Analizator harmonicznych z detektorem homodynowym

ZESZYTY NAUKOY/E P O L I T E C H N I K I Ś LISKIEJ 1976

Serias E le kt r yk a 53 Nr kol. 489

Eligiusz PASECKI

I nstytut M e t r o l o g i i Ele kt ry cz n ej i Elektr on ic zn e j Politechniki śląskiej

A N A L I Z A T O R H A R M O N I C Z N Y C H Z D E T E K T O R E M H O M Ó D Y N O W Y M

S t r e s z c z e n i e . P od an o z a l e ż n o ś c i u m o ż l i w i a j ą c e w y k o r z y s t a n i e d e ­ t ekt o ra h o m o d y n o w e g o do a n a l i z y widmowej p rz eb ie g ów okresowych.Przed­

s ta wi on o u k ł a d y a n a l i z a t o r ó w h a r m o n i c z n y c h napięcia o c z ę s t o t l i w o ś ­ ci sieciowej.

1. Weten

A n a l i z ę h a r m o n i c z n y c h pr ze b i e g ó w o kr es o w y c h małej c z ę s t o t l i w o ś c i z w y k ­ le prze p ro wa dz a się za p o mocą filt ru p r z eł ąc za n eg o lub z e s p oł u fil tr ów s e l ek t yw ny ch al bo w u k ł a d z i e z p od w ó j n ą pr z emianą c z ęs to tl i wo śc i. V/ u k ł a ­ dach p o m i a r o w y c h tego typu p om ia r faz p o c z ą t k o w y c h h a r m o n i c z n y c h jest trud­

ny i dla te go najczęściej anal iz ę pr ze b ie gu od ks zt a ł c o n e g o og ranicza się do ppmiaru w a rt o ś c i s k u t e c z n y c h h a r m o n i c z n y c h tego przebiegu. W przypadku a nalizy widmowej drgań m a s z y n i u r z ą d z e ń k on ie c z n y jest p o m i a r zaró wn o am­

plitud j ak i faz p o c z ą t k o w y c h h ar m on ic zn y ch . T akże przy a n a li zi e widmowej napięcia l ub prądu o cz ę st o t l i w o ś c i sieciowej częs to k o n i e cz n y jest po­

miar faz p o c z ą t k o w y c h h a r m o ni c zn yc h.

W y k o r z y s t a n i e w ł a ś c i w o ś c i d et ektora h o m o d y n o w e g o do a n al iz y widmowej przebiegów o k r e s o w y c h umo żl iw i a p o mi ar d wó c h s kł a do w y c h pr z ebiegu h a r m o ­ nicznego p r z e s u n i ę t y c h w z g l ę d e m siebie o kąt 3y, a na tej p o d s t a wi e okreś­

lenie w a rt o ś c i skutecznej i f a z y początkowej badanej h a r m o ni c zn ej .

2. Detekcja homody n ow a pr z ebiegu od ks zt a łc on eg o

D etekcja h o mo dy n o w a oparta jest na z asadzie m o d u l a c j i amplitudy. Dla sygnału m o d u l o w a n e g o o prz e bi eg u sinu s oi da ln y m

V ł > = U m a 3 i o U « t + i>3 )

i dla sygnału m o d u l u j ą c e g o o p rz ebiegu s i n u so i da ln ym

u k lt) = U mk.sin(kcJt

sygnał z m o d u l o w a n y ok re ś l o n y jest zale żn o śc ią

ult) = [ums + p u ^ t ) ] a in ( s w t + f s ) = U ^ s i n i a o t + f 3 ) +

100 K ligiusz Pasecki

+ \ PUmkC0S [(s " u t + % “ 'Pk] +

- ^ pUmi£sin [is +

k)

gdzie: s = 1,2,3,...

k = 1,2,3,.•.

p - współczynnik proporcjonalności Idla modulacji liniowej).

