Устройство для измерения мощности

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЙВЖРЕНИЯ МОЩНОСТИ, содержащее два нуль-органа, логический блок, а также носледовательно соединенные множительный блок, фильтр высоких частот, ключ и преобразователь среднего значения напряжения, причем первый вход множительного блока подключен к первой входной шине, а второе вход - к второй входной шине и через первый нуль-орган - к первому входу логического блока, первый выход которого подключен к управляющему входу ключа, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены четыре элемента И, два счетчика, два реверсивных счетчика, а также последовательно соединенные генератор импульсов , делитель частоты на два и делитель частоты на четыре, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом логического блока, второй вход которого подключен через второй нульорган к первой входной шине, а третий вход - к выходу переполнения и входу управления записью первого реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами первого счетчика, perрессивный счетный вход - с счетным входом первого счетчика и выходом первого элемента И, а прогрессивный счетный вход - с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к третьему выходу логического блока, а второй вход - к выходу генератора импульсов и первому вхо (Л ду третьего элемента И, второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока, четвертый вход которого подключен к выходу переполнения и входу управления записью второго реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетСП чика, прогрессивный счетный вход с выходом третьего элемента И, а 4ib регрессивный счетный вход - с счетным входом второго счетчика и выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты на два, а второй вход к пятому выходу логического блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4(с) G 01 R 21/06

f (1

3 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВ У

Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3587703/24-21 (22) 10.05.83 (46) 23.05.85. Бюл, Ф 19 (72) В.Н.Чинков, В.И.Анохин и С,И.Буданов (53) 62 1. 31 7. 38(088.83 (56) Патент США Ф 3875508, кл. 324- 142, опублик. 3 973.

Авторское свидетельство СССР

У 918870, кл. G Ol R 21/Î6, 3980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МОЩНОСТИ, содержащее два нуль-органа, логический блок, а также .последовательно соединенные множительный блок, фильтр высоких частот, ключ и преобразователь среднего значения напряжения, причем первый вход множительного блока подключен к первой входной шине, а второ . вход — к второй входной шине и через первый нуль-орган — к первому входу логического блока, первый выход которого подключен к управляющему входу ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены четыре элемента И, два счетчика, два реверсивных счетчика, а также последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты на два и делитель частоты на четыре, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход

„,SU„„1157472 А которого соединен с вторым выходом логического блока, второй вход которого подключен через второй нульорган к первой входной шине, а третий вход — к выходу переполнения и. входу управления записью первого реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами первого счетчика, per» рессивный счетный вход — с счетным входом первого счетчика и выходом первого элемента И, а прогрессивный счетный вход — с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к третьему выходу логического блока, а второй вход — к выходу генератора импульсов и первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока, четвертый вход которого подключен к выходу переполнения и входу управления записью второго реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетчика, прогрессивный счетный вход— с выходом третьего элемента И, а регрессивный счетный вход — с счетным входом второго счетчика и выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты на два, а второй вход— к пятому выходу логического блока.

1 1)574

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при создании ваттметров переменного тока для измерения актив. ной, реактивной и полной мощности в цепях синусоидальнсго тока.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема логического блока; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит множительный

4 высоких частот, ключ 5, логический блок 6, преобразователь 7 среднего значения напряжения, элементы И 8—

)1, генератор 12 импульсов, делитель

l3 частоты на два, делитель 14 частоты на четыре, счетчики )5 и 16, реверсивные счетчики 17 и 18.

Логический блок 6 содержит кнопки

19 "сброс" н 20 "пуск", триггеры

2l - 28, элементы И 29 — 31, переключатель 32 режимов измерения.

Устройство работает следупщим образом.

На выходе блока 1 образуется напряжение, пропорциональное произведению мгновенных значений напряжения ЗО

0(t} и тока i(t) исследуемой цепи. Если входные напряжение и ток определяются соотношениями ) () = Ч g) u) t .

1 (4 ) = I si > (A t Ч ), то напряжение на выходе блока 1 (фиг. 3 d ) равно:

J „(t)=K„K„.W„U(t);(t)=K„,, „О

» (соэ + cos(2ut - 4) J

40 где 0 1 — действующее значение напряжения и тока

Ч - фазовый сдвиг;

Кд,K,. — коэффициенты трансформации масштабных преобразователей iS напряжения и тока, К„ — коэффициент передачи блока 1, Те же входные сигналы подаются на нуль-органы 2 и, которыми осуществляется формирование импульсов в моменты переходов этих сигналов через нулевые значения, например из отрицательной области в положительную. Выходные имгульсы нуль-органов 2 и 3 поступают на первый .и второй входы логического блока 6, 72 2

Через фильтр 4 на вход клю. ча 5 поступает только переменная составляющая выходного напряжения ()„(t) (фиг. 3 h ) блока 1

<иK; <и0Г сеs(Zа>6 — pJ ()

Ключ 5 управляющим сигналом блока

6 открывается на определенное время в течение каждого периода входных сигналов в зависимости от измеряемой величины: активной, реактивной или полной мощности. В результате через ключ 5 на вход преобразователя 7 поступает кусочно-гармонический сигнал определенной формы.

