Преобразователь активной мощности в код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В КОД, содержащий перемножитель , входы которого соединены с входньши шинами напряжения и тока контролируемой цепи, вьшвитель периода , вход которого подключен к од ному из входов перемножителя, и интегратор , отличающийся Фиг.1 тем, что, с целью повышения быстродействия , в него дополнительно введены сумматор, ячейка выборки и 1хранения , преобразователь напряжение код , вычислительный блок, преобразователь код - напряжение и умножитель частоты, причем вход интегратора через ячейку выборки и хранения подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, а второй входс выходом преобразователя код - напряжение , кодовые входы которого подключены к входам вычислительного блока и выходам преобразователя напряжение - код, вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующие входы ячейки выборки и хранения , преобразователя напряжение код и вычислительного блока подключены через умножитель частоты к входу выявителя периода,-выход которого соединен с входом сброса интегратора и дополнительным тактирующим входом вычислительког;о блока.

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3 (51) G О 1 R 2 1 /06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В(Й

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3628840/24-21 (22) 04.08.83 (46) 30.11.84. Бюл. Ф 44 (72); И.М.Абдуллаев и Н.Г.Рзаев (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (53) 621. 317. 38(088.8) (56) 1.Пасынков Ю.А. Об одном способе построения преобразователя интегральных характеристик переменных напряжений и мощности в интервал времени.

В кн.: Контрольно-измерительная техника, вып. 7, Львов, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 239681, кл.G 01 R 21/06, 1968 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ В КОД, содержащий перемножитель, входы которого соединены с входными шинами напряжения и тока контролируемой цепи, выявитель периода, вход которого подключен к одному из входов перемножителя, и интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены сумматор, ячейка выборки и .хранения, преобразователь напряжение— код, вычислительный блок, преобразователь код — напряжение и умножитель частоты, причем вход интегратора че" рез ячейку выборки и хранения подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом .перемножителя, а второй вход — с выходом преобразователя код - напряжение, кодовые входы которого подключены к входам вычислительного блока и выходам преобразователя на" пряжение — код, вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующие входы ячейки выборки и хра- М нения, преобразователя напряжение " код и вычислительного блока подключены через умножитель частоты к вхо-. ду выявителя периода, -выход которого ! соединен с входом сброса интегратора и дополнительным тактируюп(им входом вычислительного блока.

1126890

Поставленная цель достигается тем„ что в преобразователь активной мощности в код, содержащий перемножитель, Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетических измерительных информационных системах, устройствах режимной автоматики 5 энергообъектов и в цифровых ваттметрах.

Известен преобразователь интегральных характеристик переменных напряжений и мощности в интервал времени, содержащий перемножитель„ входы которого подключены к источникам напряжения и тока контролируемой цепи, выявитель периода, вход которого соединен с одним из входов пе- 15 ремножителя, и интегрирующее устройст ва (lJ:

Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие, обуслов ленное многократным разновременным 20 сравнением (в течение интервалов вре-. мени, кратных периоду напряжения контролируемой цепи) выходного сигнала множительного устройства и образцового сигнала; низкая точность в силу 25 потери информации в интегрирующем устройстве в режиме запоминания в течение времени, кратном периоду, и гоэтапного преобразования выходного сигнала множительного устройства сна- gO чала в интервал времени, а потом времени в код при необходимости получения кода.

Известен также преобразователь мощности в код, содержащий перемножитель, выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход которого соединен с выходом цифрового делителя, входы которого подключены к выходам источника постоянного напряжения и блока выявления знака, другой выход и первый вход которого соединены с третьим входом и выходом интегра тора, а второй вход через выявитель периода — с одним из входов перемножителя (2 .

Данный преобразователь имеет низкое быстродействие (время одного преобразования составляет 9-12 периодов входного сигнала в зависимости от системы представления выходного кода) .

Цель изобретения — повышение быстродействия. входы которого соединены с входными шинами напряжения и тока контролируемой цепи, выявитель периода, вход которого подключен х одному из входов перемножителя, и интегратор, дополнительно введены сумматор, ячейка выборки и хранения, преобразователь напряжение — код, вычислительный блок, преобразователь код — напряжение и умножитесь частоты, причем вход интегратора через ячейку выборки и хранения подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, а второй вход с выходом преобразователя код — напряжение„ кодовые входы которого подключены к входам вычислительного блока и выходам преобразователя напряжение — код, вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующие входы ячейки выборки и хранения, преобразователя напряжение — код и вычислительного блока подключены через умножитель частоты к входу выявителя периода, выход которого соединен с входом сброса интегратора и дополнительным тактирующим входом вычислительного блока;.