Z zależności tej wynika, że wartość średnia sygnału zmodulowanego jest róż­

na od zera tylko dla s = k i przyjmuje wartość

"k " \ PUmk00S l t s “ Vk* {2)

Przyjmując fazę początkową sygnału modulowanego równą zeru fg = 0, otrzy- mamy

»Ak = \ PU m k C0S(P k ’ U )

« I Î

a dla fazy początkowej sygnału modulowanego równej nj»s = ^ otrzymamy

üBk = ł PUmksin?k U)

Natomiast dla sygnału modulowanego ug lt) o przebiegu prostokątnym,okre­

sie î = T, i zercwej fazie początkowej ip = 0 oraz fazie początko-

3 K 3

wej równej 'p g = wartości średnie sygnału zmodulowanego wynoszą:

T k— ü T

e r

5Ak - TT J [ums + Puk lt)] dt - T- i [- Ums + PukU ) ] dt =

K 0 Tk

= 2p Y 008 f k

mk „„„ M ;5)

T k ,3Tk

T " 4^

ïïBk = J T [ U ms + Pu k lt)] dt “ Y f [ " U “ 3 + PUk U ) J dt =

U mk

= 2p T T 811

.‘inalizator h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h o m o d y n o w y m 101

Przebiegi sygnału z m od ul o w a n e g o dla sygnału m od ul o w a n e g o o p rz eb ie g u si­

nuso id al n ym i o pr ze biegu p r o s t o k ą t n y m p rzedstawiono na rys. 1. .

Rys. 1. Pr ze biegi sygnału zmo du lo wa n eg o am plitudowo dla sygnału m o d u l o w a ­ nego: a) o pr z eb ie gu sinusoidalnym, b) o przebiegu p r o st ok ąt n ym

102

n

u x lt) = Y U m k Sin + 'fk) * k=1

to dla s y g na ł u m od u lo w a n e g o u g vt), o p r ze biegu si nu so i d a l n y m sygnał z m o ­ dulo w an y o k r e ś l o n y jest zale żn oś c ią

n

= u m s sinls<j1: + f s ^ + ? p U m k cos " k > w t + f a ~ ? * ] + k=1

n

-

\

Y

Z z a l e ż n o ś c i ^7) wynika, że dla czasu uśred n ie ni a r ó wn eg o okresowi h a r m o ­ nicznej podstawowej sygnału m o d u l u j ą c e g o w a r t o ś ć średnia sygnału z m o du lo ­ w ane g o jest różna od zera t yl ko dla h a r m o n i c z n y c h rzędu k = s i p r z yj ­ muje w a r t o ś ć ok reśloną w y r a ż e n i e m (2). Dla fazy początkowej sygnału m o d u ­ lowanego, równej f g = 0 i "fs = w a r to śc i średnie sygnału z m o d u l o w a ­ nego o k r e ś l a j ą o d po w ie dn io z al eż n o ś c i t3) i (4).

J eżeli s y gnał m o du lu j ą c y jest p r ze b i e g i e m o d k s zt ał co n ym o okresie T, a sy gnał m o d u l o w a n y jest p rz e b i e g i e m p r o s t o k ą t n y m o okresie T g i fazie początkowej zgodnej z fazą p oc zą tk o wą sygnału modulują ce g o, to wartość średnia sygnału zmodul iwanego obliczona za okres T określona jest z a ­ leżnością

Z z a l e ż n o ś c i 18) wynika, że n ie zależnie od r zę d u k i s suma składników

■wyrażenia z sinusami jest równa zeru, natomiast suma składników wyrażenia z c o si nu s a m i jest równa 4s dla h a r m o n i c z n y c h r zę d u I2k-l)s i jest równa zeru dla p o z o s t a ł y c h ha rm onicznych.

A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h o m o d y n o w y m 103

Za t em w a r t o ś ć średnia sygn ał u z m o d u l o w a n e g o o k r e ś lo na jest z a le żn oś c ią

s a

= X !

Dla p r o s t o ką tn eg o sygn ał u m o d ul o wa ne go , p r z e su n ię te go w fazie w z g l ę d e m fa­

zy początkowej sygna ł u m o d u l u j ą c e g o o kąt *ij>g w a r t o ś ć średnia s y g ­ nału zm o du lo wa n eg o, ob l ic zo na za okres sygna łu m o d u l u j ą c e g o , o k r e ś l o n a jest zależnością