При измерении активной мощности ключ 5 откр вается на фазовый интер1 вал от Кт — до KT< — где К

1 Ф

09) )2 °

В этом случае на вход преобразователя 7 поступает напряжение Up(t)> форма которого приведена на фиг.3 a .

В режиме измерения реактивной мощности ключ 5 открывается на Фазо- вый интервал от К Z>i до К 2П+ — I

2 1 и напряжение U>(t) на входе преобразователя 7 имеет форму, приведенную на фиг. Зъ.

В режиме измерения полной мощнос» ти ключ 5 открывается на фазовый интервал от К ZJr + — / до К 27+ — + — /1

Y) / у р форма напряжения (/э(4) для этого режима на входе преобразователя

7 показана на фиг. 3).

Покажем, что при усреднении кусочно-гармонических напряжений () (Ц,U< (t) и Us(t) преобразователем 7 постоянное напряжение (или код} образующееся на его выходе, пропорционально соответственно активной

Р, реактивной Й и полной S мощностям: Я1 У/ — (/ (t)o) t =K К. K К UI=

1 М

P Z>7 k ) и и уу f/2 М/1

» cos (2wt-Ч) dw t = KUIcosУ КР, (2) где Π— постоянное напряже- я ние на выходе преобразователя 7;

К=К„К,К„К„ †. — коэффициент передачи устройства;

P = UX cos М вЂ” активная мощность, Ч/2 ///2

Ug < - - U (t)drat K K.k K о о

11574

18 о т

"Ч Ч вЂ” 1что соответствует фазо2

56 вому сдвигу. Ч/2.

Счетчик 18 переполнится при поступлении на него. и испульсов, а время счета равно t » т что т

5S Е, а соответствует фазе Л/4.

Сигналы переполнения ревереивных счетчиков 17 и 18 подаются на их м соь12и)4,"Ч) dvt KUIsin4 =К& > (В где Оа — постоянное напряжение на выходе преобразователя 7;

ЯцуупЧ- реактивная мощность.

Ч/?iò /Ф Ф 3Н 5 — (14 „", <„кд— з и2Я

Ч/g Vl сю (2ю -Ч) duet kUt= K5, Ф) где . U — постоянное напряжение на ID .S выходе преобразователя 7; UI - полная мощность.

Таким образом, постоянные напряKOHL Up(Ug, 0 на выходе преобразо° вателя 7 при усреднении кусочногармонических сигналов О (ц, U< (t) и U<(}- соответственно действительно пропорциональны активной, реактив- > ной и полной мощности.

Рассмотрим принцип формирования каждого иэ трех сигналов управляющих ключом 5 при измерении соответствую-. щих величин.

Режим измерения активно1 мощности.

Переключатель 32 находится в положении "Р", и кнопкой 19 "сброс" устройство устанавливается в исходное состояние. Сигнал с выхода нульоргана 2 поступает на первые входы элементов И 29 — 31, а сигнал с выхода нуль-органа 3 — на нулевой вход триггера 21. В исходном состоянии элементы И 29 — 3! закрыты по второму входу управляющими потенциалами триггеров 23 — 25 соответственно. Логический блок 6 находится" в нерабочем состоянии.

В рабочее состояние блок 6 переводится нажатием кнопки 20 "пуск", тем самым триггера 23 и 24 устанавливаются в единичное состояние, подготавливая к работе элементы И

29 и 30, и осуществляет следующие операции: устанавливает в единичное состояние триггеры 21, 22 и 25 и возвращает в исходное состояние триггер 23. С триггеров 21 и 22 подаются разрешающие потенциалы по второму и третьему выходам логического блока 6 на первые входы элементов

И 8 и 9, через которые начинают поступать импульсы на суммирующие счетчики 15 и 16 и на регрессивные счетные входы реверснвных счетчиков

l8 и 17. Если образцовую частоту генератора 12 обозначить f, то импульсы, поступающие на входы счетчиков 16 и 18 с делителя !3 частоты на два, имеют частоту f>/2, 72 4 а импульсы, поступающие на вход счетчиков. 15 и 17 с делителя 14 частоты, на четыре, имеют частоту Х,/8. Триггер 21 возвращается в исходное состояние импульсом с выхода нуль-органа 3, поступающим ьь его нулевой вход, а триггер 22 — очередным импульсом с нуль-органа 2, поступающим через элемент И 30 íà. его счетный вход. Этот же импульс нуль-органа 2 проходит через элемент И 31 на единичные входы триггеров 26 и 27, устанавливая их в единичное состояние.

