Цифровой измеритель мощности переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерителях активной и реактивной мощности с аналоговым перемножением сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерения активной и реактивной мощности в цепях с несимметричной формой колебаний тока относительно времени. Указанная цель достигается введением дифференциального усилителя 14, первого 12 и второго 13 блоков выборки-хранения (БВХ), переключателя 2, управление которыми осуществляют генератор 16 импульсов, счетчик 17, дешифратор 18. Измеритель содержит также источник 1 опорных напряжений, входной преобразователь 3 напряжения, входной преобразователь 6 знака, первый 4 и второй 7 сумматоры, первый 5 и второй 8 фазовращатели, двухполюсный переключатель 9, аналоговый перемножитель 10, интегратор 11, аналого-цифровой преобразователь 15. Компенсация погрешности, обусловленной несимметрией колебаний тока (НКТ), производится в два такта. В первом такте выходное напряжение интегратора (И) 11, содержащее аддитивную составляющую погрешности из-за НКТ, фиксируется первым БВХ 12. Во втором такте напряжение И 11 фиксируется вторым БВХ 13, причем это напряжение так же содержит в качестве аддитивной составляющей погрешность из-за НКТ. Дифференциальный усилитель 14 формирует разностный сигнал, пропорциональный активной или реактивной мощности, свободный от названной погрешности. Точность измерения активной и реактивной мощности значительно повышается за счет независимости результата измерения от значения коэффициентов передачи фазовращателей и от несимметрии колебаний тока относительно оси времени. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 R 21/00

ЕЫЫМлМ д@трстц - . п„л

БлБЛI: О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (?1) 4453525/24-21 (22) 04.07.88 (46) 15,12.90. F)ian. Р 46 (72) Н.И. Грибок, .`.А. Медиковскпй, С.Г. Pîìàíþê, В.М. Полищук и С.А. Савенко (53) 621.31?.78(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 1465796, кл. G 01 R 21/00, 10,11.86.

Авчррское свидетельство СССР

К 15344 10, кл. G 01 R 21/00, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЪ МОЩНОСТИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерителях активной и реактивной мощности с аналоговым перемножением сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерения активной и реактивной мощности в цепях с несимметричной формой колебаний тока относитель,но времени. Указанная цель дости 1;. гается введением дифференциального усилителя 14, первого 12 и второго

13 блоков выборки-хранения (БВХ), переключателя 2, управление которыми осуществляют генератор 16 импульсов,, счетчик 17, дешифратор 18. Измеритель содержит также источник 1 опорных

„„SU„„1613966 А 1

2 напряжений, входной преобразователь

3 напряжения, входной преобразователь б знака, первый 4 и второй 7 сумматоры, первый 5 и второй 8 фаэовращатели, двухполюсный переключатель 9, аналоговьпЪ перемножитель 10, интегратор 11, аналого-цифровой преобразователь 15, Компенсации погрешности, обусловленной несимметрией колебаний тока (НКТ), производится в два такта. В первом такте выходное напряжение интегратора (И) 11, содержащее аддитивную составляющую погрешности из-за НКТ, фиксируется первым БВХ 12, Во втором такте напряжение И 11 фиксируется вторым БВХ

13, причем это напряжение так же содержит в качестве аддитивной составляющей погрешность из-эа НКТ. Лифференциальньп усилитель 14 формирует раэностный сигнал, пропорциональный активной или реактивной мощности, свободньп от названной погрешности. Точность измерения активной и реактивной мощности .значительно повышается за счет независимости результата измерения от значения коэффициентов передачи фазовращателей и- от несимметрии колебаний тока относительно оси времени, 1 ил.