= B - t * " ? « * . , > . " » >

k=l

Na rys, 2 p rz ed s t a w i o n o p r z e b ie g sygnału zm od ul o w a n e g o dla s y g n a ­ łu m o d u l u j ą c e g o z aw i er a j ą c e g o 1 i 3 ha r mo n i c z n ą oraz p r o st ok ą tn e­

go pr z eb ie gu m o d u l o w a n e g o o ok re ­ sie T g = y T i fazie p o c z ą tk o­

wej zgodnej z fazą p oc z ąt ko wą pr z eb ie gu m od ul u j ą c e g o . N a t o m i a s t na rys. 3 p r z ed s ta wi on e są s k ł a ­ dowe uś re dn i o n e g o sygna łu z mo d u­

lowanego dla sygnału m o d u l u j ą c e ­ go o p rz ebiegu p r o s t o k ą t n y m i fa­

zie początkowej zerowej o-

raz wynoszącej ^ ^ B ). Składowe są p r ze ds t a w i o n e dla okresu s y g ­ nału m o d u l o w a n e g o T g r ó w ne go o- kresowi sygna ł u m o d ul uj ą ce go T (s = 1) oraz dla T g= T (s=2) i T g = -j T (s=3) przy założeniu, że s y gn ał m o d u l u j ą c y zawiera h a r ­ m o n i c z n e o je dn ak o w y c h a m p l i t u ­ d a c h i j e d n a k o w y c h f az a ch począ t­

kowych.

Z p rzeprowadzonej anali zy w y ­ nika, że detektor’ h o m o d y n o w y moż e b yć w y k o r z y s t a n y do pomiaru h a r m o n i c z ­ nych pr ze biegu okresowego. Je żeli s y g n a ł e m m o d u l o w a n y m będzie napięcie od­

niesienia o pr ze bi e gu s i n u s o i d a l n y m i o c zę st o tl iw oś c i równej c z ę s t o t l i ­ wości badanej h a r m o ni cz ne j , to w a r t o ś ć średnia napięcia w yj ś ci o w e g o z d e ­ tektora jest p r op or cj o na ln a do a m p l i t u d y badanej h ar mo nicznej i zależy od Rys. 2. P r ż e b i e g sygna łu p r o s t o k ą t n e ­

go o okre si e T g = j T i f a ­ zie początkowej = 0 z m o d u ­ lo wa n eg o p r z e b i e g i e m z a w i e r a ­ j ą c y m 1 i 3 h a r m o n i c z n ą

104

Ha 0»

s*3

... I ... ^{I I}

/ i * s s r t | * u n a u <* *

Rys« 3. Skła d ow e war to ś ci średniej sygnału zmo du l ow an eg o w z ależności od okresu sygna łu m o du lo w a n e g o

kąta przesunięcia fazy m i ę d z y na pi ę ci em odniesienia i badaną harmoniczną.

Do a n a l iz y h a r m o n i c z n y c h można wy ko rz y s t a ć także na pięcie odniesienia o p rzebiegu prostokątnym. Wówc za s w w yniku pomiaru należy uw z gl ę d n i ć udział h a r m o n i c z n y c h n i e p a rz ys t yc h w z g l ę d e m badanej harmoni cz ne j.

3. G e n e ra t or napięcia odniesienia

I s t o tn ym el em entem s k ł a d o w y m an alizatora h a r m o n i c z n y c h z de te k to re m ho- m o d y no w ym jest g e n e r a t o r napięcia odniesienia. Z ad an i e m generatora jest w yt wo r ze ni e napięcia o przebiegu si nu so i d a l n y m i o cz ęs to t li wo śc i równej cz ę st ot li w oś ci analizowanej harmonicznej oraz o fazie początkowej zgodnej z fazą p o cz ąt ko w ą sygnału b adanego lub, p rz e su niętego w fazie w z g l ę d e m syg- nału b a d an e go o kąt coT Na tomiast amplituda napięcia odniesienia nie jest istotna. J e d y n y m k o n i e c z n y m do s pełnienia w a r u n k i e m jest zapewnienie takiej a m p l it ud y tego napięcia, aby modulacja była liniowa i nie nast ą pi ­ ło przęmodulowanie.

