PL231678B1 - Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage - Google Patents
Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltageInfo
- Publication number
- PL231678B1 PL231678B1 PL412680A PL41268015A PL231678B1 PL 231678 B1 PL231678 B1 PL 231678B1 PL 412680 A PL412680 A PL 412680A PL 41268015 A PL41268015 A PL 41268015A PL 231678 B1 PL231678 B1 PL 231678B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- voltage
- value
- measuring
- signal
- measurement
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 55
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 9
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 101000807547 Homo sapiens E3 ubiquitin-protein ligase UBR4 Proteins 0.000 claims description 8
- 102000003442 UBR4 Human genes 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
W sposobie i układzie mierzy się cztery wartości chwilowe napięcia sinusoidalnie zmiennego w równych odstępach czasu mniejszych od 1/2 okresu T napięcia otrzymując odpowiednio wyniki u1 = u(t1), u2 = u(t2), u3 = u(t3), u4 = u(t4), gdzie t1, t2, t3, t4 są kolejnymi czasami pomiarów. Na podstawie otrzymanych z pomiarów wyników oblicza się wartość parametru pomocniczego θ, a następnie oblicza się wartość skuteczną i fazę początkową napięcia sinusoidalnie zmiennego. Układ zawiera przetwornik analogowo cyfrowy mierzący wartość sygnału napięciowego o wartości proporcjonalnej do napięcia na zaciskach wejściowych. Wynik pomiaru z przetwornika analogowo cyfrowego przesyłany jest do kolejki połączonych szeregowo czterech buforów jednostek pamięci, zachowujących wyniki ostatnich czterech pomiarów, które połączone są z układem obliczania parametrów, który oblicza wartość parametru pomocniczego θ, a następnie oblicza wartość skuteczną i fazę początkową napięcia sinusoidalnie zmiennego, po zmierzeniu pierwszych czterech wartości chwilowych napięcia, oraz po zmierzeniu każdej kolejnej wartości chwilowej napięcia. Obliczone wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego, układ przesyła do interfejsu układu pomiarowego.In the method and system, four instantaneous values of sinusoidally alternating voltage are measured at equal time intervals smaller than 1/2 of the period T of the voltage, obtaining the results u1 = u(t1), u2 = u(t2), u3 = u(t3), u4 = u(t4), where t1, t2, t3, t4 are subsequent measurement times. Based on the results obtained from the measurements, the value of the auxiliary parameter θ is calculated, and then the effective value and the initial phase of the sinusoidally alternating voltage are calculated. The system contains an analog-to-digital converter measuring the value of a voltage signal with a value proportional to the voltage at the input terminals. The measurement result from the analog-to-digital converter is sent to a queue of four buffers of memory units connected in series, storing the results of the last four measurements, which are connected to the parameter calculation system, which calculates the value of the auxiliary parameter θ and then calculates the effective value and the initial phase of the sinusoidally alternating voltage, after measuring the first four instantaneous voltage values, and after measuring each subsequent instantaneous voltage value. The calculated values of the sinusoidally alternating voltage parameters are sent by the system to the interface of the measuring system.
Description
Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego znajdujący zastosowanie przy badaniu właściwości fizycznych elementów obwodów elektrycznych oraz właściwości elektrycznych obwodów prądu sinusoidalnie zmiennego; znajdujący również zastosowanie w układach i sieciach sensorowych oraz biosensorowych (medycynie) oraz systemach energetycznych.The present invention relates to a system for measuring the parameters of sinusoidal alternating voltage, applicable in testing the physical properties of electrical circuit elements and the electrical properties of sinusoidal alternating current circuits; also used in sensor and biosensor systems and networks (medicine) and energy systems.
Znane układy wyznaczania amplitudy zespolonej i fazy początkowej sygnału sinusoidalnie zmiennego próbkowanego okresowo (w równych odstępach czasowych), lecz nie koniecznie próbkowane synchronicznie z badanym sygnałem, oparte są o metody przedstawione w monografii Duda K. „Fourierowskie metody estymacji widm prążkowych”, Rozprawy Monografie 226, Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.Known systems for determining the complex amplitude and the initial phase of a sinusoidal variable signal sampled periodically (at equal time intervals), but not necessarily sampled synchronously with the tested signal, are based on the methods presented in Duda K. , AGH Publishing House, Krakow 2011.
Pierwszą grupę stanowią rozwiązania oparte na interpolacji widma sygnału - IpDFT. Polegają one na wyznaczeniu widma sygnału obejmującego przynajmniej jeden okres z wykorzystaniem odpowiednich okien czasowych. Następnie na podstawie otrzymanego widma wykonuje się estymację najwyższego prążka, na podstawie, którego estymuje się wartość częstotliwości i amplitudy zespolonej sygnału. Rozwiązania te charakteryzują się koniecznością zbierania próbek z ponad jednego pełnego okresu, dużą złożonością obliczeniową, błędami związanymi z „przeciekiem” okna wynikającymi z asynchronizmu okresu próbkowania i okresu mierzonego napięcia, oraz koniecznością wyznaczania niewymiernych funkcji trygonometrycznych.The first group consists of solutions based on signal spectrum interpolation - IpDFT. They consist in determining the spectrum of the signal covering at least one period with the use of appropriate time windows. Then, on the basis of the obtained spectrum, the highest fringe is estimated, on the basis of which the value of the frequency and amplitude of the complex signal is estimated. These solutions are characterized by the necessity to collect samples from more than one full period, high computational complexity, errors related to "leakage" of the window due to the asynchronism of the sampling period and the period of the measured voltage, and the necessity to determine irrational trigonometric functions.