1613966

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение в цифровых измерителях

5 активной и реактивной мощности с ана, логовым перемножением сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерения активной и реактивной мощности в цепях с несимметричной формой колебаний тока относительно вре- 1ð мени.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого цифрового измерителя мощности переменного тока. (Устройство содержит источник 1 опорных напряжений, переключатель 2, входной преобразователь 3 напряжения, первый сумматор 4, первый фазовращатель 5, входной преобразователь

6 тока, второй сумматор 7, второй 2р фазовращатель 8, двухполюсный переключатель 9, аналоговый перемножитель 10, интегратор 11, первый 12 второй 13 блоки выборки-хранения, дифференциальный усилитель 14, ана- 25 лого-цифровой преобразователь 15, генератор 16 импульсов, счетчик 17, дешифратор 18.

Вход по напряжению соединен с. входом входного преобразователя 3 напря- 3р жения, выход которого подключен к суммирующему входу первого сумматора 4, вычитающий вход которого соединен с выходом переключателя 2, перВыи и второи Входы которого соеди иены с соответствующими выходами источника 1 опорных напряжений. Вход по току подключен к входу входного преобразователя 6 тока, выход которого связан с первым суммирующим вхо- 40 дом второго сумматора ", второй суммирующий вход которого соединен с выходом интегратора 11 и с информационными входами первого 12 и второго

13 блоков выборки-хранения, входы 45 управления которых соответственно подключены к первому и второму выходам дешифратора 18, третий выход которого соединен с входом управления псреключателя 2. Выход генератора 16 импульсов. соединен со счетным входом счетчика 17, информационные выходы которого подключены к информационным входам дешифратора

18 ° Выход первого блока 12 выборки55 хранения соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя

14, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго блока 13 выборки-хранения, а выход дифференциального усилителя 14 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 15.

Выход первого сумматора 4 подключен к первому входу двухполюсного переключателя 9 и к входу первого фазовращателя 5, выход которогo соединен с вторым входом двухпЬлюсного переключателя 9, третий вход которого связан с выходом второго сумматора

7 и с входом второго фаэовращателя

8, выход которого подключен к четвертому входу двухполюсного переключателя 9, выходы которого связаны с соответствующими входами. аналогового пер емножителя 10, выход которого соединен с входом интегратора 11.,При измерении активной мощности по сигналу оператора двухполюсный переключатель 9 переводится в верхнее положение Т. Напряжение U(t) и ток

i(t) преобразуются в преобразователях напряжения 3 и тока 6 с коэффициентами преобразования К и К соответственно. На их выходе получают

2 2

По сигналу с выхода генератора 16 импульсов счетчик 17, состоящий из двух триггеров, изменяет свое состояние, На время первых двух импульсов по сигналу с третьего выхода дешифратора 18 переключатель 2 находится в верхнем положении, а на время третьего и четвертого импульса переклю- . чатель 2 находится в нижнем положении. В верхнем положении переключателя 2 напряжение U с выхода источника 1 опорных напряжений подается на вычитающий вход первого сумматора 4. При переводе переключателя 2 в нижнее положение на вычитающИй вход первого суммат ора 4 подается напряжение U с выхода источника 1 опорных напряжений. На время длительности второго периода сигнал разрешения на запись поступает с первого выхода дешифратора 18 на вход управления первого блока 12 выборки-хранения.

На время четвертого периода сигнал с второго выхода дешифратора 18 поступает на вход управления второго бл ока 1 3 в ыб ор ки-хр а не ни я .

Напряжение на выходе первого 4 и второго 7 сумматоров при нахождении «ереклн)ч<ат J)R 2 в верхнем положении <)анны

П (t) = К U(t) — U

01 (2) 2 г <р где Z — напряжение на выходе интег1 ратора 11 в установившемся р ежиме.

Напряжения V<,(t) и U (t) через двухполюсный переключатель 9 поступают на соответствующие входы анало" гового перемножителя 10 и на его выходе напряжение в установившемся режиме равно нулю

«а

U„(t) - KÄU,(t) U,(t) - К„(К«U(t)— — Ua«)(Kti(t) + K = K,K„K,б(с) i(t) +

+ K K

= 0 в где К р — коэффициент передачи аналогового перемножителя, При этом напряжение на выходе интегратора 11 равно Z .

