Коммутационный преобразователь электрической мощности

 

Изобретение может быть использовано для измерительного преобраг зования активной и реактивной мощности цепей переменного тока в постоянное напряжение для систем контроля и регулирования электрической мощности и энергии. Коммутационный преобразователь (П) электрической мощности содержит входной П 1 напряжения и входной П 2 тока нагрузки в низковольтные напряжения, автоматические переключатели 3, 6, сумматор 4, аналоговый перемножитель 5, инвертор 7, интегратор 8, ключ 9, запоминающий конденсатор 10, повторитель 11 напряжения, формирователь (Ф) 12 однополярных импульсов, триггер 13, одновибратор 14, Ф 15 управляющих импульсов, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения и квадратурный фазовращатель 17. Изобретение повышает точность и быстродействие коммутационного П.1 ил. сл со СХ) оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1348743 А 1 51 4 С 01 R 21/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Мв.;>- ..

Н А ВТОРСНОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4073837/24-21 (22) 03.06.86 (46) 30. 10.87. Бюл. Ю 40 (71) Институт электродинамики АН УССР и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.А.Скрипник, И.Н.Жукинский, И.Ю.Скрипник, В.У.Кизилов и В.И.Скрипник (53) 681.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 189941, кл. G О1 R 21/00, 1966.

Авторское свидетельство СССР

11 595678, кл. С 01 R 21/00, 1978. зования активной и реактивной мощности цепей переменного тока в постоянное напряжение для систем контроля и регулирования электрической мощности и энергии. Коммутационный преобразователь (П) электрической мощности содержит входной П 1 напряжения и входной П 2 тока нагрузки в низковольтные напряжения, автоматические переключатели 3, 6, сумматор

4, аналоговый перемножитель 5, инвертор 7, интегратор 8, ключ 9, запоминающий конденсатор 10 повторитель 11 напряжения, формирователь (Ф) 12 однополярных импульсов, триггер 13, одновибратор 14, Ф 15 управляющих импульсов, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения и квадратурный фазовращатель 17.

Изобретение повьппает точность и быстродействие коммутационного П.1 ил. (54) КОММУТАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение может быть использовано для измерительного преобраг

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1348743 l0

20

30

40

50

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерительного преобразования активной и реактивной мощности цепей переменного тока в постоянное напряжение для систем контроля и регулирования электрической мощности и энергии.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия коммутационного преобразователя электрической мощности.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого коммутационного преобразователя электрической мощности.

Преобразователь содержит входной преобразователь 1 напряжения и входной преобразователь 2 тока нагрузки в низковольтные напряжения, первый автоматический переключатель 3, сум матор 4, аналоговый перемнокитель 5, второй автоматический переключатель

6, инвертор 7, интегратор 8, ключ 9, запоминающий конденсатор 10, повторитель 11 напряжения, формирователь

12 однополярных импульсов, триггер

13, одновибратор 14, формирователь

15 управляющих импульсов, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения и квадратурный фаэовращатель 17, причем выход входного преобразователя 1 напряжения нагрузки через первый вход первого автоматического переключателя 3 и его выход соединен с первым входом аналогового перемн ителя 5, выход входного преобразователя 2 тока нагрузки соединен с первым входом сумматора 4, выход которого соединен с вторым входом аналогового перемножителя 5, выход которого соединен с входом второго автоматического переключателя

6, вход инвертора 7 соединен с первым выходом второго автоматического переключателя 6, а выход — с вторым выходом этого переключателя и входом интегратора 8, выход которого через ключ 9 соединен с запоминающим конденсатором 10 и повторителем 11 напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя 3, управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера 13, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго автоматического переключателя 6 и входом одновибратора 14, выход которого через формирователь 15 управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа 9, счетный вход триггера 13 через формирователь,12 однополярных импульсов, подключен к выходу входного преобразователя 1 напряжения нагрузки, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения подключен к второму входу сумматора

4, а квадратурный фаэовращатель 17 включен между входным преобразователем 2 и сумматором 4.

Коммутационный преобразователь электрической мощности работает следующим образом.

Низковольтные напряжения U

К,U„sinut и U< К I„sin(ut-ô пропорциональные напряжению V и току

I нагрузки с выхода входных преобразователей 1 и 2 нагрузки поступают на сумматор 4 и аналоговый перемнокитель 5. При укаэанном положении asтоматических переключателей 3 и 6 на первый вход аналогового перемножителя 5 поступает переменное напряжение а на второй вход через сумматор

4 — переменное напряжение U и постоянное напряжение U, от источника 16 стабилизированного постоянного напряжения. Выходное напряжение аналогового перемножителя 5 усредняется интегратором 8. Время интегрирования определяется временем переключения триггера 13, которое задается временным интервалом между однополярными импульсами формирователя 12 однополярных импульсов и равно периоду

Т = 2 /с1 перемножаемых переменных напряжений U 1 и Uz.

Связь выходного напряжения аналогового перемножителя 5 с входными напряжениями имеет вид

П,=К,(1+,) (и, и,+U,П, )+ 8,, (1) К вЂ” масштабный коэффициент

s перемножителя;

PI =6K /К вЂ” относительная мультипликативная погрешность масштабного коэффициента аналогового перемножителя 5, абсолютная аддитивная погрешность "нуля аналогового перемножителя 5.

Мультипликативная и аддитивная 8 погрешности множительного пре5 образования в основном определяются температурной и временной нестабиль1348743 ностью параметров интегрального перемножителя и изменяются медленно относительно периода коммутации.

