SU1476399A1 - Harmonic factor measuring instrument - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при исследовании характеристик электрических сигналов, например коэффициенты гармоник. Устройство содержит полосно-пропускающий фильтр 1, преобразователь 2 сигнала, полосно-заграждающий фильтр 5, измеритель 6 действующего значени , блок 8 сравнени , интегратор 10, преобразователь 12 сигнала, переключатели 3,7 запоминающий блок 9, блок 11 управлени , делитель 13 переменого напр жени  и сумматор 14,  вл ющихс  выходом преобразовател  2 сигнала. Устройство работает в два такта. Погрешность измерител  6 действующего значени  не входит в результат измерени  коэффициента гармоник Кг, а вли ние параметра λ - коэффициента основной гармоники полосно-заграждающего фильтра 5 можно существенно уменьшить за счет выполнени  услови  настройки Кп = 1, где Кп - коэффициент преобразовани  пропускающего фильтра на частоте основной гармоники. Поэтому устройство позвол ет получить высокие показатели точности и чувствительности. 1 ил.The invention can be used to study the characteristics of electrical signals, such as harmonic coefficients. The device contains a band-pass filter 1, a signal converter 2, a band-rejection filter 5, an effective value meter 6, a comparison block 8, an integrator 10, a signal converter 12, switches 3.7, a storage unit 9, a control block 11, a variable divider 13 and an adder 14, being the output of the signal converter 2. The device works in two cycles. The error of the meter 6 of the effective value is not included in the result of measuring the harmonic coefficient Kg, and the effect of the parameter λ, the fundamental harmonic factor of the band-rejection filter 5, can be significantly reduced by fulfilling the tuning condition Kp = 1, where Kp is the transform filter of the transmitting filter at the fundamental frequency harmonics. Therefore, the device allows to obtain high accuracy and sensitivity. 1 il.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может использоватьс  при исследовании характеристик электрических сигналов.The invention relates to electrical measuring technology and can be used in the study of the characteristics of electrical signals.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  коэффициента гармоник и уменьшение аппаратурных чатрат.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the harmonic coefficient and reduce hardware chatrat.

На чертеже представлена структурна  схема измерител  коэффициента гармоник.The drawing shows a structural diagram of the harmonic coefficient meter.

Устройство содержит пропускающий полосно-пропускающий фильтр 1, выход которого соединен с сигнальным входом преобразовател  2 сигнала, выход которого соединен с одним вхо- дом первого переключател  3, другой вход которого объединен с входом пропускающего фильтра 1, соединен с клеммой 4 входного сигнала. Выход первого переключател  3 соединен через заграждающий полосно-заграждаю- щий фильтр 5 с входом измерител  6 действующего значени , выход которого подключен к входу второго переключател  7, один выход которого подключен к первому входу блока 8 сравнени , а второй выход через заThe device contains a band-pass filter that passes through 1, the output of which is connected to the signal input of the signal converter 2, the output of which is connected to one input of the first switch 3, the other input of which is connected to the input of the passing filter 1, is connected to the input terminal 4 of the signal. The output of the first switch 3 is connected via a stopband-blocking filter 5 to the input of the meter 6 of the effective value, the output of which is connected to the input of the second switch 7, one output of which is connected to the first input of the comparison unit 8, and the second output through

поминающий блок 9 - к второму входу блока 8 сравнени , выход которого через интегратор 10 соединен с управл ющим входом преобразовател  2 сигнала . Блок 11 управлени  соединен с управл ющими входами переключателей 3 и 7. Преобразователь 2 сигнала содержит соединенные последовательно преобразователь 12 сигнала основной гармоники в пропорциональный по действующему значению сигнал высших гар моник (например двухполупериодный выпр митель) и делитель 13 переменного напр жени  с регулируемым калиброванным значением коэффициента делени , выход которого соединен с одним входом сумматора 14, второй вход которого соединен с входом преобразовател  12, а выход сумматора 14  вл етс  выходом преобразовател  2. Управл ющий вход делител  13 напр жени   вл етс  управл ющим входом преобразовател  2.the repeater unit 9 is connected to the second input of the comparator unit 8, the output of which is connected through the integrator 10 to the control input of the signal converter 2. The control unit 11 is connected to the control inputs of the switches 3 and 7. The signal converter 2 comprises a primary harmonic signal converter 12 connected in series to a higher-harmonic signal proportional to the actual value (for example, a full-wave rectifier) and a variable voltage divider 13 with an adjustable calibrated coefficient value division, the output of which is connected to one input of the adder 14, the second input of which is connected to the input of the converter 12, and the output of the adder 14 is the output of the the forming 2. The control input 13 voltage divider is a control input of the inverter 2.