Drugą grupę stanowią rozwiązania, które wykorzystują metody parametryczne w oparciu między innymi o filtr Kalmana, a zwłaszcza jego szczególny przypadek, jakim jest filtr adaptacyjny RLS (Recursive Least Squares), czy też w oparciu o programową pętlę fazową PLL (Phase Locked Loop). Według tekstu cytowanej monografii rozwiązania wykorzystujące modele parametryczne posiadają lepszą rozdzielczość częstotliwościową od metod DFT, lecz charakteryzują się jeszcze większą złożonością obliczeniową w stosunku do metod DFT oraz trudnością w doborze modelu.The second group consists of solutions that use parametric methods based, inter alia, on the Kalman filter, especially its special case, which is the RLS (Recursive Least Squares) adaptive filter, or based on the PLL (Phase Locked Loop) software. According to the text of the quoted monograph, solutions using parametric models have better frequency resolution than DFT methods, but are characterized by even greater computational complexity in relation to DFT methods and difficulty in selecting the model.
Znane rozwiązania charakteryzują się przede wszystkim koniecznością zbierania wielu próbek z ponad jednego pełnego okresu oraz dużą złożonością obliczeniową, co stanowi ich istotną wadę, zwłaszcza w przypadku przenośnych multimetrów bateryjnych. W takich multimetrach bardzo istotne jest wykorzystywanie jak najmniejszej mocy obliczeniowej pozwalającej na obniżenie częstotliwości pracy mikroprocesora, a tym samym i wykorzystywanej energii elektrycznej, co ma znaczący wpływ na koszt pracy i żywotność baterii. Dodatkowo zbieranie próbek z przynajmniej jednego okresu ma także wpływ na czas otrzymywania wyników analiz.The known solutions are characterized, first of all, by the necessity to collect many samples from more than one full period and high computational complexity, which is their significant disadvantage, especially in the case of portable battery multimeters. In such multimeters, it is very important to use the smallest computing power that allows to reduce the microprocessor operating frequency, and thus the electricity used, which has a significant impact on the cost of work and battery life. In addition, collecting samples from at least one period also affects the time taken to obtain the analysis results.
Istotą układu do pomiaru wartości skutecznej i fazy początkowej napięcia sinusoidalnie zmiennego według wynalazku jest to, że układ ten zawiera parę zacisków wejściowych, do których przyłączone jest źródło napięcia sinusoidalnie zmiennego, w szczególności generator napięcia sinusoidalnie zmiennego. Do pary zacisków wyjściowych przyłączony jest układ przetwarzający napięcie na wejściu na sygnał napięciowy o napięciu proporcjonalnym do napięcia na wejściu, w szczególności wzmacniacz różnicowy. Do wyjścia układu przetwarzającego napięcie wejściowe przyłączone jest wejście analogowe przetwornika analogowo cyfrowego. Pomiar w przetworniku tym wzbudzany jest przez sygnał pochodzący z układu generatora cyfrowego sygnału zegarowego w równych odstępach czasu Ts, który jest mniejszy od % z okresu T badanego napięcia. Wyjście cyfrowe przetwornika analogowo cyfrowego połączone jest z buforem jednostki pamięci zawierającym wartość ostatniego pomiaru i stanowiącym jeden z czterech buforów połączonych ze sobą szeregowo i zawierających wartości ostatnich czterech pomiarów ui = u(ti), U2 = ufa), U3 = ufa), U4 = ufa), gdzie ti, t2, t3, t4 są kolejnymi czasami pomiarów. Natomiast wyjścia buforów jednostek pamięci przyłączone są do wejścia układu obliczania parametrów. Układ ten wzbudzany jest po zebraniu pomiarów, czyli po zmierzeniu pierwszych czterech wartości chwilowych napięcia oraz po zmierzeniu każdej kolejnej wartości chwilowej napięcia. Wzbudzanie układu obliczania parametrów realizowane przez układ bufora resetu o długości 4, którego wejście przyłączone jest do wyjścia sygnału cyfrowego z połączonych ze sobą szeregowo czterech buforów jednostek pamięci przyłączonych do przetwornika analogowo cyfrowego informującego, że w kolejce buforów została zapisana wartość pomiaru. Układ bufora resetu resetowany jest w momencie rozpoczęcia pomiaru i zlicza cyfrowe sygnały inicjacyjne na swoim wejściu. W momencie gdy nadejdzie pierwszy, drugi lub trzeci sygnał inicjacyjny układ bufora resetu nie przekazuje sygnału wzbudzenia, natomiast w przypadku nadejścia czwartego i kolejnych sygnałów inicjacyjnych układ bufora resetu przekazuje sygnał wzbudzenia do układu obliczania parametrów. Po wzbudzeniu układ obliczania parametrów oblicza parametr pomocniczy Θ według wzoru:The essence of