Устройство для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок

 

Иэобр етение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной мощности в цеЛ ./ пях питания двигателей переменного и постоянного тока с тиристорным приводом, требующих компактности и надежности оборудования, например , в системах числового програм-v много управления технологическим оборудованием. Целью изобретения является повышение надежности устройства , что достигается сокращением числа используемого в нем оборудования и связей между элементами. Устройство содержит преобразователь 1 тока 3 напряжение, синхронный детектор 2, компараторы 3 и 10, вьтрямитель 4, функциональный преобразователь 5, цифроаналоговый преобразователь 6, счетчик 7 импульсов. (Л 8юе ls5 ОЗ 1 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 01 R 21/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ГКРВТИЙ

3 („

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /M, Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВВВ4В07. ®Л (21) 3729989/24-21 (22) 26,04.84 (46) 15.06.86. Бюл. Ф 22 (72) А.Е.Зеленин и В,М.Хмячин (53) 621.317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 613262, кл. G Ol R 21/06.

Авторское свидетельство СССР

М 828102, кл. G 01 R 21/06. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК (57) Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной мощности в це„,SU 1237984 А 1 пях питания двигателей переменного и постоянного тока с тиристорным приводом, требующих компактности и надежности оборудования, например, в системах числового програм- ° много управления технологическим оборудованием. Целью изобретения является повыщение надежности устройства, что достигается сокращением числа используемого в нем оборудования и связей между элементами. Устройство содержит преобразователь 1 тока в напряжение, синхронный детектор 2, компараторы 3 и 10, выпрямитель 4, функциональный преобразователь 5, цифроаналоговый преобразователь 6, счетчик 7 импульсов, элемент И 8 и генератор 9 опорной частоты, Структурная схема функционального преобразователя 5 приводится в описании изобретения ° Синх»

1 237984 ронный детектор 2 отфильтровывает четные гармоники, что исключает их влияние на точность измерения мощности ° 4 ил, Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной мощности в цепях питания двигателей переменного тока и постоянного тока с тиристорным приводом, требующих компактности оборудования, повышения надежности, в частности, в системах числового программного управления технологичес 1б ким оборудованием.

Цель изобретения — повышение надежности устройства путем сокращения числа используемого в нем оборудования и связей между элементами.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг ° 3 — структурная схема функционального преоб1 разователя, на фиг. 4 — график зависимости погрешности измерений, Устройство,для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок (фиг ° 1} содержит преобразователь 1 тока в напряжение, вход которого является первым входом устройства, а выход соединен с первым входом синхронного детектора.2, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора 3, первый вход которого соеди- 35 нен с общей шиной, а второй вход— с вторым входом устройства и входом выпрямителя 4, выход которого соединен с входом функционального преобразователя 5, выход которого соеди- 40 нен с первым входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП ) 6, второй вход которого соединен с выходом счетчика 7 импульсов, первый вход которого является третьим входом уст2 ройства, а второй вход (счетный) соединен с.выходом устройства и выходом элемента И 8, первый вход которого соединен с выходом генератора 9 опорной частоты, второй вход— с выходом первого компаратора 10 первый вход которого соединен с выходом синхронного детектора 2, а второй вход - с выходом ЦАП б.

Функциональный преобразователь 5 (фиг. 3) содержит первый резистор 11, первый вывод которого соединен с входом функционального преобразователя

5, а второй вывод — с вторым резистором 12 и инвертирующим входом операционного усилителя 13 неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход - с вторым концом резистора 12 и выходами функционального преобразователя 5.

Устройство работает следующим образом.

Второй компаратор 3 фиксирует моменты перехода через ноль синусоидального напряжения (фиг. 2A) пропорционального напряжению сети, и формирует импульсы управления синхронным детектором 2 (фиг. 2 ) °

Синхронный детектор 2 преобразует сигнал, поступающий с выхода преобразователя l тока в напряжение, в сигнал с напряжением, пропорциональным входному току (фиг, 23). Выпрямленный сигнал имеет форму, соответствующую (фиг, 2Z). Синхронный детектор 2 выделяет также постоянную составляющую этого сигнала (фиг,2)), которая подается на первый вход первого компаратора 10 °

При подаче строб-сигнала на первый вход (вход установки счетчика в ноль1 счетчика 7 импульсов информация на еro информационном выходе становится равной нулю, т,е, на выходе ЦАП 6, а следовательно,и на втором входе первого компаратора 10 аналогичный сигнал также равен нулю.

Если на выходе синхронного детектора 2 и на первом входе первого компаратора 10 напряжение отлично от .нуля, первый компаратор 10 срабатывает и на второй вход элемента И 8 подается "1", которая дает разрешение на прохождение импульсов от генератора 9 опорной частоты на выход устройства и счетный (второй) вход счетчика 7 импульсов, Число, записанное в счетчике 7 импульсов, а следовательно, и напряжение на выходе ЦАП 6 увеличивается до того момента, пока DHO не сравняется с напряжением на выходе синхронного .детектора 2, после ч. ro первый компаратор 10 срабатывает и на втором входе элемента И 8 появляется нуль, запрещающий прохождение импульсов от генератора 9 опорной частоты.