Устройство работает в два такта. Работой ключей 3,7 управл ет блок 11 управлени . В исходном состо нии переключатели 3,7 наход тс  в положени « и исследуемый входной сигнал U дх преобразуетс  заграждающим фильтром 5 и измерителем 6 действующего значеThe device works in two cycles. The operation of the keys 3.7 is controlled by the control unit 11. In the initial state, the switches 3.7 are in the "position" and the input signal U dx under investigation is converted by the fencing filter 5 and the meter 6

ни . Результат этого преобразовани  U. запоминаетс  запоминающим блоком 9.neither The result of this conversion U. is stored by the memory unit 9.

u,(i +#) кХ+ к«иu, (i + #) kx + k “and

8и98 and 9

(О(ABOUT

00

00

5five

КTO

оabout

где U0,US - действующее значениеwhere U0, US is the actual value

соответственно основной и высших гармоник исследуемого сигнала U6x; коэффициенты преобразовани  заграждающего фильтра 5 соответственно на частотах основной и высших гармоник; относительна  погрешность измерител  6 действующего значени .respectively, the main and higher harmonics of the signal under study U6x; fencing filter conversion factors 5, respectively, at fundamental and higher harmonic frequencies; the relative error of the meter 6 is the current value.

сигналу с блока 11 управлени  переключатели 3,7 перевод тс  в положение J и исследуемый сигнал U6x преобразуетс  пропускающим фильтром 1, на выходе которого образуетс  сигнал основной гармоникиthe signal from the control unit 11 switches 3.7 are switched to the J position and the signal U6x under investigation is converted by the pass filter 1, the output of which produces the main harmonic signal

U-j К п о U-j K p about

К(ГK (G

f Затем поf Then by

(2)(2)

где К п - коэффициент преобразовани  пропускающего фильтра 1 на частоте основной гармоники.where K p is the conversion coefficient of the transmission filter 1 at the fundamental frequency.

Полученный сигнал основной гармоники U1 преобразуетс  в преобразователе 2 сигнала преобразователем 12 во вспомогательный сигнал высших гармоникThe received signal of the main harmonic U1 is converted in converter 2 of the signal by converter 12 into an auxiliary signal of higher harmonics.

U3 КПр1ЧU3 KPR1CH

(3)(3)

причем коэффициент преобразовани  преобразовател  12 выбирают равным 1,при этом обеспечиваетс  равенство действующих значений сигналов Us,moreover, the conversion factor of the converter 12 is chosen to be 1, while ensuring the equality of the effective values of the signals Us,

U7U7

U3 Ui(4)U3 Ui (4)

В качестве такого преобразовател  может использоватьс , например, двухполупериодный выпр митель, который преобразует синусоидальный сигнал основной гармоники в сигнал высших гармоник такого же действующего значени  и не содержащего основной гармоники , затем сигнал U3 преобразуетс  делителем 13 с коэффициентом делени  К а, на выходе которого сигналAs such a converter, a full-wave rectifier can be used, for example, which converts the sinusoidal signal of the main harmonic to a higher harmonic signal of the same effective value and not containing the main harmonic, then the signal U3 is transformed by a divider 13 with a division factor of K a, the output of which is

равенequals

о.about.