the system for measuring the effective value and the initial phase of a sinusoidal alternating voltage according to the invention is that the circuit comprises a pair of input terminals to which a source of a sinusoidal alternating voltage is connected, in particular a generator of a sinusoidal alternating voltage. Connected to a pair of output terminals is a circuit converting the input voltage into a voltage signal with a voltage proportional to the input voltage, in particular a differential amplifier. The analog input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the system converting the input voltage. The measurement in this converter is excited by the signal coming from the digital clock signal generator system at equal time intervals Ts, which is smaller than% of the period T of the tested voltage. The digital output of the analog-to-digital converter is connected to the memory unit buffer containing the value of the last measurement and constituting one of four buffers connected in series and containing the values of the last four measurements ui = u (ti), U2 = ufa), U3 = ufa), U4 = trust), where ti, t2, t3, t4 are consecutive measurement times. In contrast, the outputs of the memory unit buffers are connected to the input of the parameter calculator. This system is activated after collecting the measurements, i.e. after measuring the first four instantaneous voltage values and after measuring each successive instantaneous voltage value. The excitation of the parameter calculation system is performed by the reset buffer circuit with a length of 4, the input of which is connected to the digital signal output from four interconnected buffers of memory units connected to the analog-to-digital converter informing that the measurement value has been written in the buffer queue. The reset buffer circuit is reset when the measurement is started and counts the digital initiation signals on its input. When the first, second or third initiation signal arrives, the reset buffer circuit does not transmit the wake-up signal, but when the fourth and subsequent initiation signals arrive, the reset buffer circuit transmits the wake-up signal to the parameter calculator. After excitation, the parameter calculation system calculates the auxiliary parameter Θ according to the formula:
PL 231 678 Β1PL 231 678 Β1
4w2 = 04in 2 = 0
Ψ 0 Λ Μ2 + 4μ2 (μ2 + ιιΑ) < 0Ψ 0 Λ Μ 2 + 4μ 2 (μ 2 + ιι Α ) <0
Ψ Ο Λ Μ,2 + 4«2 (μ2 + UĄ ) > Ο Λ U, + 2μ3 < Ο ψ Ο Λ Μ,2 + 4«2 (μ2 + η4 ) > Ο Λ W, + 2μ3 > Ο przy czym jeżeli obliczona wartość parametru Θ spełnia warunek |θ| > 1- ε gdzie ε e (0; ΙΟ1], to wartość ta zmieniana jest na wartość wyznaczaną według wzoru:Ψ Ο Λ Μ, 2 + 4 « 2 (μ 2 + U Ą )> Ο Λ U, + 2μ 3 <Ο ψ Ο Λ Μ, 2 + 4« 2 (μ 2 + η 4 )> Ο Λ W, + 2μ 3 > Ο where if the calculated value of the parameter Θ meets the condition | θ | > 1- ε where ε e (0; ΙΟ 1 ], then this value is changed to the value determined according to the formula:
θ = -ί + ε θ = 1-ε dla <9 < 0 dla Θ > 0θ = -ί + ε θ = 1-ε for <9 <0 for Θ> 0
Następnie na podstawie obliczonej wartości parametru pomocniczego Θ oraz czterech wartości chwilowych napięcia układ ten oblicza następujące parametry:Then, based on the calculated value of the auxiliary parameter Θ and the four instantaneous values of voltage, the system calculates the following parameters:
• napięcie skuteczne USk według wzoru:• effective voltage U S k according to the formula:
rr iu) —2u,u36 + ul yy iu) —2u, u 3 6 + ul
U - a.-—-2-2Θ1 fazę początkową dla ti = 0 według wzoru:U - a .-—- 2-2Θ 1 initial phase for ti = 0 according to the formula:
arctg i ———y/l-θ1 -180° d fa w2 - uf) < 0 λ w, <0 arctgarctg i ——— y / l-θ 1 -180 ° d fa w 2 - uf) <0 λ w, <0 arctg
- -90” 0°- -90 ”0 °
90° u2—u}e90 ° u 2 — u } e
Vl-ć?2 +180° dla «,-«,#< Ολ«,> 0 dla w2 -uf) — Ολη, <0 dla w2 — = Ολμ, = 0 dla w2 —uf) — ΟλWj >0 dla w2 -uf) > 0 dla funkcji napięcia względem czasu wyrażonej wzorem:Vl-æ? 2 + 180 ° for «, -«, # <Ολ «,> 0 for w 2 -uf) - Ολη, <0 for w 2 - = Ολμ, = 0 for w 2 —uf) - ΟλWj> 0 for w 2 -uf)> 0 for the voltage versus time function expressed by the formula:
V2 «Μ=^-1^1^(^+^) fazę początkową dla t4 = 0 według wzoru:V2 «Μ = ^ - 1 ^ 1 ^ (^ + ^) initial phase for t4 = 0 according to the formula:
arctg arctgarctg arctg
-90°-90 °
0* arctg uf) - u3 — I -180 dla uf) -u, < 0 λ w4 <0 + 180° dla uf) - ti3 < 0 λ w4 > 0 dla uf)—u3 = 0λμ4 <0 dla uf)—«3 = 0λη4 =0 dla uf) — w3 = 0λη4 >0 uf)-u3 dla m4#-w3 > 00 * arctg uf) - u 3 - I -180 for uf) -u, <0 λ w 4 <0 + 180 ° for uf) - ti 3 <0 λ w 4 > 0 for uf) —u 3 = 0λμ 4 <0 for uf) - « 3 = 0λη 4 = 0 for uf) - w 3 = 0λη 4 > 0 uf) -u 3 for m 4 # -w 3 > 0