Тем самым триггерами 21 и 22 снима" ются разрешающие потенциалы с элементов И 8 и 9 и прекращается поступление импульсов на счетчики 15 — IS.

Кроме того, выходным сигналом триг ера 22 возвращается в исходное состояние триггер 24.

Таким образом, длительность разрешающих сигналов, поступающих на элементы И 8 и 9, равна соответственно интервалу времени t.< между переходами напряжения и тока через одноименные нулевые значения и периоду Т. Тогда в счетчики 15 и 17 запишется количество импульсов о

Ч "V2 ) а в с етчики )6 и

С единичных выходов триггеров 26 и 27 подаются разрешающие потенциалы цо четвертому и пятому выходам логи-. ческого блока 6 соответственно иа элементы И IO и 11, через которые импульсы частоты f с генератора

12 поступают на прогрессивные счет- . ные входы реверснвных счетчиков 17 и 18 до момента переполнения каждо-. го иэ них. Очевидно, счетчик !7 переполнится при поступлении на него

N импульсов, а время их поступления определяется по формуле

I I 57472 же входы управления записью и »а третий и четвертый входы логического блока 6. Тем самым коды й, и М счетчиков 15 и 17 эаписынаются н.ренерспнные.счетчики 16 и 18 соотнетстненнно. В блоке 6 сигналы переполнения реверсивных счетчиков 16 и 18 подаются соответственно на нулевые входы триггеров 26 и 27, возвращая их. в исходное состояние и снимая разрешающий потенциал с элементов H

10, ll. Выходные сигналы реверсинных счетчиков 16 и 18 подаются также соответственно нв единичный и нулевой входы триггера 28. Тем самым на выходе триггера 28 формируется разрешающий сигнал, подаваемый по первому выходу блока 6 на управляющий вход ключа 5. Длительность этого сигнала находится н фазовом интервале К/2- ii/4р что и требуется для измерения активной мощности. Последующие управляющие сигналы формируются аналогично с приходом каждого импульса с нуль-органа 2 через элемент И Э! на единичные входы триггеров 26 и 27 °

Режим измерения реактивной мощности. Принцип формирования управляющих сигналов, подаваемых на ключ

5 с перного выхода блока 6 с выхода триггера 28 ) н ос»овном аналогичен предыдушему. Отличие состоит в том, что переключатель 32 находится в положении "Q". При этом триггер 27 н работе не участвует,а следонвтельно реверсинным счетчиком

18 не формируются сигналыф соответст. нующие фазе к . Триггер. 28 н еди49 ничное состояние устананлинается каждыи ныходныи импульсом нуль-органа 2, а и нулевое состояние — выходным сигналом реяерсиниого счетчика 17, поступающим по третьему входу блока 6.

Это значит, что на выходе триггера

28 формируется последовательность упланляюших сигналов длительностью, соответствующей фаэовому интервалу

0- вЂ, что и требуется для измерения

2еактивной мощности.

Режим измерения полной мощности.

В этом режиме отличия в работе блока

6 состоят н следующем. Переключатель

32 находится в положении "S". В этом случае триггер 27 переводится в единичное состояние выходным сигналом реверсивного счетчика 17, т,е. при равенстве фазы (K 2 Tl — ) и н зти

2 моменты подает разрешающие потенциалы на элемент И ll, открывая доступ импульсов с генератора 12 на прогрессивный счетный вход реверсивного счетчика 18, которыи по-прежнему выделяется фазовый интервал †-,но относительно фазы (зтр — I Тем — 1

2 самым на выходе реверсивного счетчика

18 управляющие сигналы формируются при равенстве фазы (к2к+ — ф †-), Триг2 гер 28 переводится в единичное состояние выходным сигналом реверсивного ,счетчика 17, т ° е. при (K 2 + —,а

/ — Р

)возвращается н нулевое состояние выходным сигналом реверсивного счетчика 18 т. е. при (К1н -+ —.1, Управляющие сигналы, задаваемые триггером 28 и поступающие по первому выходу блока 6 на упранляющий вход ключа 5, расположены в фазовом интервале (. — 1 (— g 71 между с2(+ — 1 и (K2> + — + — -! что необходимо при измерении полной мощности, l157412

1157472

Цел

Составитель С.Кабиков

Редактор Н.Тупица ТехредЛ.Коцюбняк Корректор А.Зимокосов

Заказ 3363/44 . Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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