До момента равновесия напряжение

U„(t) интегрируется в интеграторе 11, который имеет постоянную времени с

3а время интегрирования t напряжение на выходе интегратора 11 становится равным

1 (t

U(t) i(t) dt .+

К«К< Кг

< (З)

+ — — — — U(t) dt — — -- U i(t)dt

K«K< Z< КоКг 1

/ Ф 1 01 о — -7„- - к dt о

Постоянная времени интегратора 11 выбирается такой величины, чтобы она была намного больше периода исследуемых колебаний напряжения U(t) и тока i(t) . Для упрощения изложения материала приняты коэффициенты передачи первого 4 и второго 7 сумматоров равными единице. Поскольку по условиюю задачи на пряжени е U (t) имеет симметричную форму относительно оси времени, то составляющая интеграла

K «K< Z<

U(t) dt = О в установившемКпКг ся режиме. Составляющую — — Ъ чь

t

«) II i.(t) «It абаз»aче»з через 7. о< о

Поскольку напряжение на выходе аналогового пере п<ожителя 10 становится равным нулю, то напряжение 7,< на выходе интегратора 11 перестает изменяться а Вводят следующие обозначения:

10 к = к„к«к

U(t) i(t) = p — черен»ее»ее »нече»не произведения U(t) i(t), пропорциональное активной мощности P.

«

i (t) — усредненное значение тока

i(t) . При несимметрии колебаний тока

i(t) относительно оси времени выражение Г(Т) = Z не равно нулю. Учитывая то, что выражение U (t) усредня ется в процессе интегрирования в интеграторе 11 и равно нулю в установившемся режиме, имеют

КоКг2 По< КпПо< <

Так как К = К„К„Кг, то

7=- — --К7

К KiP (4)

П г

Составляющая К Х численно равна погрешности измерения активной мощности из-за несимметрии колебаний тока i(t) относительно оси времени (импульсный режим нагрузки). Напряжение (4) за время длительности второго периода следования импульсов генератора 16 записывается в первый блок 1 2 выборки-хранения .

После окончания второго периода переключатель 2 по сигналу с третье40 го выхода дешифратора 18 переводится в нижнее положение. На вычитающий вход сумматора 4 подается напряжение

U с выхода источника опорных напряжений.

По аналогии с выше описанной рабо45 < той в установившемся режиме напряжение на выходе аналогового перемножителя

10 равно

U„I (t) = К„(К,U(t) - U )(K i(t) +

+ К,)= К„К«К«б (t) i(t) — К„К,Р (t)— — К "ог г КоК< Р(") = КоКгК "

55 — К<<КгРог i(t) — K

Отсюда определяют значение напряжения на выходе интегратора 11

1613966

К дК1 Р

z = — — --кк. (5)

"ог

На время длительности четвертого периода йапряжение 7,2 по сигналу с ! второго выхода дешифратора 18 записывается Но второй блок 13 выборки-! хранения. На выходе дифференциального усилителя 14 получают напряжение (U = (К - К2) К = К К KzP

1 1

U()) ! (6) где К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя 14.

1 1

Выбором К-К К вЂ” — — — — = 10

К г

Uà> Пог где m = О, 1, 2,... выражение (6) пропорционально значению измеряемой активной мощности P. На выходе ана- 20 лого-цифрового преобразователя 15 имеют код числа

Ф.

1 1 )

Кя

"о2.з (7) не зависящий от несимметрии колебаний тока i(t) относительно оси времени, ! что приводит к повышению точности измерения активной мощности в цепях с несимметрией колебаний тока относительно оси времени. В дальнейшем работа устройства происходит аналогично, вышеописанному, причем в каждый парный период следования импульсов генератора 16 обновляется .напряжение в соответствующих блоках 12 и 13 выборки-хранения .