Выходное напряжение ЦАП 6 зави, сит от числа, записанного в счетчике 7 импульсов, и от величины опор» ного напряжения на ЦАП 6. Это обстоятельство используется для коррекции выходной информации по вели, чине напряжения сети переменного тока. Напряжение, пропорциональное напряжению сети, подается на выпрямитель 4, а затем постоянная составляющая — на функциональный преобразователь 5 (фиг. 3)» воспроизводящий функцию:

Rg ш»» "о„+ 1, (оп»„)»

/ где Uz> - напряжение, поступающее на неинвертирующий вход операционного усилителя

13 от источника 14 опорного напряжения;

U — напряжение на выходе функвык ционального преобразователя 5;

U „ - напряжение, поступающее на инвертирующий вход операционного усилителя 13 от выпрямителя 4 через резистор 11 (параллельно

oneðàù oHíoìó усилителю

13 включен резистор 12).

Выходное напряжение функционального преобразователя 5 является опорным напряжением для ЦАП 6, которое подается на его первый вход.

1237984

При этом соотношение между диапазоном мощностей и числом разрядов ЦАП 6 определяется как

Рн Р с

5 N 2" н

Отношение К /R, выбирают равным 1

З5 = =К П =К(2П

Uo „Uex

11 11 Ьых Н отсюда

Ц =K(2U>- U) ° N=K ° I соз(р»

40 где К . I- cos(f — постоянная составля1 ющая напряжения на выходе синхронного детектора 2, пропорциональная активной

45 составляющей тока (согласно разложению в ряд Фурье);

К, К-1 - коэффициенты пропорциональности, 50

K "I cos(g н= - — - — ——

K(2V -U)

ОтноШение К1/K выбирают таким, чтобы при номинальных значениях така, напряжения и фазового сдвига

Н было равно Ne (No определяет дискретность измерения активной мощности), т.е. где P> — номинальное значение активной мощности, т,е, наибольшая мощность, которую может

1О рассевать в заданных условиях предлагаемое устройство;

P - максимально допустимое энааохс чение мощности, определяемое емкостью (разрядностью). счетчика 7 импульсов и разрядностью ЦАП 6, причем

Р„, должно быть больше максимально допустимой мощнос20 ти, потребляемой объектом (двиг ателем);

N " число импульсов, поступающих на ЦАП 6, соответствующее номинальному значению актив25 ной мощности; и - число разрядов ЦАП 6.

Выходное напряжение ЦАП 6 U

=У „„ N» где N — число импульсов, поступающих на ЦАП 6 (счетный вход

30 счетчика 7 импульсов), соответствующее измеряемой активной мощносг ти, К, Бп

=N

К I„cos (p„ отсюда

1237984 гармоники, поэтому они не влияют на точность измерения мощности.

Формула изобретения1

Uu I. совЧ (2U< Б) I> соs

Действительное N

P U I ° cos Ц

N =N - — =N ° â€ â€ â€ вЂ” - —-3 Ря Б„Т„совдеп р, ц, т, сову — фактические значения активной мощности, Иапряжения сети, тока сети и cos q;

Р, U I совЦ„- номинальные знаН чения этих параметров.

Погрешность измерения определяется формулой:

3-1 (2- -" )"—

UH UH

График зависимости погрешности

11 измерений о от — приведен на фиг ° 4, Пю

Введение такой коррекции обеспечивает погрешность. измерения активной мощности не более 1-2Х при изменении напряжения на 10-15Х.

Разложение в ряд Фурье функции, изображенной на фиг. 2г, показывает, что постоянная составляющая пропорциональна активной составляющей тока.

При измерении мощности в цепи питания двигателя постоянного тока с тиристорным приводом форма сигнала имеет вид, показанный на фиг,2 пунктиром. Разложение в ряд Фурье функции, изображенной на фиг.2Z, пунктиром, показывает помимо постоянной составляющей наличие только четных гармоник. Синхронный детектор 2 отфильтровывает четные

Устройство для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок, содержащее преобразователь тока в напряжение, вход которого является первым входом устройства, первый компаратор, счетчик импульсов и генератор опорной частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения

1 .надежности устройства путем сокращения числа используемого в нем оборудования, в него введены второй компаратор, выпрямитель, функциональный преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, элемент И и синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение, а второй вход — с выходом второго .компаратора, первый вход которого соединен с общей шиной, второй вход — с вторым входом устройства и входом выпрямителя, выход которого соединен с входом функционального преобразо30 вателя, соединенного своим выходом с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, первый вход которого соеди3g нен с третьим входом устройства, а второй вход - с выходом устройства и выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй вход40 с выходом первого компаратора, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя при этом второй вход первого компаратора соединен с выходом синх45 ронного детектора.! 237984

1237984

Составитель А.Заборня

Редактор А.Огар Техред Л.Сердокова Корректор T,Kîëá

Заказ 3284/45 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4