PL 231 678 Β1 dla funkcji napięcia względem czasu wyrażonej wzorem:PL 231 678 Β1 for the function of voltage versus time expressed by the formula:
u W=^-hlsin(^+^4) u W = ^ - hl sin (^ + ^ 4)
Występujący we wzorze na napięcie skuteczne współczynnik a jest stałą charakterystyczną dla danego układu pomiarowego będącą współczynnikiem proporcji pomiędzy wartością napięcia na zaciskach wejściowych układu a wartością na wyjściu przetwornika analogowo cyfrowego. Jednostką współczynnika a jest wolt [V], Współczynnik ten stosuje się w celu przekształcenia wyniku na wyjściu przetwornika analogowo cyfrowego będącego liczbą całkowitą na wynik będący wielkością fizyczną napięcia na wejściu układu pomiarowego. Obliczone wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego układ obliczania parametrów przekazuje w sposób pośredni lub bezpośredni do interfejsu układu pomiarowego.The coefficient a appearing in the formula for effective voltage is a constant characteristic for a given measuring system, which is the ratio of the ratio between the voltage value at the input terminals of the system and the value at the output of the analog-digital converter. The unit of the coefficient a is volt [V]. This coefficient is used to transform the result at the output of the analog-digital converter, which is an integer, into a result which is the physical quantity of the voltage at the input of the measuring system. The calculated values of the sinusoidal alternating voltage parameters are transferred directly or indirectly by the parameter calculation system to the measurement system interface.
Zaletą układu do pomiaru wartości skutecznej i fazy początkowej napięcia sinusoidalnie zmiennego jest minimalna liczba próbek pomiarowych, krótki czas pomiaru mogący być krótszy od jednego okresu mierzonego napięcia, możliwość próbkowania asynchronicznego, zmniejszenie kosztu energetycznego i czasu wyznaczania parametrów. Dodatkowo, przy wyznaczaniu wartości napięcia skutecznego nie są wykorzystywane funkcje trygonometryczne, a jedynie podstawowe operacje: dodawania, odejmowania, mnożenia dzielenia i pierwiastkowania; natomiast przy wyznaczaniu fazy początkowej wykorzystywana jest dodatkowo jedynie funkcja arctg. Szczególną zaletą układu wyróżniającą go na tle innych rozwiązań jest to, że przy założeniu braku błędu pomiarowego i numerycznego, wyznaczone parametry nie posiadają błędu wynikającego z sposobu pomiaru, czyli uzyskany wynik jest dokładny.The advantage of the system for measuring the effective value and the initial phase of sinusoidal alternating voltage is the minimum number of measurement samples, a short measurement time that can be shorter than one period of the measured voltage, the possibility of asynchronous sampling, reduction of the energy cost and time of determining parameters. Additionally, when determining the effective voltage value, trigonometric functions are not used, but only the basic operations: addition, subtraction, multiplication, division and square root; while in determining the initial phase, only the arctg function is additionally used. A special advantage of the system, which distinguishes it from other solutions, is that, assuming no measurement and numerical error, the determined parameters do not have an error resulting from the measurement method, i.e. the obtained result is accurate.
Wynalazek zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku Fig. 1, który przedstawia ogólnie układ pomiarowy, w którym generator G, podłączony do zacisków wejściowych toru pomiarowego, reprezentuje symbolicznie układ generujący sinusoidalnie zmienne napięcie.The invention will be illustrated in an embodiment in Fig. 1, which shows a general measurement system, in which the generator G, connected to the input terminals of the measurement line, symbolically represents a system generating a sinusoidal alternating voltage.
Układ pomiarowy jest przystosowany do obsługi przez użytkownika za pomocą interfejsu INT. Poprzez interfejs INT użytkownik może nastawić parametry pracy układu pomiarowego, uruchomić pomiar czy też odczytać wyniki pomiaru. Interfejs INT połączony jest dwukierunkową magistralą cyfrową z kontrolerem interfejsu KI.The measuring system is adapted to be operated by the user via the INT interface. Through the INT interface, the user can set the operating parameters of the measuring system, start a measurement or read the measurement results. The INT interface is connected by a bi-directional digital bus with the KI interface controller.
