Введение к работе
Актуальность работы.
Специфика электрической энергии как вида продукции состоит в том, что она потребляется в тот же момент времени, чю и вырабатывается, причем качество электроэнергии (КЭ) может ухудшаться как по вине производителя (электроснабжающая организация), так и по вине потребителя
В рыночных условиях только экономическими методами можно добиться того, чтобы участники рынка эчектроэнергии не ухудшали ее качество Механизм такого рода существует - это скидки и надбавки к тарифам за КЭ Для реализации механизма скидок и надбавок необходимо наличие средств измерения показателей качества электроэнергии (ПКЭ)
Эти средства могут быть раздечены на два типа
Средства оперативного коммерческого контроля КЭ,
Диагностические средства измерения ПКЭ, Специализированные организации по сертификации электроэнергии
могут позволить себе приобрести достаточно дорогие диагностические измерители ПКЭ В то же время персональное средство оперативного и коммерческого контроля КЭ нельзя назвать доступным для рядового потребителя
Среди компонентов измерителя ПКЭ не последнее место в величине вносимой погрешности и стоимости занимают высокоточные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) В этой ситуации целесообразно искать способы создания приборов на основе более дешевых - менее точных АЦП, не теряя при этом точность прибора Дополнительно появляется возможность использовать АЦП, встроенные непосредственно в микроконтроллер (которые не отличаются особым качеством), что, в целом, заметно снижает стоимость конечного устройства
Среди широкого спектра погрешностей АЦП последовательного приближения, дифференциальная нелинейность его характеристики преобразования наиболее существенно влияет на погрешности измерения показателей качества и электроэнергетических величин (ЭВ)
Применение методов коррекции нелинейности позволит повысить точность измерения показателен качества и эчектроэнергетических величин и заметно удешевить изделия при сохранении их характеристик
Цель работы
Теоретическое и экспериментальное решение задачи снижения допочнителыюй погрешности измерения ПКЭ и ЭВ, вызванной наличием дифференциальной нелинейности АЦП Исследование указанной проблемы связано с решением следующих задач
-
Разработка программной модели измерителя ПКЭ и ЭВ
-
Исследование механизма возникновения дополнительной погрешности
измерения ПКЭ и ЭВ, вызванной наличием дифференциальной нелинейности характеристики преобразования АЦП последовательного приближения
-
Разработка методов снижения дополнительной погрешности измерения ПКЭ и ЭВ, вызванной наличием дифференциальной нелинейности характеристики преобразования АЦП последовательного приближения
-
Разработка мероприятий, позволяющих снизить стоимость оборудования для измерения погрешностей весов битов АЦП, за счет применения новых алгоритмов цифровой обработки сигналов
Научная новизна
В исследовании автора впервые
-
Создана программная модель измерителя ПКЭ и ЭВ
-
Разработан метод снижения дополнительной погрешности измерений, вызванной наличием дифференциальной нелинейности АЦП
3 Выявлены свойства характеристики преобразования АЦП
последовательного приближения Первое свойство заключается в том, что
ширина всех квантов одной группы одинакова для данного экземпляра АЦП
независимо от значений погрешностей весов его битов Второе свойство
заключается во взаимной компенсации погрешностей весов битов АЦП при
сложении определенным образом значений ширины групп квантов данного
экземпляра АЦП
4 На основе выявленных свойств АЦП разработан новый метод
измерения погрешностей весов битов АЦП, использующий в качестве
исходных данных соотношения ширины квантов характеристики
преобразования АЦП последовательного приближения, а также
усовершенствован существующий метод измерения погрешностей весов битов
АЦП последовательного приближения
5 Создана программная модель измерителя погрешностей весов битов
АЦП последовательного приближения, позволяющая исследовать влияние
параметров компонентов измерителя на точность измерения погрешностей
весов битов АЦП
Научная и практическая значимость работы
-
Применение метода снижения дополнительной погрешности измерений, вызванной наличием дифференциальной нелинейности АЦП позволяет использовать в измерителях ПКЭ и ЭВ дешевые и обладающие значительной дифференциальной нелинейностью АЦП последовательного приближения (в том числе АЦП, встраиваемые в микроконтроллеры) Это позволяет па 3-10% снизить себестоимость измерителей ПКЭ и ЭВ
-
Созданная программная модель измерителя ПКЭ и ЭВ является удобным средством отладки алгоритмов цифровой обработки сигналов и методов коррекции дифференциальной нечинейности на этапе разработки измерителей ПКЭ и ЭВ
-
Разработанный и усовершенствованный методы измерения
погрешности весов битов АЦП позволяют отказаться от использования управтяемого генератора и прецизионного измерителя напряжения, что дает возможность реализовать систему автокоррекции нелинейности АЦП непосредственно в измерителях ПКЭ и ЭВ
4 Созданная прої раммная модель измерителя погрешностей весов битов АЦП является эффективным средством отладки алгоритмов цифровой обработки сигналов и методов измерения на этапе разработки их измерителя
Реализация и внедрение результатов работы.
Разработанные модели и методы используются в ЗАО КИЭП «Энергомера» На основе разработанных моделей и методов было создано встроенное программное обеспечение нового эталонного счетчика электроэнергии с функциями измерения ПКЭ Счетчик успешно прошел внутризаводские испытания на предмет корректности измерительных алгоритмов, а так же прошел испытания во ВНИИМ на получение сертификата об утверждении типа средства измерений и регистрации в Государственном реестре средств измерении
Положення и результаты, выносимые на защиту.
-
Результаты экспериментального определения влияния нелинейности АЦП на погрешность измерения ПКЭ и ЭВ с применением коррекции нелинейности и без нее
-
Метод снижения дополнительной погрешности измерений ПКЭ и ЭВ, вызванной наличием дифференциальной нелинейности АЦП
-
Свойства характеристики преобразования АЦП последоватетыюго приближения
-
Разработанный и усовершенствованный методы измерения погрешностей весов битов АЦП
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием стандартных и апробированных методов исследования, корректностью сделанных допущений и анализом погрешностей проведенных измерений
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 3 конференциях, в том числе
ХХХШ научно-техническая конференция по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2003 і од г Ставрополь, 2004
Х1-я Международная конференция Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты Крым, Алушта, 200бг
IX региональная научная конференция «Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону» Ставрополь, 2005
Публикации По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 10 работ, из которых 3 статьи, 5 тезисов докладов, зарегистрировано 2 программных продукта в реестре Федеральной службы по
иіп еллектуалыюй собственности Структура и объем работы
Диссертация изложена на 95 страницах, илчгострируется 23 рисунками и 9 таблицами и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и двух приложений