A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h o m o d y n o w y m 105

B ez po śr ed n ia ge n eracja sygnału s i n u s oi d al ne go sy n ch r o n i z o w a n e g o p r z e ­ b i e g ie m b a d a n y m jest trudna, a w pr z yp ad ku d u ż y c h w a h ań c z ę s t o tl iw o śc i przebiegu a n al iz o w a n e g o nawet niemożliwa. N a t o mi a st ge ne r ac ja sygnału o przebiegu p r o s t o k ą t n y m oraz s yn ch ro n iz ac ja tego p rz e biegu z p rz eb i e g i e m b a d an y m jest znac zn i e prostsza. Na rys. 4a p r z e d s t a w i o n y jest schemat b l o ­ kowy g en er a to ra w y t w a r z a j ą c e g o trz y napięcia o pr z eb ie gu si nu s o i d a l n y m t u ^ - o c z ę s t o t l i w o ś c i równej c z ę s t o t l i w o ś c i analizowanej h ar mo nicznej i f a ­ zie początkowej zgodnej z fazą po c zą t k o w ą sygnału b ad anego, u ^ - o c z ę ­ stotli wo ś ci równej c zę st o t l i w o ś c i analizowanej h a r mo ni cz n ej i p r ze su n ię te ­ go w fazie w z g l ę d e m napięcia u^ o kąt u c - o cz ęs t o t l i w o ś c i równej c z ę s to t li wo śc i sygn a łu b a d a n e g o i r e g u l o w a n y m p r z es un i ęc iu fazy. P r ze bi e ­ gi n ap i ęć w u k ł a d z i e g e ne ra to r a p r ze d st aw ia rys. 4b. Sygnał b adany o o k r e ­ sie T. jest p r z e t w o r z o n y w u k ł a d z i e f o r m u j ą c y m w n apięcie prosto ką tn e o okresie 2T. N a p i ę c i e to jest p o r ów ny wa n e w d et e k t o r z e sygnału b łę d u z n a ­ p i ę ci e m p r o s t o k ą t n y m w y t w o r z o n y m w m u l t i w i b r a t c r z e bistabilnym. Mul ti wi - brat or ten jest s t e r o w a n y i m p u ls am i z dzielnika c z ę s t o t l i w o ś c i ,kt ór y d z i e ­ li c z ę s t o t l i w o ś ć s y gn ał u o d ni es ie n ia w st os un ku r ó w n y m r z ę d o w i a n a l i z o w a ­ nej h a r m on i cz ne j. W p r z y pa d ku n i e z go d no śc i okresów napięcia w y j ś c i o w e g o z ukła du fo rm u j ą c e g o i napięcia wy j śc i o w e g o z mu l ti w i b r a t o r a bi st a b i l n e g o . w detekt or z e sygnału błędu g e n e r o w a n y jest impuls prostokątny, k t ór y po scał- kowaniu s t e r uj e m u l t i w i b r a t o r e m as t sbilnym. M u l t i w i b r a t o r ten ponadto jest s yn ch r o n i z o w a n y i mp ulsami w y t w a r z a n y m i w g e ne ra t o r z e imp ul s ów s yn ch r o n i z u ­ j ąc y ch o o k r es ie po wtarzania r ó w n y m okresowi sygnału badanego. Taki układ sy n ch ro ni z ac ji i s t a bi li za c ji cz ęs t o t l i w o ś c i zapewnia fazę począt k ow ą n a ­ pięcia g e n e r o w a n e g o przez m u l t i w i b r a t o r a s t a b il ny zgodną z fa zą po cz ą t k o ­ wą sygnału b a d a n e g o oraz a u t o m a t y c z n ą r e g u la c ję c z ę s t o tl iw oś c i g e n e r o w a ­ nego napięcia p r z y z m i a n a c h c z ęs to t l i w o ś c i sygnału badanego.

Sygnał w y j ś c i o w y z m ul ti w i b r a t o r a as t ab i l n e g o steruje dwoma m u l t i w i - bratorami bi st ab i ln ym i. W ten s p os ób u z y sk uj e się dwa napięcia p r o s t o k ą t ­ ne o okresie T i w s p ó ł c z y n n i k u w yp eł n i e n i a 0,5, z awsze prze su ni ę te wzglę- dem siebie w f az ie o kąt Na pi ęc ia o przebiegu p ro s t o k ą t n y m są pr z e­

twarzane w u k ł a d a c h p r z e t w a r z a j ą c y c h w napięcia o p rz ebiegu sinusoidalnym.