На фиг.1 представлена блок-схема о предлагаемого устроиства; на фиг.2 (а-е1 — временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит перемножитель 1. входы которого соединены с входными шинами напряжения и тока контролируемой цепи,, сумматор 2, первый вход которого подключен к выходу перемножителя 1, ячейку 3 выборки и хранения, вход которой подключен к выходу сумматора 2, интегра тор 4, вход которого соединен с выходом ячейки 3, преобразователь 5 напряжение — код, вход которого подключен к выходу интегратора 4, вычислительный блок 6 и преобразователь 7 код — напряжение, кодовые входы которых соединены с выходами преобразователя 5, умножитель 8 частоты, вход которого подключен к одному из входов перемножителя 1, а выход — к тактирующим входам ячейки 3, преобразователя i и вычислительного блока 6, выявитель 9 периода, вход которого подключен к входу умножителя 8 частоты, а выход — к входу сброса интегратора 4 и к дополнительному тактирующему входу вычислительного блока б, причем вы1126890 ход преобразователя 7 соединен с вторым входом сумматора 2.

Преобразователь работает следующим образом.

Сигналы П,t) и 11 (t) пропорцио нальные напряжению и току контролируемой цепи, по соответствующим шинам поступают на входы перемножителя 1, выходное напряжение U„(t)=SU ().

11, (t) которого пропорционально мгно- 10 венной мощности P(t)=Uп,t)"U „(t), где S — - коэффициент передачи перемножителя 1 (фиг.2 а,б ).

Умножитель 8 частоты генерирует тактируюшие импульсы с частотой 15

«1 превышающей частоту преоб1

1 разуемого напряжения F = — — в M раз, Х тх

20 где М вЂ” количество измерений мгновенных значений преобразуемых сигналов за период Т (фиг.2 в,г).

При поступлении первого импульса от умножителя 8 частоты в момент 25

«тх времени t = — — на выходе ячейке 3

1 Я выборки и хранения формируется импульс напряжения U 11 (t, ) =U> (t,) по- 30 .стоянной длительности о, который . поступает на вход интегратора 4 (фиг . 2д ) .

К концу интервала времени о на выходе интегратора 4 устанавливается напряжение (фиг.2e) . п

IO и

1 "o (t ) at = — --U (г. ) в в о где — постоянная времени интегратора 4.

Для простоты анализа полагаем, что коэффициент пропорциональности

j\ î — й- = 1 и амплитуда выходных импуль- 45 сов ячейки 3 выборки и хранения за время, не изменяется в силу сос т„.. и и

При этом получаем е,;.-Б в(tÄ.) =-U> (t1)

Выходный код N преобразователя 5, эквивалентный напряжению В „ посту- 50 пает на кодовые входы преобразователя 7 и вычислительного блока 6.

При поступлении второго импульса« от умножителя 8 частоты в момент вре2Тх 55 мени t на выходе ячейки 3 выЯ M

Ф борки и хранения формируется импульс напряжения длительности р и амплитуды

Ug () = Пg, 2) <

Здесь U< — выходное напряжение преобразователя 7, соответствующее коду !

Выходное напряжение интегратора 4, соответствующее импульсу напряжения

Пв (t ), будет

7, =-(11„(г)+U, =-(U>(t )-U„(t„)j.

С учетом того, что к началу о напряжение на выходе интегратора 4 рав- и нялось Ф„, окончательно к концу во втором такте на его выходе устаl ï. нанливается напряжение 7 =2 +1 =

=-U t )

Код Ng соответствующий VZ поступает на вход вычислительного блока 6 и преобразователя 7 ° При поступлении третьего импульса от умножителя 8 частоты в момент времени t на выхо3 де преобразователя 7 устанавливается напряжение U2, эквивалентное коду N ..

Поэтому на выходе ячейки 3 выборки и хранения имееи 11В(з ) ПЧ(З)+1 2=Пч()-U (t )

К концу интервала ьо в третьем такте на выходе интегратора 4 устанавливается напряжение 11=22+2 .

