173255. lajstromszámú szabadalom • Nagy sorosmódusú zavarelnyomású, szinkronkapcsolat nélküli analóg digitál átalakítók
3 173255 4 kalmaz a „FENLOW” 301 típusú digitális feszültségmérő. A technikai szintet képviseli a „HONEYWELL” cég „AUTOJECT” nevű eljárása is. A hálózat nullátmeneteit figyeli abból a célból, hogy két olyan integrál átlagértékét képezze, amelyek a zavarjelre vonatkoztatva egyforma abszolútértékű, de ellentétes előjelű hibajelterületeket eredményeznek. A zavarójel pozitívba és negatívba menő nullátmeneteinél indított egy-egy integrál átlagértéke így elvileg nulla. A fenti eljárások nagy zavarelnyomásának tehát alapvető kritériuma a szinkronkapcsolat, ami azonban hátrányos következményekkel is jár. Ha burkoltan is, de az átalakítási idő növekszik azáltal, hogy az átalakítás indítása csak a hálózat által definiált diszkrét időpillanatokban történhet. Ugyanakkor a szinkronkapcsolat megvalósítása a konkrét átalakítón kívül további bonyolult áramköri elrendezéseket igényel, növelve a berendezés árát. Esetenként a szinkronkapcsolat megvalósítása más műszaki paraméter leromlását is okozhatja. A szinkronkapcsolat megvalósítása igen nehézkes olyan esetekben, amikor például egy mérőrendszer és benne az átalakítók nem zavarforrást jelentő táphálózatról üzemelnek. Ilyenkor a szinkronizálás céljából a zavarhálózat rendszerhez való hozzávezetését külön biztosítani kell, ami csak növeli azoknak a szórt reaktív elemeknek a számát, amelyeken végül a zavarjel bekerül a rendszerbe. A találmány szerinti A/D átalakításhoz vezető gondolatsor az előzőekben már említett .AUTOJECT” nevű rendszerből indul ki. A cél hasonlóan jó elnyomás elérése, de a hálózattal való szinkronkapcsolat nélkül és az átalakítási idő minimálisra szorításával. Az a tény, hogy a zavarójel ellentétes nullaátmeneteinél indított egy-egy integrál átlagértéke a zavarjelre vonatkoztatva nulla, általánosabban megfogalmazható. A zavarjel elvileg tökéletes elnyomásának az is elégséges feltétele, hogy a két integrálás kezdőpontja közötti időkülönbség a hálózati zavar pillanatnyi félperiódusideje legyen. Ez azt jelenti, hogy az integrálásoknak nem kell feltétlenül a nullátmeneteknél indulniok, hanem elég az ha a kezdő időpontok közötti fáziskülönbség 180°. A 180° fáziskülönbség figyelembevétele az átalakító gyakorlati foganatosításakor problémát jelent, ugyanis a mindenkori 180° fázisszög nem egy állandó időt jelent a hálózati frekvencia változása miatt. A mindenkori félperiódusidő lekövetése csak a hálózat figyelembevételével vagyis szinkronkapcsolattal lehetséges, pedig éppen ezt kell elkerülni. A találmány szerinti átalakítók működése egy felismerésen alapul, amely alapján ez a probléma megkerülhető. A felismerés a következő : A zavarelnyomás akkor is jelentősen megjavul a két integrál átlagértékének képzése során, ha a kezdő pontok közötti fázisszög nem pontosan a pillanatnyi félperiódusidő (180°), hanem annak bizonyos hibával való közelítése. Matematikailag is bizonyítható, hogy minél jobban közelítjük a pillanatnyi félperiódusidőt, annál inkább megnő az eredő elnyomás. A szükséges 180°-os fázisszöget vagy pillanatnyi félperiódusidőt, a névleges félperiódusidővel lehet közelíteni, és ez a közelítés olyan pontos, amilyen pontosan egyezik a zavarhálózat pillanatnyi frekvenciája a névlegessel. A névleges félperiódusidő kvarcoszcillátor és osztók segítségével nagy pontossággal előállítható. A fentiek szerinti két integrál átlagértékének képzése egy háromlépéses súlyozott integrálképzéssel is 2 megoldható. Ennek időviszonyait a 2. ábra mutatja. A koordinátarendszer tengelyei a t idő (vízszintes tengely) és az U feszültség (függőleges tengely). Az integrálás tk kezdeti időpillanata tetszőleges, vagyis független a zavarójel pillanatnyi t0 fázishelyzetétől. 5 Ezen összetett integrálás Tj idejét a zavaróhálózat T névleges periódusidejének másfélszeresére választjuk: 3/2 Tz_. Ez az idő három egyenlő részintervallumra van felosztva, amelyeken egy első Fi részintegrált, egy második F2 részintegrált képezünk. Az összetett 10 integrálás F végeredményét a Tj integrálási idő alatt ezen három részintegrál súlyozott összegzésével képezzük oly módon, hogy a súlyozás az első Fi részintegrál egykettedszeres, a második F2 részintegrál egyszeres és a harmadik F3 részintegrál egyketted- 15 szeres szorzását jelenti. Vagyis a végeredmény az ;Fi + F2 +1 F3 = F súlyozott összeg. Ez a súlyozott összeg pedig nem más, mint a két integrál átlagértéke, ugyanis az 3 T?n késleltetés miatt a két integrál időben átlapolt, így középső jT 20 hosszúságú átlapolt szakaszon az integrált dupla súlyozással kell figyelembevenni, elég egyszer kiszámítani ami az átalakítási idő tekintetében jelentős javulást eredményez. Felismerésünk tehát az volt, hogy elegendő az fTz 25 pillanatnyi félperiódusidőt az $Tzn névleges félperiódusidővel közelíteni, mert az elnyomás így is igen jó lesz. ±1 %-os hálózati frekvenciaingadozás esetére, ugyanis ez azt jelenti, hogy a súlyozott integrálás során a hálózati zavar hatását jelképező hibajelterüle- 30 tek 1 % pontossággal kompenzálják egymást. A fentieket egy matematikai levezetés is alátámasztja. A levezetés során meghatározzuk az elnyomásfüggvényt, és az elnyomás-görbét megadjuk a h relatív 35 frekvenciaeltérés függvényében. Az elnyomásfüggvényéből számszerű eredmények is adódnak, amelyeket táblázatban foglalunk össze. A levezetésnek csak a legfontosabb lépéseit ismertetjük: Az alábbi részintegrálok súlyozott összegét kell 40 képezni: 45 F, = U* ' c°zn 2n to + ír U) zn siníozn(l + h)t dt, 50 F2 = —^zn 55 2n 60 to to 2ir co. 'zn sinwzn(l +h)t dt, 3rr tn + ■ w to + zn 37T co, zn F3 = Uz C°zn 65 2ir sincjzn(l + h)t dt, tn + 2n
