Способ определения коэффициента мощности

 

-Изобретение относится к электроизмерительной технике. Предлагаемый способ служит для измерения коэффициента мощности . Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения -достигается тем, что в три момента времени, равноотстоящие друг от друга, измеряют мгновенные значения тока и напряжения, причем первое измерение производят в произвольный момент времени, а коэффициент мощности определяют по формуле, приведенной в формуле изобретения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Ц5 G 01 R 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ х, (1) ». (»х( (21) 4738916/21 (22) 18.07.89 (46) 23.09,91. Бюл. № 35 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) В.С.Мелентьев, В.С.Баскаков и B.Ñ.Øóтов (53) 621.317.37 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1275306, кл. G 01 R 21/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 11559999779911, кл. G 01 R 21/00, 1988.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки экономичности электропотребления промышленных обьектов.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерения.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие способ; на фиг. 2— блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 — блок-схема алгоритма работы вычислительного блока.

Сущность предлагаемого способа состоит в определении коэффициента мощностй по трем мгновенным значениям напряжения и тока, взятым в равноотстоящие друг от друга моменты времени, первое иэ которых взято в произвольный момент времени, согласно формуле,, Ы,„, 1679401 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к алектроизмерительной технике. Предлагаемый способ служит для измерения коэффициента мощности. Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерения — достигается тем, что в три момента времени, равноотстоящие друг от друга, измеряют мгновенные значения тока и напряжения, причем первое измерение производят в произвольный момент времени, а коэффициент мощности определяют по формуле, приведенной р формуле изобретения. 4 ил, °(Л

2U) — 0з01 — 01 2!3 — bl > — lf

» v5=þ»Г- »» где 01, Uz, 0з- мгновенные значения напряжения исследуемой цепи;

I>, Iz,!з, — мгновенные значения тока в исследуемой цепи.

Если сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи содержат только первые гармоники, то

01=0m з!п а1, 02 = Um sin (а + в Л t);

0э= Um зin (а1 +2 иЛт);

1679401

2Sin а2 +(uAt СОЗа1

2sln(a< + NAt}

I> - l> slnaz;

Iz-1 з1п(аг +вЛс);

13- Ittt, siп (аг + 2 в Ьt);

Аналогично

Тогда

= в 1 — costi;

= 1-ссв ав, 20

Так как з!па1 = + 1 — cosга1

sin(at + 2 в Л с ) sin a> = — созгвйt—

2

25 — соз(2а1 +2вЛс));

sin а1 =у1 — cos2a>), г 1sin а2 = и в 1ссв2щ, то выражение (1) может быть записано в

30 следующем виде:

2112 — UsU1 — 1Я заев

2sin(at + ойв) Г-(1 — сов2юй

Так как

sin а1 +eAt simoA

2sin(a> + eAt)sin вМ где а1,а — фазы сигналов напряжения и тока;

Л с - tz-с1 - сз-tг — интервал времени между двумя соседними выборками (фиг. 1).

Тогда М - Usus - 1Л вс, ЛТйс, 212221222 а1+вй -Csin а1+2айв slnat- 12вйРа1

2Ussln(at +sodt) mstn а1 +а — sin at+2

2sinР а1 + ай — sin ав + 2 айв 2111а1 — slnsat

2в1а(а1+а2ьв) sin а1+а -snat+2

Так как slnz(а1 +вЛt)=1/2(1— — cos (2a> + 2 в At ); то выражение принимает вид

2U2 2ЯГЪЗ01

2(1- соа2авй+ cos2at - cos(2al + 2ав122)1

1, (2) 1-cos 2вЛt=2 siп coAt; соз2 а1 — соз (2а1 + гайл) =

-2 з1п (гас+ вЛс) sin NAt; то выражение. принимает вид

sin o)At (sIn вй + sin 2a> + a@At sin coht

Так как sin вЛ t+ sin (2 -1- вЛ с) =

-2 з1п(а1+вЛс) cosa>, то

2U3 — 0з01 — U)

2112 U7:Îç01

212- 1211 — 11 гь2 1:I I ф1 — соь2и262 + с052Щ с08(2а2 + 2айй))

COM2., (3)

2sllI(sI + algal) I — сов2вж1

2 соз а1 созаг + sina> slnaz =

= cos (аг — а } = cosy .