Kontroler interfejsu KI jest przystosowany do pracy w dwóch trybach: w trybie nastawiania parametrów pomiaru oraz w trybie pomiarowym. W trybie nastawiania parametrów pomiaru kontroler KI obsługuje interfejs INT - pobiera parametr nastawczy okresu próbkowania oraz pobiera komendę o rozpoczęciu pomiaru. Dodatkowo kontroler KI zapisuje parametr pracy układu - okres taktowania zegara Tclk za pomocą magistrali cyfrowej w jednostce pamięci TC, gdzie okres Tclk jest równy okresowi próbkowania Ts.The KI interface controller is adapted to work in two modes: in the measurement parameter setting mode and in the measurement mode. In the measurement parameter setting mode, the KI controller supports the INT interface - it downloads the sampling period setting parameter and gets the command to start the measurement. In addition, the KI controller writes the system operation parameter - the clock timing period Tclk via the digital bus in the memory unit TC, where the Tclk period is equal to the sampling period T s .
W momencie nadejścia z interfejsu INT komendy o inicjacji pomiaru, kontroler interfejsu KI wysyła do interfejsu INT informację o rozpoczęciu pomiaru oraz wysyła sygnał cyfrowy do zegara CLK i do układu bufora resetu o długości 4 w celu rozpoczęcia pomiarów. Następnie kontroler KI zawiesza swe działanie w trybie komunikacji, przechodząc do trybu oczekiwania do momentu pojawienia się sygnału cyfrowego informującego o wyznaczeniu wartości parametrów mocy pochodzącego z układu obliczania parametrów UOP.When the command to initiate the measurement is received from the INT interface, the KI interface controller sends to the INT interface the information about the start of the measurement and sends a digital signal to the CLK clock and to the reset buffer system with a length of 4 in order to start the measurements. Then the KI controller suspends its operation in the communication mode, entering the standby mode until the appearance of a digital signal informing about the determination of the power parameters value from the UOP parameter calculator.
W momencie pojawienia się sygnału wyznaczenia wartości parametrów z układu UOP, kontroler interfejsu KI odczytuje za pomocą magistral cyfrowych wyznaczone parametry napięcia sinusoidalnie zmiennego: wartość skuteczną napięcia Usk zapisaną w jednostce pamięci USK, fazę początkową φι dla czasu ti = 0 zapisaną w jednostce pamięci φ1 oraz fazę początkową dla czasu T = 0 zapisaną w jednostce pamięci φ4 i wysyła je do interfejsu INT. Następnie kontroler interfejsu sprawdza za pomocą magistrali cyfrowej, czy na interfejsie nie ma komunikatu o zakończeniu pomiarów. Jeżeli nie ma komunikatu o zakończeniu pomiarów to kontroler interfejsu KI pozostaje w trybie pomiarowym, oczekując na kolejny sygnał z okładu UOP informujący o kolejnym wyznaczeniu wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego powtarza całą procedurę trybu pomiarowego. W przypadku, gdy kontroler interfejsu odczyta z interfejsu INT komunikat o zakończeniu pomiarów, kontroler KI wysyła do kontrolera KTP sygnał cyfrowy o zakończeniu pomiarów i następnie powraca do trybu nastawiania parametrów pomiaru.At the moment of the appearance of the parameter determination signal from the UOP system, the KI interface controller reads the determined sinusoidal alternating voltage parameters via digital buses: RMS voltage Usk stored in the USK memory unit, the initial phase φι for the time ti = 0 stored in the memory unit φ1 and the initial phase for the time T = 0 stored in the memory unit φ4 and sends them to the INT interface. The interface controller then checks via the digital bus if there is no message on the interface on the measurement completion. If there is no message about the completion of the measurements, the KI interface controller remains in the measurement mode, waiting for the next signal from the UOP circuit, informing about the next determination of the sinusoidal alternating voltage parameters, and repeats the entire procedure of the measurement mode. If the interface controller reads the measurement completion message from the INT interface, the KI controller sends a digital signal to the KTP controller about the completion of the measurements and then returns to the measurement parameter setting mode.
Po nadejściu cyfrowego sygnału inicjacyjnego z kontrolera interfejsu KI, następuje reset układów UBR4 i CLK. Następnie zegar CLK odczytuje za pomocą magistrali cyfrowej wartość okresu zegaraWhen a digital initiation signal comes from the KI controller, the UBR4 and CLK are reset. The CLK clock then reads the clock period value via the digital bus
PL 231 678 Β1PL 231 678 Β1
Tclk z jednostki pamięci TC i na jej podstawie ustawia swój okres pracy. Zadaniem zegara jest wzbudzanie pomiaru w przetworniku ADC, którego wejście zewnętrznego wzbudzania pomiaru połączone jest z wyjściem zegara. Wejście analogowe przetwornika ADC połączone jest z wyjściem wzmacniacza W, którego wejście różnicowe przyłączone jest do zacisków generatora G. Zadaniem wzmacniacza W jest kondycjonowanie odpowiednio napięcia generatora G do zakresu przetwornika ADC. Oznacza to, że napięcie na wyjściu wzmacniacza W w odniesieniu do masy jest wprost proporcjonalne do napięcia na zaciskach generatora G oraz wzmocnienie wzmacniacza jest tak dobrane, aby przy zadanym zakresie pomiarowym napięcie na jego wyjściu nie przekraczało zakresu pracy przetwornika ADC.Tclk from the TC memory unit and sets its working period based on it. The task of the clock is to trigger the measurement in the ADC converter, whose input of external excitation of the measurement is connected with the clock output. The analog input of the ADC converter is connected to the output of the W amplifier, the differential input of which is connected to the terminals of the G generator. The task of the W amplifier is to condition the voltage of the G generator to the range of the ADC converter. This means that the voltage at the output of the amplifier W in relation to the mass is directly proportional to the voltage at the terminals of the generator G and the gain of the amplifier is selected so that at a given measuring range, the voltage at its output does not exceed the operating range of the ADC converter.