и« and"

ОДOD

(5)(five)

В сумматоре 14 складываетс  сигнал основной гармоники U и сигналIn the adder 14, the main harmonic signal U and the signal

высших гармоник U4. Поэтому на выходе сумматора 14 преобразовател  2 действующее значение сигнала равноhigher harmonics U4. Therefore, at the output of the adder 14 of the Converter 2, the effective value of the signal is

U5U5

-VJT;-VJT;

и;and;

После преобразовани  этого сигнала в заграждающем фильтре 5 и преобразователе действующего значени  на первый д вход блока 8 сравнени  поступает сигналAfter converting this signal in the fencing filter 5 and the actual value converter, the first g input of the comparison unit 8 receives the signal

u4 (i+«f) K.VKopKX,u4 (i + “f) K.VKopKX,

(7) 15(7) 15

а на второй вход блока 8 сравнени  - выходной сигнал U, запоминающего блока 9, полученный в первом такте. Выходной сигнал блока сравнени , пройд  через интегратор 10, измен ет ко- 0 эффициент делени  К делител  13 до достижени  равенства напр жений на обоих входах блока 8 сравнени , т.е. до выполнени  услови .and to the second input of the comparison unit 8, the output signal U of the storage unit 9, obtained in the first cycle. The output signal of the comparator unit, passing through the integrator 10, changes the division factor K of the divider 13 until the stresses on both inputs of the comparator unit 8 are equal, i.e. until satisfied.

д d

1515

Таким образом, результат измерени  Кг исследуемого сигнала отсчитываетс  по значению Kg делител  13 или( в случае линейного закона управлени  коэффициентом К j делител  13 выходным сигналом U В4,к интегратора 10 результат измерени  К г пропорционален выходному сигналу Uftblx интегратора 10.Thus, the measurement result Kg of the signal under investigation is measured by the value Kg of the divider 13 or (in the case of a linear law of controlling the coefficient K j of the divider 13 by the output signal U B4, to the integrator 10, the result of measuring K g is proportional to the output signal Uftblx of the integrator 10.

Определим результирующую погрешность измерени  коэффициента гармоник К г с учетом неточного выполнени  условий настройки, т.е. с учетом относительных погрешностей j-n , уп соответственно преобразовател  и пропускающего фильтра 1. В этом случаеDetermine the resulting measurement error of the harmonic coefficient Kg, taking into account the inaccurate fulfillment of the tuning conditions, i.e. taking into account the relative errors jn, yn, respectively, of the converter and the transmission filter 1. In this case

1one

2V2V

КTO

1 + п1 + n

(12)(12)

Относительна  погрешность результата измерени  с учетом (10) равнаThe relative error of the measurement result with regard to (10) is equal to

1one

р R

I+-J&- 0-к,)-1I + -J & - 0-k,) - 1

N гN g

(13)(13)

т.е. значение коэффициента К делител  13 напр жени  численно равно значению измер емого коэффициента гармоник Кг исследуемого сигнала. Причем погрешность с измерител  6 действующего значени  и параметр заграждающего фильтра 5 не вли ют в этом случае на результат измерени .those. the value of the coefficient K of the voltage divider 13 is numerically equal to the value of the measured harmonic coefficient Kg of the signal under study. Moreover, the error from the meter 6 of the current value and the parameter of the blocking filter 5 in this case do not affect the measurement result.

Подставл   (12) в (13), и после несложных преобразований, пренебрега  членами второго пор дка малости, получаемSubstituting (12) into (13), and after simple transformations, neglecting the members of the second order of smallness, we get

ТРTR

Упр Control

+ in к г+ in to

(14)(14)

5five

00

5five

00

5five

составл юща  погТаким образом, решностиconstituting the solution

jЈ J n jЈ J n

содержаща  параметр заграждающего фильтра 5 (коэффициент подавлени  основной гармоники ), в выражении (14) дл  погрешности результата измерени  входит сомножителем -JV и при выполнении услови  К л , т.е. iпри уп 0, параметры рекекторного фильтра 5 не вли ют на погрешность результата измерени . В этом случае можно обходитьс  без режекторного фильтра 1. Однако равенство К „ 1 в реальных устройствах выделени  основной гармоники (пропускающей фильтр 1) выполн етс  с погрешностью у , поэтому дл  получени  высокой точности измерени  коэффициента гармоник необходимость в фильтре 1 остаетс , но в этом случае вли ние коэффициента подавлени  А заграждающего фильтра 5 на погрешность результата измерени  уменьшаетс  благодар  множителю у„.containing the blocking filter parameter 5 (primary harmonic suppression factor), in expression (14) for error of the measurement result is a factor -JV and when the condition K l, i.e. When set 0, the parameters of the detector filter 5 do not affect the accuracy of the measurement result. In this case, it is possible to do without a notch filter 1. However, the equality K 1 1 in real primary harmonic separation devices (passing filter 1) is fulfilled with an error of y, therefore, to obtain a high accuracy of measuring the harmonic coefficient, the need for filter 1 remains, but in this case The effect of suppression factor A of the filter block 5 on the measurement result error is reduced due to the multiplier y.