Изменение напряжения на интегра5 торе 8 за время нахождения автоматических переключателей 3 и 6 в укаэанном положении равно т ()+6,) (1+ 68) l u, (к +,)+ 10 о

+3,)ас+Р -К К К К (1+1+1 )Б? созе+ где Кв — постоянная времени интегратора 8;

Г и о — мультипликативная и аддии.8 6 ти в ная погрешности ин те гр атора 8 ;

8 и () 8 — усредненные э нач е ния адди- 2р тив ных погрешностей за в р емя интегрирования .

В следующий полупериод коммутации

Т, при котором автоматические переключ атели 3 и 6 находятся в противо- 25 положи ом положении, пе рем н ожают с я напряжения U u U с выходным на пр яже нием повторителя 1 1 напряжения . С учетом инвертирования выходного н апряже ния аналогового пе ремн ожит еля 5 инв ертором 7 интегрирование пр оисх одит в обратном направлении, и измене ние напряжения н а интеграторе 8 равно

2т

ull =K Kl(1+6,) (l+6l)J fu„(u +v. )+ зк

+6 ) к +6, =к,к,(l+6,+6 )u„u,+6, +6,, где U„ — напряжение повторителя 11 напряжения. 4О

Выходное напряжение интегратора 8, пропорциональное разности интегрируеl и мых напряжений Ь1) = U — U измев в в няет напряжение на запоминающем конденсаторе 10 при замыкании ключа 9. 45

Замыкание ключа 9 происходит по импульсу формирователя 15 управляющих импульсов, задержанных одновибратором

14 на время, несколько меньшее периода перемножаемых напряжений Т, т.е. в момент предшествующий очередному периоду коммутации TÄ=2T=2u/n. Выходное напряжение U(< изменяется до тех пор, пока среднее значение напряжения эа период коммутации Т, на выходе 55 интегратора 8 не станет равным нулю (dU8=0) °

В установившемся режиме среднее значение напряжения на выходе интегратора 8 за интервал времени, определяемый периодом коммутации автоматических переключателей 3 и 6, равно нулю. Тогда приравнивая (2) и (3), получаем (4) К,К Б„T„cosy V„U откуда выходное напряжение

K U)) I„cos g KP () о о где К = К„ К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый масштабными коэффициентами входных преобразователей

1 и 2 напряжения и тока нагрузки, Р =U I cos cp — активная мощность.

При включении в схему преобразователя квадратурного фаэовращателя

17, поворачивающего фазу напряжения о на 90, выходное напряжение интегратора равно

К U „ I„sin(Р К Р<

l1 П ) о о где P =U I sin q — реактивная мощи )( ность.

Напряжение источника 16 стабилизирования постоянного напряжения выбирают равным номинальному значению амплитуды U, которое пропорционально току нагрузки I Выход повторителя 11 напряжения является выходом коммутационного преобразователя активной и реактивной мощности.

Напряжение на запоминающем конденсаторе 10, а следовательно, и на выходе повторителя 11 напряжения, обновляется после каждого периода коммутации автоматических переключателей 3 и 6 на момент завершения формирования разностного напряжения (( на выходе интегратора 8 перед очередным переключением. При этом напряжение повторителя 11 напряжения в течение каждого периода коммутации, равного удвоенному значению периодов перемножаемых напряжений (2Т), сохраняется постоянным и равно значению активной или реактивной мощности в конце предыдущего периода коммутации.

Из формулы (5) и (6) следует,что результат преобразования электрической мощности не зависит ни от мультипликативной, ни от аддитивной по1348743

Коммутационный преобразователь электрической мощности, содержащий входные преобразователи тока и на- пряжения нагрузки в низковольтные напряжения, два автоматических переключателя, ключ, сумматор, аналоговый перемножитель, причем выход входного преобразователя напряжения через первый вход первого автоматического переключателя и его выход соединен с первым входом перемножителя, выход входного преобразователя

Составитель С. Сафохин

Редактор Ю.Середа Техред M.Õoäàíè÷ Корректор О.Кравцова

Заказ 5185/44 Тираж 729 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 грешностей аналогового перемножителя 5 и интегратора 8. Поскольку выходным сигналом преобразователя является выходное напряжение повторителя 11 напряжения, которое автома- тически устанавливается пропорциональным измеряемой мощности, то его мультипликативная у„ и аддитивная о, погрешности запоминания также не влияют на результат преобразования.

Благодаря синхронизации работы автоматических переключателей 3 и 6 частотой преобразуемых сигналов,время преобразования активной и реактивной мощности при включении коммутационного преобразователя составляет

8-10 периодов этих сигналов. В режиме слежения эа изменениями мощности время преобразования не превышает

2-4 периодов перемножаемых сигналов.

Поэтому при контроле мощности в цепях переменного тока промышленной частоты время слежения эа изменениями мощности не превышает 40-80 мс. формул а и э о б р е т е н и я тока соединен с первым входом сумчатора, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с входом второго

5 автоматического переключателя,о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, введены источник стабилизированного постоянного напряжения, формирователь однополярных импульсов, триггер, одновибратор, формирователь управляющих импульсов, интегратор, запоминающий конденсатор с повторителем напряжения и инвертор, вход которого соединен с первым выходом второго автоматического переключателя, а выход — с вторым выходом этого переключателя и входом интегратора,, выход которого через ключ соединен с запоминающим конденсатором и повторителем, выход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя, управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго автоматического переключателя и входом одновибратора, выход которого через формирователь управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа, счетный вход триггера через формирователь однополярных импульсов подключен к выходу преобразователя напряжения, источник постоянного напряжения подключен к второму входу сумматора, а выход повторителя напряжения является выходом коммутационного преобразователя.