Przetwornik ADC po zakończeniu pomiaru wartości chwilowej napięcia wysyła sygnał cyfrowy o zakończeniu przetwarzania do bufora jednostki pamięci U1. Dodatkowo przetwornik ADC przesyła za pomocą magistrali cyfrowej wynik pomiaru do bufora jednostki pamięci U4. Bufory jednostek pamięci U1-U4 posiadają jedno wejście cyfrowe, które inicjuje zapis wartości na wejściu bufora połączonego z magistralą cyfrową. Po zapisaniu wartości do bufora, jej wartość jest podawana na wyjście połączone z magistralą cyfrową oraz wysyłany jest cyfrowy sygnał inicjacyjny do innego układu cyfrowego. Bufory te są połączone w taki sposób, że wartość z przetwornika ADC podawana jest najpierw do bufora jednostki pamięci U4, następnie z bufora U4 do U3, z U3 do U2 z U2 do U1; natomiast cyfrowy sygnał inicjacyjny po zakończeniu pomiaru przez przetwornik ADC podawany jest do bufora U1, następnie z bufora U1 do U2, z U2 do U3 i z U3 do U4. Na końcu cyfrowy sygnał wzbudzenia z bufora jednostki pamięci U4 podawany jest do układu bufora resetu UBR4. Taki schemat połączeń sprawia, że na wyjściach buforów U1-U4 są kolejno wartości ostatnich czterech pomiarów, przy czym w buforze U4 jest wartość ostatniego pomiaru. Wartości na wyjściach wszystkich buforów U1-U4 podawane są za pomocą magistral cyfrowych do układu obliczania parametrów UOP.After completing the measurement of the instantaneous voltage value, the ADC converter sends a digital signal about the completion of processing to the buffer of the U1 memory unit. Additionally, the ADC converter sends the measurement result to the buffer of the U4 memory unit via the digital bus. The U1-U4 memory unit buffers have one digital input, which initiates writing of the value at the input of the buffer connected to the digital bus. After writing the value to the buffer, its value is fed to the output connected to the digital bus and the digital initiation signal is sent to another digital circuit. These buffers are connected such that the value from the ADC is supplied first to the buffer of the memory unit U4, then from the buffer U4 to U3, from U3 to U2 from U2 to U1; while the digital initiation signal, after the measurement is completed by the ADC converter, is fed to the U1 buffer, then from the U1 to U2 buffer, from U2 to U3 and from U3 to U4. Finally, the digital wake-up signal from the memory unit buffer U4 is fed to the reset buffer chip UBR4. Such a connection scheme means that at the outputs of the U1-U4 buffers there are successively the values of the last four measurements, with the value of the last measurement in the U4 buffer. The values at the outputs of all U1-U4 buffers are given by digital buses to the UOP parameter calculation system.
Układ bufora resetu o długości 4 UBR4 zlicza cyfrowe sygnały inicjacyjne na swoim wejściu. W momencie gdy nadejdzie pierwszy, drugi lub trzeci sygnał inicjacyjny bufor nie przekazuje sygnału wzbudzenia na wyjście, natomiast w przypadku nadejścia czwartego i kolejnych sygnałów inicjacyjnych bufor UBR4 przekazuje sygnał inicjacyjny na swoje wyjście, które połączone jest z wejściem cyfrowym zewnętrznego wzbudzenia układu obliczania parametrów UOP. Oznacza to, że sygnał inicjacyjny będzie podany do układu UOP po zmierzeniu pierwszych czterech wartości chwilowych napięcia i po zmierzeniu każdej kolejnej wartości chwilowej napięcia przez przetwornik ADC.The 4 UBR4 reset buffer chip counts the digital initiation signals on its input. When the first, second or third trigger signal arrives, the buffer does not output an excitation signal, but when the fourth and subsequent trigger signals arrive, the UBR4 sends a trigger signal to its output, which is connected to the digital input of the external excitation of the UOP parameter calculator. That is, a trigger signal will be applied to the UOP after the first four instantaneous voltage values have been measured and after each successive instantaneous voltage value has been measured by the ADC.
