Преобразователь мощности в частоту

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТ В ЧАСТОТУ, состоящий из множительного устройства, к входам которого подключены выходы Ьумматоров, к пер Uzii овым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения VB частоту , отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора непосредственно . 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности при широкополосных входных сигналах, сумматоры с выполнены в виде сумматоров разновременного суммирования управляющие входы которых подключены к дополнительному генератору. }

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (Н)

q g G 01 R 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3I t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3647049/24-21 (22) 28.09.83 (46) 15.04.85. Бюл, 1(14 (72) В.У.Кизилов (71) Харьковский ордена Ленина поли". технический институт им. В.И.Ленина (53) 621.317.7(088.8) (56). 1. Переход Японии на электронные счетчики ватт-часов. — "Электроника", 1976, У 1, с. 13.

2. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот.

JI., "Энергия", 1980, рис. 4.1.

Ъ (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ

В ЧАСТОТУ, состоящий из множительного устройства, к входам которого пс ключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения ;в частоту, отличающийся тем, что, с целью повы)пения точности, выход преобразователя напряжения s частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора " непосредственно.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности при )пирокополосных входных сигналах, сумматоры а выполнены в виде сумматоров разновременного суммирования управляющие входы которых подключены к дополнительному генератору.

Изобретение относится к средствам измерения и наиболее широкое применение может найти при измерении электрической энергии. Возможно использование устройства и для интегрирования произведения любых других величин, преобразованных в электрические сигналы, например, при измерении расхода жидкостей и газов, Известен преобразователь мощнос- 1О ти в частоту, в котором входные сигналы, пропорциональные току и напряжению контролируемой цепи, подключены к входам множительного устройства, напряжение выхода которого преобра" зуется в частоту посредством подключенного к выходу преобразователя напряжения в частоту Щ .

Недостатком такого решения является низкая точность, так как в нем 2р нормируется относительная погрешность, что предъявляет более жесткие требования цо точности, чем в измерительных преобразователях мощности, где нормируется приведенная погреш- 25 ность. С другой стороны, любые методы коррекции погрешностей приводят к усложнению схемы, снижению ее надежности, требования к которой в счетчиках также черезвычайно высо- 30 ки, Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь мощности в частоту, содержащий множительное

I устройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор и преобразователю напржкения в час- щ тоту, выход которого подключен через преобразователь напряжения в частоту к второму входу второго сумматора, а второй вход первого сумматора подключен к источнику опорного напряжения (2) .

Недостатком известного устройства является необходимость получения хорошо сглаженного напряжения постоянного тока на выходе преобраэовате- 5О ля напряжения в частоту (ПНЧ), так как иначе при ряде частот (значение входного сигнала) пульсации будут пе(ремножаться с вторым входным сигналом, создавая значительную погрешность. Необходимость в качественном сглаживании напряжения на выходе .ПНЧ усложняет схему и повышает дина68 2 мическую погрешность, которая при частых изменениях уровня мощности, как на железной дороге при учете потребляемой электровозом энергии, может привести к значительной результирующей погрешности счетчика.

Цель изобретения — повышение точности преобразования эа счет снижения динамической погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе мощности в частоту, содержащем множительное устройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного усгройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения в частоту, выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора - непосредственно:

С целью повышения точности преобразования при широкополосных вход1 нык сигналах в качестве устройств ввода сигналов целесообразно исполь1 зовать сумматоры разновременного суммирования, управляющие входы которых подклкчены к дополнительному генератору.

На фиг. приведена функциональная схема преобразователя мощности в частоту, на фиг.2 — то же, при произвольных входных сигналах, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу . устройства.

Преобразователь мощности в частоту содержит множительное устройство

1, к входам которого подключены выходы сумматоров 2 и 3, к первым входам которых подключены входные сигналы Б (t) и Б (t), пропорциональные :напряжению и -.îêó контролируемой цепи. Выход множительного устройства i через интегратор 4 подключен к преобразователю напряжения в частоту (ПНЧ) 5. Выход ПНЧ 5 подключен к второму входу сумматора 2 через одновибратор 6, а к второму входу сумматора 3 — непосредственно, Одновибратор 6 имеет на выходе полярность импульсов, соответствующую полярности напряжения на выходе

ПНЧ 5. На фиг.2 сумматоры 2 и 3 разновременного суммирования выполнены

s виде переключателей, попеременно подключаемых к входным сигналам

1150568 4 где — длительность импульса на о выходе одновибратора 6;

Ц,"0- амплитуды напряжений на выходе ПНЧ 5 и одновиррато5 ра 6.

С учетом (4) и (3) получим, что частота ПНЧ 5 о,и, 1 о Оо о

p(t(a(t1 = 2U,U,t,f

U<(t) и U (t) или к выходу ПНЧ 5 и одновибратора 6. К управляющим входам переключателей 2 и 3 подключен выход генератора 7, который может быть синхронизирован с ПНЧ или с входными сигналами преобразователя.

На фиг.3 а — приведены входные напряжения (J, и 0, когда они являются напряжениями постоянного тока," б - напряжение на выходе ПНЧ 5, в— на выходе одновибратора 6.