W u k ł a d a c h ty ch na pięcie pr o st o k ą t n e jest c ał kowane i u z y s k a n e w t en’ s p o ­ sób napięcie tr ój k ąt ne jest do p ro w a d z o n e do wejścia wzmac ni ac z a o p e r a c y j ­ nego z n i e l i n i o w y m s p r z ę ż e n i e m z w r o t n y m Idiodowo-rezystancyjnyrn). Ponadto napięcie w y j ś c i o w e z d zi elnika c zę st o t l i w o ś c i o przebiegu p r o s t o k ą t n y m i o okres ie T jest p r z e t w a r z a n e w napięcie o p rz ebiegu s i n u s o i d a l n y m , k t ó ­ rego p r z e su n ię ci e f a z y w z g l ę d e m sygnału b a d a ne go jest r eg ul o w a n e za p o m o ­ cą pr zesuwnika fazowego.

W yboru a n al izowanej har mo n ic zn ej d o konuje się przez s k o k ow e p r z e ł ą c z a ­ nie c z ę s t o t l i w o ś c i m u l t i w i b r a t o r a astabilnego. U p r o s z c z o n y schemat g e n e ­ ratora napięcia odni es ie n ia o p rz ebiegu pr os t o k ą t n y m prze ds t aw ia rys. 5.

Jest to u k ł a d m u lt i w i b r a t o r a a st ab i ln eg o ze s p r z ę ż e n i e m e mi t er o w y m oraz z as il a n i e m ze źr ódeł prądowych, z r e a l i z o w a n y na t r a n z y s t o r a c h T^ do T^.

106

Rys.

V v v \ A / v v v

a j a a a A a a i a

U G e n e r a to r napięcia odniesienia! a) układ generatora, b) przebiegi napięć w ukł ad zi e

A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h c m o d y n o w y m 107

Okres g e n e r o w a n e g o napięcia przez taki m u l t i w i b r a t o r określa p rzybliżona z al eżność

, G = CR A ± t | 2 L t1 _ f ^ Ę O ) , U 1 )

T sdzies N = y i

2 I a Ii + Ij

U 3 E o - n a pięcie b a z a - e m i t e r tranzystora i T^, przy k t ó r y m t r a n ­ z ys t or zaczyna przewodzić.

Rys. 5. U p r o s z c z o n y schemat genera to ra napięcia o dn iesienia o pr zebiegu p r o s t o k ą t n y m

Można d o b r a ć t akie war un ki p ra cy m ul ti w ib ra to r a, że przy z m i a ni e s tosunku N prądów e m i t e r o w y c h t ra nz y s t o r ó w T 1 i T 2 w za kresie od 2 do 3 uzysk a się propor cj on a ln ą w z g l ę d n ą z mianę o kresu g en er o w a n e g o napięcia w za k re si e od 0,9 do 1,1. R e g u l a c j ę okresu ge n er o w a n e g o napięcia u z y s k uj e s ię przez zmia­

nę napięcia b a z y tranz y st or a Tj. K a p ię c ie to w z al eż n oś ci od w a r t o ś c i i znaku sygn ał u b ł ę d u zmienia w a r to ść p rądu I1 . N a p i ę ci e u z y s k a n e z d e t e k ­ tora sygna łu b łę du jest p ro po r c j o n a l n e do r ó ż n i c y m i ę d z y o k r e s e m sygnału badanego i p o d zi e lo ne go 2- kr o tn ie o k r e se m napięcia g en er o w a n e g o przez multiwibrator. Krótk i e i m p u l s y z de te ktora sygnału błędu są wz ma cn i a n e (tranzystory Ty do ca ł ko wa ne i poprzez w zm ac ni a cz r ó ż n i c o w y WR do­

p rowad zo n e do baz y tranz ys to r a T^. W celu sy n ch ro ni z ac ji napięcia g e n e r o ­ wanego przez m u l t i w i b r a t o r z n a p i ę c i e m b a d an ym m u l t i w i b r a t o r jest k l u c z o ­ wany za po mocą u kł ad u zło żo n eg o z dio d i oraz tr an z y s t o r ó w T^ i Tg impulsami s zp i lk ow ym i w y tw ar z a n y m i w g e ne r at or ze i m pulsów s y n c h r o n i z u j ą ­ cych. N i e z a l e ż n i e od s ta n u w j a k i m z najduje się m u l t i w i b r a t o r ,impul s s y n ­ ch r on i z u j ą c y pow o du je r o z p o c z ę c i e ge n er ac ji nowego cyklu.