При измерении реактивной мощности по сигналу оператора двухполюсный переключатель 9 переводится в нижнее положение. При этом напряжения с выходов первого 4 и второго 7 сумматоров через фазовращатели 5 и 8 и двухполюсный переключатель 9 поступают на входы аналогового перемножителя 10

Поскольку фазовращатели 5 и 8 обеспечивают сдвиг фаз на 90 между своими выходными напряжениями в широком диапазоне частот то произвеУ

50 дение напряжения на выходе фаэовращателя 5 на напряжение на выходе фазовращателя 8 дает напряжение, пропорционально реактивной мощности

О. Обозначают коэффициенты передачи фазовращателей 5 и 8 соответственно через К и К . Тогда напряжения на

I выходе фазовращателей 5 и 8 соответственно равны с учетом (2) )),(с) = к,():;t!,(t) — и„),: (н)

1I+(t) = K>(K<(>(t) + 7., )

Причем колебания гармони еских составляющих в U (t) и U (t) сдвину 3 о ты один относительно другого на 90

Индексами Ugt) и i<(t) обозначены напряжения U(t) и ток i(t), но сдвинутые на 90 один относительно другого. Поэтому усредненные значеHHsr произведения U <(t) () = g np опорциональны значению реактивной мощности Q. Аналогично описанному выше случаю измерения активной мощности для измерения реактивной мощности можно показать, что в этом случае на выходе аналого-цифрового преобразователя 15 формируется код, пропорциональный реактивной мощности

1 1

N = К К K — — — — — О,, (9)

1 Д((P 1 2 Ц 1)

01

1 1

При К К К вЂ” — — — — кратном

AD(LU0 Uо

1Ъ)

О)

10 результат измерения непосредст6 венно пропорционален значению реактивной мощности 0.

Таким образом, цифровой измеритель мощности переменного тока позволяет повысить точность измерения активной и реактивной мощностей в цепях с несимметричной формой колебаний тока относительно оси времени за счет обеспечения независимости результата измерения от значения коэффициентов передачи фаэовращателей, и от несимметрии колебаний тока относительно оси времени.

Фор мула из о бр ет ения

Цифровой измеритель мощности переменного тока, содержащий входной преобразователь напряжения, входной преобразователь тока, аналоговый перемножитель, интегратор, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, источник опорных напряжений, причем выход входного преобразователя напряжения соединен с суммирующим входом первого сумматора, выход входного преобразователя тока подключен к первому суммирующему входу второго сумматора, второй суммирующий вход которого соединен с выходом интегратора, вход которого подключен к выходу аналогового перемноl0

1613966

Соста вит ель С. Хр омов

РедактоР Н, КиштУлинец ТехРед Л.Олийнык Корректор Л.Патай

Заказ 3891 Тираж 552 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 жителя, отличающийся тем, что, с целью повьш ения точности измерения активной и реактивной мощности в цепях с несимметричной формой колебаний тока относительно оси времени, в него введены генератор им пульсов, счетчик, дешифратор, переключатель, двухполюсный переключатель, первый и второй фазовращатели, первый и второй блоки выборки-хранения, дифференциальный усилитель, причем выход генератора импульсов с о един ен с сч ет ным вх од ом с ч етчи ка, информационные выходы которого подключены к информационным входам дешифратора, первый и второй выходы которого соединены с входами управления соответственно первого и второго блоков выборки-хранения, третин выход подключен к входу управления переключателя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами источника опорных напряжений, а выход соединен с вычитающим входом гервого сумматора, выход которого поцключен к пер5 вому входу двухполюсного переключателя и к входу первого фаэовращателя, соединенного выходом с вторым входом двухполюсного переключателя, третий вход которого соединен с выходом второго сумматора и с входом второго фазовращателя, выход которого подключен к четвертому входу двухполюсного переключателя, соединенного

15 . выходами с входами аналогового перемножителя, выход интегратора подключен к входам первого и второго блоков выборки-хранения, выходы которых соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.