Минимальное значение измер емого коэффициента гармоник (чувствительность ) в устройстве-прототипе ограничиваетс  селективными свойствами (коэффициента ) заграждающих фильтров, т.е. прототип не позвол ет измер ть значени  коэффициента гармоник меньше, чем коэффициент подавлени  из-за наличи  при этол в выходном сигнале заграждающего фильтра основной гармоники по уровню, превышающему высшие гармоники, и погрешность измерени  в этом случае превышает 100%. В предлагаемом устройстве как следует из (14), при fp 100%, |-п 1%, пренебрега The minimum value of the measured harmonic coefficient (sensitivity) in the prototype device is limited by the selective properties (coefficient) of the blocking filters, i.e. The prototype does not allow measuring harmonic values less than the suppression factor due to the presence of a primary harmonic filter at the output signal at a level higher than the highest harmonics, and the measurement error in this case exceeds 100%. In the proposed device as follows from (14), at fp 100%, | -n 1%, neglect

,01 + ---.К , 01 + ---. K

гГпр получаем 0,01,(15)GGPR get 0.01, (15)

откудаfrom where

Д 10 КгD 10 Kg

или К г --- (16)or K g --- (16)

Следовательно, по сравнению с прототипом в этом случае в дес ть раз снижаютс  требовани  к селективности (коэффициенту подавлени  основной . гармоники А) заграждающего фильтра или при одинаковой селективности в дес ть раз повышаетс  чувствительность измерени  К г.Therefore, compared with the prototype, in this case, the requirements for selectivity (suppression ratio of the main harmonic A) of the fencing filter are reduced by ten times or the sensitivity of the measurement K is increased tenfold with the same selectivity.

Таким образом, как видно из (10), (14), погрешность измерител  6 действующего значени  не входит в результат измерени  Кг, а вли ние параметра Л заграждающего фильтра 5 может быть существенно уменьшена заThus, as can be seen from (10), (14), the error of the measuring instrument 6 of the effective value is not included in the measurement result of Kg, and the influence of the parameter L of the blocking filter 5 can be significantly reduced due to

счет выполнени  услови  настройки К „ 1. Поэтому устройство позвол ет получить более высокие показатели точности и чувствительности.the counting condition for tuning is K 1. Therefore, the device allows to obtain higher rates of accuracy and sensitivity.

5 five

00

5five

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  коэффициента гармоник, содержащее полос- но-пропускающий фильтр, преобразователь сигнала, полосно-заграждающий фильтр, выход которого соединен с входом измерител  действующего значени , блок сравнени , выход которого соединен с входом интегратора,выход которого подключен к управл ющему входу преобразовател  сигнала, отличающеес  тем, что,с целью повышени  точности измерени , дополнительно введены первый и второй переключатели , запоминающий блок и блок управлени , выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго ключей, выход пропускающего фильтра соединен с сигнальным входом преобразовател  сигнала, выход которого соединен с одним входом первого переключател , другой вход которого объединен с входом пропускающего фильтра 0 и соединен с клеммой входного сигнала , а выход - с входом заграждающего фильтра, выход измерител  действующего значени  соединен с входом второго переключател , один выход которого подключен к первому входу блока сравнени , а второй выход через запоминающий блок - к второму входу блока сравнени .A device for measuring the harmonic coefficient, containing a band-pass filter, a signal converter, a band-stop filter whose output is connected to the input of the effective value meter, a comparison unit whose output is connected to the integrator's input, the output of which is connected to the control input of the signal converter , characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the first and second switches, the storage unit and the control unit are additionally introduced, the output of which is connected to the control inputs First and second keys, the output of the transmission filter is connected to the signal input of the signal converter, the output of which is connected to one input of the first switch, the other input of which is combined with the input of the transmission filter 0 and connected to the input terminal of the input signal, output The effective value meter is connected to the input of the second switch, one output of which is connected to the first input of the comparison unit, and the second output through the storage unit to the second input of the comparison unit. 5five