, числовой компаратор, разряды первого входа которого подключены к соответствующим разрядам выхода реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, вход которого связан с шиной исследуемого напряжения, RS-триггер, первый и второй счетчики импульсов и второй логический элемент И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого являются выходом устройства, отличающееся тем, что выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами реверсивного счетчика и разрядами второго входа числового компаратора, первый выход которого связан со сбросовым входом RS-триггера и первым входом первого логического элемента И, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И и вычитающему входу реверсивного счетчика, связанного входом записи исходного числа с третьим выходом числового компаратора и единичным входом RS-триггера, прямой выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, первый разряд выхода которого соединен с вторым входом второго логического элемента И, связанного третьим входом с выходом логического элемента НЕ, подключенного входом к выходу логического элемента ИЛИ, входы которого соединены с 2 N разрядами выхода второго счетчика, кроме того, сбросовые входы первого, второго и реверсивного счетчиков и RS-триггера соединены с шиной "Пуск".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в системах оценки показателей качества электрической энергии передвижных источников электропитания для измерения коэффициента пульсации постоянного напряжения.

Известен цифровой вольтметр амплитудного значения с запоминанием, содержащий аналоговое запоминающее устройство, состоящее из двух операционных усилителей, конденсатора и электронного ключа, дифференцирующее устройство, устройство управления, аналого-цифровой преобразователь и индикатор.

Недостатком данного устройства является относительно невысокая точность при низких частотах пульсации напряжения из-за саморазряда конденсатора запоминающего устройства, а при высоких частотах из-за потери времени на заряд конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения коэффициента пульсаций постоянного напряжения, содержащее аналого-цифровой преобразователь, три буферных регистра, два электронных ключа, шины нулевого и единичного уровней, три компаратора, первый, второй и реверсивный счетчики, шину исследуемого сигнала, три формирователя коротких импульсов, два логических элемента И, делитель импульсов, шину "Сброс".

Его недостатком является сложность схемы и, следовательно, невысокая надежность работы.

Цель изобретения упрощение схемы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для оценки коэффициента пульсаций постоянного напряжения содержит генератор импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого логического элемента И, числовой компаратор, разряды первого входа которого подключены к соответствующим разрядам выхода реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, вход которого связан с шиной исследуемого напряжения, RS-триггер, первый и второй счетчики импульсов и второй логический элемент И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого являются выходом устройства, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами реверсивного счетчика и разрядами второго входа числового компаратора, первый выход которого связан со сбросовым входом RS-триггера и первым входом первого логического элемента И, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И и вычитающему входу реверсивного счетчика, связанного входом записи исходного числа с третьим выходом числового компаратора и единичным входом RS-триггера, прямой выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, первый разряд выхода которого соединен со вторым входом второго логического элемента И, связанного третьим входом с выходом логического элемента НЕ, подключенного входом к выходу логического элемента ИЛИ, входы которого соединены с 2.N разрядами выхода второго счетчика, кроме того сбросовые входы первого, второго и реверсивного счетчиков и RS-триггера соединены с шиной ПУСК.

АЦП, компаратор и реверсивный счетчик являются измерительным органом оценки входной величины напряжения. Генератор импульсов, первый и второй логические элементы И и первый счетчик обеспечивают подсчет количества импульсов, пропорционального величине пульсации напряжения. RS-триггер, второй счетчик, логические элементы ИЛИ и НЕ выполняют защиту от ошибочного счета и обеспечивают сохранение полученного результата измерений на выходе схемы до подачи следующего сигнала ПУСК.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 эпюры сигналов на элементах схемы для случая запуска схемы при возрастании исследуемого напряжения. На фиг. 3 то же при уменьшении напряжения.

Устройство содержит АЦП 1, реверсивный счетчик 2, счетчик 3 импульсов, генератор 4 импульсов, счетчик 5 импульсов, RS-триггер 6, числовой компаратор 7, первый 8 и второй 9 логические элементы И, шину 10 ПУСК, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент НЕ 12, шину исследуемого сигнала 13.

Устройство работает следующим образом. На вход АЦП 1 с шины 13 поступает исследуемый сигнал U. На его выходе формируется код X1 мгновенного значения напряжения. Подачей сигнала X10 на шину 10 "ПУСК" устройство переводится в исходное состояние. При этом обнуляются счетчики 2, 3 и 5. Одновременно триггер 6 меняет свое состояние, появляется сигнал X6⁽²⁾ на его инверсном выходе. Так как на первом входе компаратора 7 имеет место нулевой код X2, а на второй поступает код X1 мгновенного значения напряжения с выхода АЦП 1, то появляется сигнал X7⁽³⁾ на его третьем выходе и в счетчик 2 заносится код мгновенного значения напряжения.