Do obliczania wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego na podstawie wartości danych pomiarowych zebranych w buforach U1-U4 służy układ obliczania parametrów UOP. Układ UOP oczekuje na cyfrowy sygnał wzbudzenia z układu bufora resetu UBR4. W momencie odebrania sygnału inicjacyjnego układ UOP odczytuje za pomocą magistral cyfrowych wartości próbek ui z bufora U1, U2 z bufora U2, U3 z bufora U3 oraz U4 z bufora U4 i na ich podstawie oblicza wartość parametru pomocniczego Θ według wzoru:The UOP parameter calculation system is used to calculate the values of sinusoidal alternating voltage on the basis of the measurement data collected in the U1-U4 buffers. The UOP waits for a digital wake-up signal from the UBR4 reset buffer circuit. At the moment of receiving the initiation signal, the UOP system reads, via digital buses, the values of samples ui from the U1 buffer, U2 from the U2 buffer, U3 from the U3 buffer and U4 buffer from the U4 buffer and on their basis calculates the value of the auxiliary parameter Θ according to the formula:
ΘΘ
ΘΘ
ΘΘ
Θ __Θ __
2«,2 «,
4m2 +4m2(m2 + m4) 4«2 w, + + 4m2 (m2 + i/4)4m 2 + 4m 2 (m 2 + m 4 ) 4 « 2 w, + + 4m 2 (m 2 + i / 4 )
4w2 dla u2 = 0 dla u2 ^0λ«,’·+ 4w2(u2 + w4)<0 dla w2 aO λ w2 + 4u, (w2 + m4 ) > 0 λ Wj + 2m3 < 0 dla «2 ψ 0 λ w2 + 4w2 (m2 + w4 ) > 0 λ «, + 2w3 > 0 przy czym jeżeli obliczona wartość parametru Θ spełnia warunek |θ| > 0,9999 to wartość ta zmieniana jest na wartość wyznaczaną według wzoru:4w 2 for u 2 = 0 for u 2 ^ 0λ «, '· + 4w 2 (u 2 + w 4 ) <0 for w 2 aO λ w 2 + 4u, (w 2 + m 4 )> 0 λ Wj + 2m 3 <0 for "0 λ 2 ψ 2 + 4H 2 (m 2 + 4)> 0, λ ', 2w + 3> 0, wherein if the calculated value of the parameter Θ satisfies the condition | θ | > 0.9999, this value is changed into the value determined according to the formula:
f6> =-0,9999 dlać?<0 1,9 = 0,9999 dla<9>0f6> = -0.9999 for? <0 1.9 = 0.9999 for <9> 0
PL 231 678 Β1PL 231 678 Β1
Obliczoną wartość parametru Θ układ UOP za pomocą magistrali cyfrowej zapisuje w jednostce pamięci Θ. Następnie układ UOP wykorzystując dodatkowo zapisaną w jednostce pamięci Θ wartość parametru pomocniczego Θ, która jest odczytywana za pomocą magistral cyfrowych, oblicza i zapisuje następujące wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego:The calculated value of the parameter Θ the UOP system uses the digital bus to save it in the memory unit Θ. Then, the UOP system, using additionally stored in the memory unit Θ value of the auxiliary parameter Θ, which is read by means of digital buses, calculates and saves the following values of sinusoidal alternating voltage parameters:
• fazę początkową dla ti = 0 według wzoru: f '• initial phase for ti = 0 according to the formula: f '
dla funkcji napięcia względem czasu wyrażonej wzorem:for the voltage versus time function given by the formula:
V2 u 7)=^-1^1^(^+^) którą zapisuje za pomocą magistrali cyfrowej w jednostce pamięci φ1 fazę początkową dla L = 0 według wzoru:V2 u 7) = ^ - 1 ^ 1 ^ (^ + ^) which saves via the digital bus in the memory unit φ1 the initial phase for L = 0 according to the formula:
=i arctg | arctg j= and arctg | arctg j
-90°-90 °
0°0 °
90° arctg ufl-u3 90 ° arctg ufl-u 3
-7l-02 -7l-0 2
-7i-02 -7i-0 2
7i-02 7i-0 2
-180° dla uą6-u3 <0au4 <0 + 180’ dla uĄ0-u3 <0au4 >0 dla uĄ0 - u3 = 0 a uą < 0 dla uft- u3 = 0 a u4 = 0 dla u30 — u3 = Oaw, >0 dia u3O-u3 > 0 dla funkcji napięcia względem czasu wyrażonej wzorem:180 ° for u-u ± 6 3 <0AU 4 <0 + 180 'for U A-0 u 3 <0AU 4> U A 0 of 0 - 3 with au = 0 A <0 of uft- u 3 = 0 au 4 = 0 for u 3 0 - u 3 = Oaw,> 0 dia u 3 Ou 3 > 0 for voltage versus time function expressed as:
u7)=^-Wsin(^+%) którą zapisuje za pomocą magistrali cyfrowej w jednostce pamięci q>4, napięcie skuteczne USk według wzoru: u 7) = ^ - W sin (^ +%) which is saved by the digital bus in the memory unit q> 4, effective voltage U S k according to the formula:
T. u?-2u,u,6+ u? T. u? -2u, u, 6 + u?
C.t =aJ—-L^-—V 2-2Θ2 którą zapisuje za pomocą magistrali cyfrowej w jednostce pamięci USK.C. t = aJ—- L ^ -— V 2-2Θ 2 which it saves via the digital bus in the USK memory unit.