Устройство реализующее предлагаемый способ (фиг, 2), содержит аналогоцифровые преобразователи 1 и 2, мультиплексор 3, вычислительный блок

4, блок 5 управления, генератор 6опорной частоты, ключ 7, счетчик 8, схему 9 сравнения кодов и регистр 10 сдвига, причем шина первого входного сигнала соединена с входом аналого-цифрового преобразователя

1, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов мультиплексора 3, вторая группа входов которого соединена с выходами разрядов аналого-цифрового преобразователя 2, а выходы соединены с информационными входами вычислительного блока 4, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 5 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора 3, а третий выход — с запускающими входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 1 и 2, выход генератора 6 опорной частоты соединен с входом ключа 7, управляющий вход которого соединен с. четвертым выходом блока 5 управления, а выход — с информационным

1679401 входом счетчика 8, выходы разрядов которого соединены с первыми информационными входами схемы 9 сравнения кодов, вторые информационные входы которой соединены с выходами разрядов регистра

10 сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом схемы 9 сравнения кодов и первым входом блока 5 управления, второй вход которого соединен с входом уСтановки нуля счетчика 8, входом предварительной установки регистра 10 сдвига.

Устройство работает следующим образом.

После подачи импульса на шину "Пуск" устройства счетчик 8 обнуляется, вычислительный блок 4 переходит к началу выполнения программы, в регистр 10 сдвига записывается код N, Мультиплексор 3 подключает выход АЦП 1 к информационному входу вычислительного блока 4.

По команде с блока 5 управления в момент времени t> (фиг. 1) запускаются АЦП

1 и 2, на входах которых в это время величина напряжения равна 0> = Umsin a<, а

ВЕЛИЧИНа тОКа раВНа l1 = ImSln a2. ОДНОвременно замыкается ключ 7, и импульсы с генератора 6 опорной частоты начинают поступать на счетный вход счетчика 8.

Блок 5 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4.

Код N)u с выхода АЦП 1, пропорциональный напряжению 01, записывается в вычислительный блок 4, После этого по команде с блока 5управления мультиплексор 3 подключает выход

АЦП 2 к информационному входу вычислительного блока 4, Блок 5 управления формйрует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4. Код Мц с выхода АЦП 2, пропорциональный току I1, записывается в вычислительный блок 4.

По команде с блока 5 управления мультиплексор 3 подключает выход АЦП 1 к информационному входу вычислительного блока 4.

В момент времени сг, когда код на выходе счетчика 8 принимает значение N<, на выходе схемы 9 сравнения кодов появляется импульс, так как на вторые информационные входы схемы 9 сравнения с выхода регистра 10 сдвига подан код Nt.

Этот импульс поступает в блок 5 управления и запускает АЦП 1 и 2, на входах которых в это время величина напряжения

Равна 02 = Umsin(а1 +вЛ t), а величина тОКа раВНа Iz = ImSln(aZ+жЛт), ГдЕ ht=

=t2 t1 °

10

20 :вычислительный блок 4

30

2ИЬ вЂ” NsiN1i — N)i х +

Одновременно по отрицательному фронту импульса с выхода схемы 9 сравнения кодов производится сдвиг регистра 10.

На выходах регистра 10 устанавливается код 2йь

На выходе блока 5 управления формируется импульс запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4. Код Nzu с выхода АЦП 1, пропорциональный напряжению Uz, записыеается в вычислительный блок 4.

После этого по команде с блока 5 управления мультиплексор 3 подключает выход

АЦП2 к информационному входу вычислительного блока 4. Блок 5 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4. Код Nzl с выхода АЦП 2, пропорциональный току lz. записывается в

По команде с блока 5 управления мультиплексор 3 подключает выход АЦП 1 к информационному входу вычислительного блока 4, В момент времени тз, когда код на выходе счетчика 8 принимает значение 2Мь на выходе схемы 9 сравнения кодов появляется импульс, так как на вторые информационные входы схемы 9 сравнения кодов с выхода регистра 10 сдвига подан код 2N<

Этот импульс поступает в блок 5 управления и запускает АЦП 1 и 2, на входах которых в это время величина напряжения равна 0з = Umsln(a> +2вЛt), а величина тока равна l3 = Imsin(az + 2 аЛ т) .

На выходе блока 5 управления формируется импульс запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4. Код Nsu с выхода АЦП 1, пропорциональный напряжению 0з, записывается е вычислительный блок 4.

После этого по команде с блока 5 управления мультиплексор 3 подключает выход

АЦП 2 к информационному входу вычислительного блока 4. Блок 5 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 4. Код Nsi с выхода АЦП 2, пропорциональный току Is, записывается в вычислительный блок 4.

В вычислительном блоке 4 выполняются вычисления согласно выражению

2N)u — NouN u — N)u вых х

2Мги

1679401 (-Y х (+

10 з1п а =+.б1: N6 = (4) 25

М! — ИзМ п — N tl х +

41п а2=». 1 N

». (.4. (5) 35 (2йз! — N4(N >) — й1!