С учетом того, что 1". =-$U (t )Ъ .3

-UI (t<)), а в памяти интегратора 4 имеется напряжение Х =-U (tz), к концу ор на его выходе имеем 7>=-Uy (t ) .

На выходе преобразователя 5 форми" руется код N, эквивалентный М .

Далее процесс повторяется периодически через интервал дискретизаТх ции--«(Таким образом, на выходе интегратора 4 к концу К-ro такта преобразовани устанавливается напряжение -1 + к 11 ц (г. к ) .

Coo TBP Tc TBPHHo o N <, эквивалент; ный 7, будет пропорциональным мгновенному значению мощности, т.е.

И„=Р(t< ) =11„,(г.„) П,"(t<) . в момент

KZ x времени

К Я

Поскольку за период Т1 .выполняется M-тактное преобразование входных сигналов, нормированное значение суммы кодов преобразователя 5 будет эквивалентно активной мощности контролируемой цепи, т.е, Pl

N =---QN-P

Р M

При этом вычислительный блок 6 работает в режиме усреднения.

Il26890

Устройство может работать в режиме скользящего усреднения, когда счйтывание кода N< осуществляется по истечении и периодов преобразуемого напряжения. Для этого в вычислительном блоке 6 подсчитывается количество .Я тактирующих импульсов от умножителя 8 частоты и считывание осуществляется в моменты времени, когда (1 = М, 2М, ..., оМ. Если требуется считывание кода измеряемой активной мощности к концу каждого периода, то достаточно использовать выходной сигнал выявителя 9 периода, который к концу каждого периода сбрасывает интегратор 4 и дает тактирующий импульс на дополнительный тактирующий вход вычислительного блока 6 об окончании периода Т,г.

Количество тактов М внутри периода Т выбирается с учетом дифференциальных и спектральных свойств сигналов Б (С)и Б„"(t), исхОдя из критегг рия минимизации погрешности численного интегрирования.

При определении рационального знал чения czможно пользоваться критерием минимизации динамической погрешности второго рода, оцениваемой по интегралу Дюамеля. 3Q

Фуггкциональные узлы предлагаемого устройства хорошо разработаны в аналого-цифровой измерительной технике, что обеспечивает достаточно высокую реализуемость использованием современной элементной базы.

При преобразовании активной мощности вычислительный блок 6 представляет собой накапливающий сумматор„

Преобразователи напряжение — код 40

5 и код — напряжение 7 двухполярные, т.е. способны преобразовывать как по-ложительные, так и отрицательные значения кода и напряжения. Разряд. ность преобразователей 5 и 7 определяется требуемой точностью преобразования, но требования к точности преобразователя 5 значительно ниже в силу использования компенсационного метода преобразования мощности уст- SO ройством в целом.

Если объединить входы перемножителя 1 и подключить их либо к источнику преобразуемого напряжения U<(t), либо же к источнику преобразуемого тока Б (), то нормированные значения, получаемые на выходе вычислительного блока 6, будут эквивалентны квадратам действующих значений напряжения

U или тока Z контрслируемсй цепи соответственно: и ) Я гг

N - — ",«NU

Х М к, =- 9 (1) м 3 2

N =- — !:М (2)

Я и 2

Здесь N„=-U„(t„) и N, U„(t„) соответственно эквивалентны квадратам мгновенных значений преобразуемого напряжения и тока контролируемой цепи °

При этом вычислительный блок 6 выполняет помимо нормирования выходных кодов преобразователя напряжение — код 5 также следующие вычисления: определение действующего значения напряжения к, = 4ци" (3) или определение действующего значения ока (4)

Дальнейшей обработкой кодов, эквивалентных активной мощности Np и действующих значений напряжения

Nг,,и тока N, можно определить полнунг мощность

N = Б„N . (5) реактивную мо ность Д вЂ” 2 (6) коэффициент мощйости у

Np (7) cosy

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить преобра зование основных собственных и вза" имных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масштабе времени (за один период) с достаточно высокими показателями по быстродействию за счет использования метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов) и по точности (благодаря компенсационному методу прею образования информацииp .

В() и ()

Ю

Oy(b

Up($ д

Составитель С. Кабиков

Редактор N.Ïeòðoâà Техред С.Легеза рр р

Ко екто Л,Пилипенко

Заказ 8686/34, Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4