PL 231 678 Β1PL 231 678 Β1
Występujący we wzorze na napięcie pozorne współczynnik a jest stałą charakterystyczną dla danego układu pomiarowego będącą współczynnikiem proporcji wartością napięcia na dwójniku wejściu układu (napięcia generatora G) a wartością na wyjściu przetwornika ADC. Jednostką współczynnika a jest wolt [V], Współczynnik ten stosuje się w celu przekształcenia wyniku na wyjściu przetwornika ADC będącego liczbą całkowitą na wynik będący wielkością fizyczną napięcia na wejściu układu. Dla układu z Fig. 1 współczynnik ten wyznaczany jest według wzoru:The coefficient a appearing in the formula for the apparent voltage is a constant characteristic for a given measuring system, which is the ratio factor of the voltage at the two-terminal of the input of the system (generator voltage G) and the value at the output of the ADC. The unit of the factor a is the volt [V]. This factor is used to convert the result of the ADC output as an integer into a physical result of the voltage at the input of the system. For the system from Fig. 1, this coefficient is determined by the formula:
LSB gdzie w jest wzmocnieniem wzmacniacza W, natomiast LSB jest wartością napięcia odpowiadającą 1 bitowi przetwornika ADC wyrażoną w woltach [V],LSB where w is the gain of the amplifier W, while LSB is the voltage value corresponding to 1 bit of the ADC converter expressed in volts [V],
Po zapisaniu obliczonych wartości do jednostek pamięci układ UOP wysyła sygnał cyfrowy do kontrolera interfejsu KI informujący o wyznaczeniu wartości parametrów napięcia sinusoidalnie zmiennego.After saving the calculated values to the memory units, the UOP system sends a digital signal to the KI interface controller informing about the determination of the sinusoidal alternating voltage parameters.
Przedstawiony powyżej układ pomiarowy według wynalazku należy uważać za przykładowy układ. Poszczególne elementy układu mogą mieć postać układów cyfrowych lub analogowych. Dla specjalisty będzie oczywistym, w jaki sposób zrealizować poszczególne bloki w celu spełnienia ich funkcjonalności. W jednej z możliwych realizacji, układ pomiarowy może być zrealizowany w postaci procesora sterowanego odpowiednim oprogramowaniem. W innej realizacji, układ pomiarowy może być zrealizowany w postaci układu programowalnych bramek logicznych FPGA.The measurement arrangement of the invention outlined above is to be considered as an exemplary arrangement. The individual elements of the circuit may be in the form of digital or analog circuits. It will be obvious to a skilled person how to implement the individual blocks in order to fulfill their functionality. In one of the possible implementations, the measurement system may be implemented in the form of a processor controlled by appropriate software. In another embodiment, the measurement circuitry may be implemented as an FPGA programmable logic circuit.
Zastrzeżenia patentowePatent claims
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL412680A PL231678B1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL412680A PL231678B1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL412680A1 PL412680A1 (en) | 2016-12-19 |
| PL231678B1 true PL231678B1 (en) | 2019-03-29 |
Family
ID=57542526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL412680A PL231678B1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL231678B1 (en) |
-
2015
- 2015-06-11 PL PL412680A patent/PL231678B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL412680A1 (en) | 2016-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chabowski et al. | Simple wide frequency range impedance meter based on AD5933 integrated circuit | |
| CN102331535B (en) | Alternating current physical quantity measuring device and method as well as data acquisition device and method | |
| CN100575964C (en) | Meters for Metering Electric Power | |
| CN104122439B (en) | Electric energy meter capable of improving phase correction precision | |
| Elamvazuthi et al. | Electrical power consumption monitoring using a real-time system | |
| Hoja et al. | Portable analyzer for impedance spectroscopy | |
| CN102495250A (en) | Quasi-synchronous wideband reactive energy meter based on Hilbert algorithm and sampling method thereof | |
| JPS61292067A (en) | Method for measuring electric energy | |
| CN100462725C (en) | Meters for Metering Electric Power | |
| RU2363005C1 (en) | Method of spectral analysis of polyharmonic signals and device to this end | |
| CN106546943B (en) | Method and device for measuring error and loss self-test | |
| PL231678B1 (en) | Method for measuring effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the effective value and initial phase of sinusoidal alternating voltage | |
| KR100860711B1 (en) | Line voltage measurement method using interpolation method | |
| PL231677B1 (en) | Method for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage and the system for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage | |
| PL231673B1 (en) | Method for measuring frequency of sinusoidal alternating voltage and the system for measuring the frequency of sinusoidal alternating voltage | |
| JPH04105073A (en) | Measuring device for effective value | |
| PL231675B1 (en) | Method for measuring resistance, reactance and impedance module of the two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage and the system for measuring resistance, reactance and impedance module of the two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage | |
| CN114076842A (en) | Switching power supply, electric energy metering and displaying method and device thereof, and storage medium | |
| JPS6222075A (en) | Ac measuring instrument | |
| JPH1010163A (en) | RMS voltage measuring device | |
| PL231679B1 (en) | Method for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage and the system for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage | |
| SU1126890A1 (en) | Converter of active power to code | |
| PL232462B1 (en) | Method for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage and the system for measuring active, wattless and apparent power consumed by two-terminal network powered by sinusoidal alternating voltage | |
| RU2046356C1 (en) | Analyzer of envelope of signal of three-phase supply line | |
| CN101776722B (en) | Capacitance test method and system |