Рассмотрим работу схемы, когда входные напряжения tl2(<) иЦ (Ц являются напряжениями ностоянйого тока.

Эти напряжения U<(t)U, U<(й)=0 15 поданы на первые входы сумматоров

2 и 3, на вторые входы которых поданы напряженияg(Cj и Р(Ц с выхода

ПНЧ 5 и одновибратора 6. Кривые этих напряжений приведены .на фиг.3, где 2О видно, что о((Ц и / (Ц ортогональны

U<(t) и U<(t); на периоде То =1/1

ПНЧ 5, т.е.

1+1 то . ) u, (нщ-о; j ((,((((a(=o; ф ,. Ьт, 4nо

22«((Д1 О J 02(()31=p

C Ф ЗО

Если функция преобразования множительного устройства

2 к=к, х, (?) где 8 — мгновенное значение выход35 ного сигнала", Х,Y — - мгновенные значения входных сигналов множительного устройства, то в схеме на фиг.2 выходной сигнал 4О множительного устройства (й- 1(1 Р(Ц)(,+ Ц

В силу наличия обратной связи в установившемся режиме среднее зна- 45 чение напряжения на входе интегратора 1 должно быть равно нулю. С учетом соотношений (1), обозначая среднее значение чертой сверху, получим

Ф1="1(А1 РМ) (Ug (Ч = k 1(0,Ö,-Р(ЦЫЩ=О (Ь)

Из фиг.3, разлагая в ряд Фурье сигналы р (4) и a(C), получим сред- 35 нее значение произведения: пропорциональна произведению 0 Q т.е.. мощности контролируемой цепи постоянного тока, и не зависит от коэффициентов преобразования умножителя К2, интегратора 4, ПНЧ 5 и зависит только от стабильности напряжений ()р, U< и стабильности временного интервала $ одновибратора 6.

При наличии в сигналах UI(t) и

U (t) переменной составляющей соот l ношения (t) не выполняются при переменной частоте о по крайней мере при ряде значений сигнала, что приводи к погрешности учета энергии.

В этом случае применяется вариант предлагаемого счетчика (фиг.2), где в качестве устройств ввода. сигнала используют сумматоры разновременного суммирования 2 и 3. Рассмотрим работу схемы на фиг.2, полагая для простоты, что время 11 состояния переключателей, когда они подключены к входным сигналам Ц (Ц и 0 (Ц, равно времени 4>, когда переключатели подключены к сигналам g (4) и (Ц и это время Т1= 41 4 кратно периоду сигналов и примерно кратно периоду ПНЧ 5, что возможно при синхронизации генератора 7 от источника входных сигналов. Последнее предположение введено для исключения рассмотрения методической погрешности счетчика. При принятых допущениЩ=К1® Z,®=k201(ÖU,(Ö К1Р(ЦК, Среднее эначениетЦ,j в установившемся режиме также равно нулю, откуда (AT(IJ,HIP ЬЫ2, «(ЦР(2((()*P о

1 т (Ф)

Следовательно

Т о"о"с<оk,,т 01®0тЮД1=o, (у) о

1150568 а частота колебаний ПНЧ 5 пропорциональна мощности контролируемой цепи ju,

Из (9) видно, что частота колебаний не зависит от существенных погрешностей элементов схемы: коэффициентов преобразования множительного устройства 1, интегратора 4, ПНЧ 5.

Преобразователь допускает различные режимы по частоте работы пере- 1 ключателей и ПНЧ 5. Например, при частоте сигналов 50 Гц, изменении частоты ПНЧ для произведения входных сигналов в диапазоне 1-10ОХ от

100 Гц до 10 кГц частота переключа- 20 телей может составлять 1 или 2 Гц или 50-. 100 периодов входного сигнала. Но при той же частоте сигналов и частоте ПЯЧ 1-100 Гц частота переключателей может составлять 10 20кГц и не синхронизироваться с сигналами элементов счетчика. Таким образом, частота кою утации переключателей

2 и 3 должна быть для исключения методической погрешности либо значительно выше наивысшей частоты сигнала и ПНЧ 5, либо значительно ниже наименьшей их частоты, т.е. не быть одного порядка с этими частотами.

Это известное соотношение для времянмпульсных и коммутируемых устройств.

В рассмотренных преобразователях мощности в частоту исключены существенные составляющие погрешности преобразования. Не следует считать, что исключены все погрешности. Ограничения определяются принятой математической моделью (2) множительного устройства. Отмеченный эффект в, соответствии с (2) достигается прн отсутствии умножительного устройства аддитивной составляющей погрешности и погрешности нелинейности.

Достигнутый эффект инвариантен к характеристике ПНЧ, где допустима существенная нелинейность. Предложенное решение не исключает погрешностей элементов, например, входных трансформаторов тока и напряжения, шунтов, делителей, -находящихся вне контуров обратной связи.

1150568

Ui(t), г (t)

Ур

Х и (t) а

Составитель А. Заборня

Редактор М.Дылын Техред З.Палий КорректоР О.Билак

Закаэ 2137135 Тираж 748 ;-Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5 а.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4