Если напряжение уменьшается (нисходящая ветвь), то со временем код X1 на втором входе компаратора 7 становится меньше кода X2 на первом входе и появляется сигнал X7⁽¹⁾ на его первом выходе, который подготавливает элемент И8 по первому входу и импульсы с генератора 4 через элемент И8 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 до выравнивания кодов X2 и X1. Сигнал X7⁽¹⁾ на первом выходе компаратора 7 исчезает и появляется сигнал X7⁽²⁾ на втором выходе. Далее процесс повторяется до момента t₁ достижения минимального напряжения.

Если напряжение возрастает (восходящая ветвь), то код X2 на втором входе компаратора 7 становится больше кода X1 на первом входе и появляется сигнал X7⁽³⁾ на его третьем выходе, который переводит триггер 6 в единичное состояние. Сигнал X6⁽¹⁾ с прямого выхода триггера поступает на счетный вход счетчика 5 и появляется сигнал X5⁽¹⁾ на первом разряде его выхода. На остальных разрядах счетчика 5 сигнал отсутствует, следовательно на выходе логического элемента ИЛИ 11 сигнал тоже отсутствует, а на выходе логического элемента НЕ 12 сигнал появляется. Одновременно по сигналу с третьего выхода компаратора 7 происходит запись кода мгновенного напряжения в счетчик 2. Коды на выходах компаратора 7 становятся равным, сигнал X7⁽³⁾ на третьем выходе исчезает и появляется X7⁽²⁾ на втором выходе. При дальнейшем увеличении напряжения вновь код X2 на втором входе компаратора 7 возрастает, появляется сигнал X7⁽³⁾ на его третьем выходе и производится запись в счетчик 2 очередного мгновенного значения напряжения. Этот процесс будет продолжаться до момента t₂, когда в счетчик 2 будет записан код наибольшего мгновенного значения. Затем исследуемое напряжение U начинает уменьшаться, появляется сигнал X7⁽¹⁾ на первом выходе компаратора 7, переводящий триггер 6 в нулевое состояние и подготавливающий элемент И8 по первому входу. Импульсы X4 с выхода генератора 4 начинают поступать на вычитающий вход счетчика 2, поддерживая равенство кодов X1 и X2 на входах компаратора 7. Одновременно импульсы X8 с выхода элемента И8 поступают на первый вход элемента И9, подготовленного по второму входу сигналом X5⁽¹⁾ с первого разряда выхода счетчика 5 и по третьему входу сигналом X12 с выхода логического элемента НЕ 12. С выхода элемента И9 импульсы X9 поступают на счетный вход счетчика 3, на выходе которого к моменту t₃ достижения наименьшего мгновенного значения напряжения формируется код X3 разности наибольшего и наименьшего мгновенных значений. При последующем возрастании напряжения U появляется сигнал X7⁽³⁾ на третьем выходе компаратора 7, триггер 6 меняет свое состояние и на его прямом выходе появляется сигнал X6⁽¹⁾. Этот сигнал поступает на счетный вход счетчика 5 и сигнал X5⁽¹⁾ исчезает на первом разряде. Появление сигнала на любом высшем разряде счетчика 5 приводит к запиранию элемента И9 по третьему входу, что препятствует изменению кода X3 на выходе устройства до очередного измерения, проводимого по сигналу X10 с шины 10 ПУСК.

Число импульсов N, поступивших на вход счетчика 3 и соответственно код X3 на его выходе к концу периода измерений соответствует разности наибольшего и наименьшего мгновенных значений напряжения.

где U_наиб. наибольшее мгновенное значение напряжения;

U_наим. наименьшее мгновенное значение напряжения;

U шаг квантования АЦП 1 по напряжению.

Выражение для определения коэффициента пульсации постоянного напряжения в процентах имеет вид



где U_н номинальное значение пульсирующего напряжения.

Код на выходе устройства пропорционален коэффициенту пульсации исследуемого напряжения

K_пульс K₁N,

где

K₁ коэффициент пропорциональности



Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить оценку коэффициента пульсации постоянного напряжения. Точность измерения зависит от числа разрядов АЦП и частоты генератора. При частоте импульсов генератора 200 кГц и восьмиразрядном АЦП погрешность измерений коэффициента пульсации не превышает 0,004, а время измерения составляет 0,5.1,5 периода пульсации исследуемого напряжения.