G e n e r a t o r napięcia o d niesienia przedsta w io ny na rys. 4 wymaga r ó w n o ­ cz e sn eg o prz eł ąc za n ia c z ę s to tl i wo śc i m u l t i w ib ra to r a astabilnego, s tosunku podziału dz ie lnika c z ęs to t l i w o ś c i oraz stałe;) czasowej układu pr zekształ-

108 Eligiusz Pasecki

a)

Rys. 6. Gen er a to r napięcia odniesienia ze s t ał y m p o dz iałem częstotliwości:

a) układ generatora, b) przebiegi napięci w u kładzie

cającego. Układ generatora napięcia odniesienia o przebiegu prostokątnym, w k tó ry m dokonuje się przełączania tylko częstotliwości generatora p rzed­

stawia rys. 6. W ukł ad z ie tym czę st o tl iw oś ć i mpulsów z generatora G jest dzielona w s t a ł y m stosunku n przez dzielnik c zę s totliwości DCz. Impulsy z dzielnika częstotliwości, pr z echodzące przez bramkę elektroniczną B , o t ­ wier a ną na czas T n ap ięciem p r o st o ką tn ym uf or m o w a n y m z przebiegu b a d a ­ nego w u k ł ad zi e f ormującym Ul', sterują pracą d wó ch p r zerzutników i P^.

.< ten s p os ó b uzys ku j e się dwa napięcia odniesienia o przebiegu prostokąt- jf

nym, p rz esunięte w zg lę d e m siebie o kąt tj i o częstotliwości 2n- krotnie mniejszej od częstot li w oś ci im pulsów w y t wa rz a ny ch v; ge neratorze C-.Stabil­

ność c z ęs to tl i wo śc i napięcia odniesienia jest równa stabilności częstotli-

a nalizator h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m homodyrowyra 109

./ości im pu ls ów w y tw ar z a n y c h w g e ne ratorze, a błąd przesunięcia

fazy wy"

nosi

J celu uzy s ka ni a małeg o błędu pomiaru należy z as to s o w a ć g e n e r a t o r i m p u l ­ sów o dużej stabi l no śc i c zę st o tliwości, a c z ę st ot li w oś ć g e n e r o w a n y c h im­

pulsów powinna w ie l ok r o t n i e pr z ew y ż s z a ć c z ę s to t li wo ść przebiegu badanego.

Ponadto z a s to so w an ie u kładu b r a mk uj ą ce go zwiększa dwukrotnie cza3 pomiaru.

t

4. A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h napięcia o cz ęs totliwości sieciowej

A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h o m o d y n o w y m jest p r z y r z ą d e m po­

miar ow y m s z cz e gó ln ie p r z y d a t n y m do anali z y h a r m o n i c z n y c h p rz eb ie g ów o m a ­ łej cz ęs t otliwości, w ' s z c z e g ó l n o ś c i napięcia o cz ęs to tl i wo śc i sieciowej.

Ze względu na m a ł ą d ob r oć filt ró w s el e kt y w n y c h LC w z akresie m a ł y c h c z ę ­ stotliwości, w a n a l i z a t o r a c h h a r m o n i c z n y c h z p rz eł ą czanymi f iltrami selek­

tywnymi s t os o w a n e są u k ł a d y se l ek ty wn e RC. Oprac ow an ie zespołu filt ró w se­

lektywnych R C o r ó w n o m i e r n y c h c h a r a k t er ys t yk ac h pa sm ow yc h w zak re s ie zmian częstotliwości h a r m o n i c z n y c h wy n ik a j ą c y c h ze z miany c zę s to tl iw o śc i napię­

cia sieci jest trudn e i z tego powodu błąd pomiaru tego typu ana l iz at or ó w jest- duży. Ponadto a n a l i z a t o r y h a r m o n i c z n y c h z przeł ąc za n ym f i l t r e m se le k­

tywnym lub z pi-zemianą c z ę s t ot li w oś ci u m o ż l i w i a j ą pomiar a m p l i t u d h a rm o- nięznych bez pomiaru faz p o c z ą t k o w y c h tych h ar m onicznych. Sc he ma t y b l o k o ­ we -analizatorów h a r m o n i c z n y c h napięcia o częstot l iw oś ci sieciowej z de­

tektorem Ifomoćynowym pr ze d s t a w i o n e na rys. 7 nie p os iadają filtrów selektyw­

nych. Ra po ds ta wi e d w ó c h pomi ar ów wybranej harmonicznej oblicza się w a r ­ tość s k u t ec zn ą napięcia tej h ar mo nicznej z zależności

V/ przebiegu b a d a n y m zw ykle u dz ia ł h ar mo nicznej podstawowej jest n aj­

większy. B ez p oś r e d n i p o mi ar napięcia harmonicznej rzędu k, zwykle o w a r ­ tości zn acznie mniejszej od napięcia harmonicznej p od s ta wo wej.wymaga z a s ­ tosowania w z m a cn ia cz a s z e r o k o pa s mo we go i detektora h o m o d yn ow eg o o c h a r a k ­ t erystyce liniowej w bardzo s z e r ok i m zakresie z mienności wa rt oś c i sygnału wejściowego. Dlat eg o w u k ł a d a c h a n a li z at or ów pr z ed st aw i on yc h na rys. 7, przy p omiarze h a r m o n i c z n y c h wy żs z e g o rzędu, do konuje się e liminacji napię­

cia ha r mo n i c z n e j - podstawowej z sygnału badanego. W tym celu w u k ł ad z ie a- A t Ps = T G = 1

3

412)

413)

oraz fazę p o c z ą t k o w ą z zależn oś c i

11 Bk

<pk = a r et g ^

*U A1,

414)

110 E ligiusz Pasecki

a)

u.

UF

B ^-¿-j DCzl~~

UB

Rys. 7. A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h napięcia o c z ę s t o tl iw oś c i sieciowejs a) z u k ł a d e m o d e jm uj ąc y m ha r mo n i c z n ą podstawową, b' z f i l t re m dolnoza-i w o r o w y m

Rys.

nienia w w yn ik u pomiaru

n a l i z a t o r a . pr ze d st aw io n ym na rys. 7a, w yt w or zo ne w g e n e ­ r a t o r z e napięcie s i n u s o i d a l ­ ne o czę s to tl iw o śc i równej c z ę s to t li wo śc i sygn ał u b a d a ­ nego jest s umowane z napię­

c i e m badanym. Ha t om ia st w u- kładzie analizatora, p r z e d ­ s t a w io ny m na rys. 7b, napię­

c i e h ar mo nicznej podstawowej je3t tłum io ne za pomocą f i l ­ t r a dolnozaworowego.

U k ł a d analizatora h a r m o ­ ni c zn yc h z d et e kt o r e m h o mo - d y no wy m moż e ul ec znacznemu u proszczeniu, je żeli z a s to ­ suje się napi ę ci e o d n i e s i e ­ nia o pr zebiegu prostokątnym.

J ed na k wówc za s w a r to ść śred­

nia napięcia w y jś c io we go z d etektora ho m od y n o w e g o jest p ropor cj o na ln a do a m p l it ud y badanej k-tej h ar m onicznej o- r az a m p l it u d h a r m o n i c z n y c h n ie pa r z y s t y c h rz ęd u 3k, 5k itd. J eżeli w ukła dz ie ana­

lizatora z a stosuje się waoac- niacz sz er o k o p a s m o w y o o g ­ r a n i c z o n y m paśmie p r z e no ­ s z o n y c h często tl i wo śc i tak, aby h a rm on i c z n e r z ę ­ du wyż sz eg o od n-tej oraz h armon i cz na podstawowa b y ­ ły tłumione, to dla h a r m o ­ n ic zn y c h rzędu k > y po- 8. A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h napięcia

o c z ę s t ot l iw oś ci sieciowej z napię­

c i e m o dn iesienia o p rz ebiegu p ro s­

t o k ą t n y m

y napięcia harmonicznej rzędu

m i a r nie b ędzie ob arczony b ł ę d e m m e t o d y .N at o mi as t po­

m i a r h a r m o n i c z n y c h rzędu

^ > k ^ ^ wymaga uwzględ- 3k, dla h a r m o n i c z ­ nych rz ęd u y > k < y należy u w z g l ę d n i ć y harmonicznej rzędu 3k i y harm on i cz ne j rz .d u 5k itd. W ynika stąd, że przeprowadzając analizę sygnału b a d a n e g o od harmonicznej rz ę du n-tego, kolejno do harmonicznej rzędu d r u g i eg o w wy niku pomiaru można uw z gl ę d n i ć składniki sp o wodowane har­

A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h z d e t e k t o r e m h o m o d y n o w y m 111

m on ic z n y m i n i e p a rz ys ty m i w z g l ę d e m h ar mo nicznej badanej. U k ł a d a nalizatora p ra cującego w e d ł u g wyżej omówionej z a sa dy prze ds t aw ia rys. 8. Napięcia wy j śc io we z d e t e k t o r ó w h c m o d y n o w y c h D H są do pr o w a d z o n e do w e j ś ć n i e o d w r a ­ c a l n yc h fa zy w z m a c n i a c z y r ó ż n i c o w y c h WR. Do w e j ś ć o d w r a c a j ą c y c h fazę tych w z m a c n i a c z y d o p r o w a d z o n e s ą napięcia s t ał e s ł uż ą ce do k om pe n s a c j i h a r m o ­ n ic zn yc h r zę d u I 2i + 1) k n. W a r t o śc i średnie n a p i ę ć w y j ś c i o w y c h wzm ac n ia ­ czy r ó ż n i c o w y c h w s k a z u j ą m i e r n i k i m a g n e t o e l ek tr yc z no . P om i ar s kł a do w y c h uA i u B k-tej h a r mo ni cz n ej polega na w s t ę p n y m u s t a w i e n i u n a p i ęć k o m ­ p en su j ą c y c h o t a k i c h wart oś c ia ch , a b y w s k a z an i a m i e r n i k ó w wynosiły:

następnie, po d o p r o w a d z e n i u do w e j ś ć d et e kt or ów h o m o d y n o w y c h syg na ł u b a ­ danego i od w ró ce ni u p o l a r y z a c j i na pięć kompe n su ją cy c h, od cz yt uj e się w s k a ­ zania mi er ni k ów i oblicza w a r t o ś ć s k u t ec z ną oraz fazę p oc zą t k o w ą a n a l i z o ­ wanej ha rm o n i c z n e j .

L IT ER A T U R A

[1] M i rs k i G.J.: M ie rn i c t w o elektroniczne, WKiŁ, Wars za w a 1973.

[2] J e l l o n e k A., Ka rk o w s k i Z.: M ie r ni c t w o radi o- t ec hn ic z ne , WNT, W a rs z a-

[3] Z im me r m a n n R . : P r z y r z ą d y do r e j e s t r a c j i i analizy, WKi Ł ,W ar sz a wa 1971.

[4] Pałczyński B . , St e fa ńs ki W. s Półp rz e wo dn ik o we u k ł a d y i u rz ą dz e n i a tech­

niki impuls ow ej , WKiŁ, W ar sz a w a 1973.

[5] Pasecki E., Gruca M . : H a l o t r o n o w y an a li z a t o r h a r m o n i c z n y c h napięcia o c z ę s t o t l i w o ś c i s ieciowej. Zeszy ty N a u ko we Pol it e ch ni ki śląskiej "Elek­

tryka" z . 51, G l i w i c e 1976.

[6] Dykla Z.: A n a l i z a t o r h a r m o n i c z n y c h napięcia o cz ęs to t l i w o ś c i s i e c i o ­ wej. Enaca dyplomowa, Instytut M et r ol og ii Elektrycznej i El e kt r o n i c z ­ nej, G l i w ic e 1975.

AHAJIH3AT0P TAPMOHHK C rOKO^HHOBHM .HETEKTOPOM

P e 3 k> m e

B cTaTte noflaHu saBHCHMOCTH ,ąa)oiąne b o3Mo k h o c t b HcnojiB30BaHHfl roMc^HHOBO- ro fleTeKiopa b c n e m p o B O M aHamase nepaoflH'iecKHX k p h b ł i x. IIpeflCTaBJieHhi c h c- TeMH aHaJin3aTopoB rapMOHHKOB HanpjiKeKHH ceTeBOk tiacioTH.

0 5 ) i=1

wa 1972.

112 Elig iu s z Rrsecki

A N A L Y S E R OP H A R M O N I C S NITH H O M O D Y N E DETECTOR

S u m m a r y

The rel at i on e m a k i n g possible the o r e of h o m o dy ne .detector for sp ec ­ tral analyse of periodic courses pos s ib le h a v e be en given. Some systems of an al ysers of har mo ni c net f r e q u e nc y volt a ge h a v e been presented.