22 й4 з 7 !4 — N»iNц

+ (+

u—

Х + 1- NuN>+(+ 1 — (444) (= 4 — (4() =

= C0S а1 соз аг + з! и а1 з1п аг = соз р. т.е, Ивых пропорционален коэффициенту мощности, где

2йг(.) — ЙзМ ы — Nfu, соза = Nu—

2йг() 2йг! — МзЛ и — 1 Я! . созаг= Nl—

Знаки в выражениях(4) и(5) выбираются в соответствии со знаками мгновенных значений U1= Umsin а!, i< = lmsin аг.

Сомножитель — (1 — cos 2 cuAt) в зна2 менателях выражений (2) и (3) обращается в ноль, если cos 2 вЛ1= 1, чего не может быть, так как 2 c0At О, à At выбирается таким, что 2 NA t << л.

Знаменатель выражений (2) и (3) может обратиться в ноль, если Ог = Umsin(a> + eAt)=

=Î, Iг = 1m sin (аг + cuA t) = О, Для того, чтобы устранить возможность деления на ноль в вычислительном блоке 4 производится анализ кодов Nzu и Игь пропорциональных напряжению 0г и току 12.

Если, например, 0г = О, à !г 4 О, то интервал времени Л t увеличивается в 2 раза, т.е.

A t = 2A t = ts - с1(фиг. 3), В этом случае процесс измерения продолжается после момента времени тз.

В момент времени t4 (фиг. 3), когда код на выходах счетчика 8 принимает значение

4йь на выходе схемы 9 сравнения кодов появляется импульс, так как на вторые информационные входы схемы с выхода регистра 10 подан код 4йь Этот импульс поступает в блок 5 управления и запускает АЦП 1 и 2, на входах которых в это время величина

5 напряжения равна

04 = Vms in(a< + 4вЖ) = L4sln(a< + 2 coAt ), а величина тока равна

l4 = 1в)з!п(аг + 4o)At) = 0(вз1п(а2 + 2 NAt ).

По сигналам запроса на ввод, поступающим с блока 5 управления на управляю15 щий вход вычислительного блока 4, код N4u, пропорциональный U4, и код Й4), пропорциональный 14, поочередно записываются в вычислительный блок 4.

В вычислительном блоке 4 выполняются

20 вычисления (фиг. 4) согласно выражению

Ми N4uN1u N)u

Йвых х

2Мз).) = NUN + (+ 1 — Nl4) ) (» 6:М(), 40 и выходной код Мвых пРопоРционален коэффициенту мощности.

Аналогично выполняются вычисления в вычислительном блоке 4 (фиг. 4), если 1г = О, а Ог+0:

45 )) 2N)u — Кз(.)й ы — N lu

Ne((x х

2Nzu

1679401

2йз! — И4! Й и — Й ((х + х (+

Фиг. I

В случае, если Uz = О и Iz = О, выходной код определяется согласно выражению

МО N4UN1(.) N)u

Nevx х

2йзв

- NuM(+ (» 1(Йй ) )» 1(М ) Длительность временного интервала

A t выбирается минимальной и ограничена, в основном, только временем аналого-циф- рового преобразования АЦП.

Способ обладает более высоким быстродействием, так как время измерения не зависит от момента начала измерения и угла сдвига фаз между напряжением и током, а определяется только интервалом дискретизации At.

В известном способе время измерения зависит от момента начала измерения и может в общем случае составлять около периода входного сигнала, Это может произойти в том случае, если измерение начинаютт производить после того, как сигнал тока в исследуемой цепи перешел через ноль иэ отрицательной полуволны в положительную. Тогда до момента следующего перехода сигнала тока через ноль из отрицательной полуволны в положительную (т.е., до момента измерения первого мгновенного значения напряжения) пройдет интервал времени, приблизительно равный периоду

5 входного сигнала.

Предлагаемый способ обладает более высокой точностью измерения коэффициента мощности, так как в нем отсутствует погрешность определения момента пере10 хода сигнала тока в исследуемой цепи через ноль, что имеет место в известном .способе.

Формула изобретения

15 Способ определения коэффициента мощности, заключающийся в том, что измеряют три мгновенных значения напряжения исследуемой цепи в моменты времени, равноотстоящие друг от друга, о т л и ч а ю20 шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в те же моменты времени измеряют мгновенные значения тока в исследуемой цепи, причем первое измерение производят в

25 произвольный момент времени, а коэффициент мощности определяют по формуле

203 — 0з01 — 0) 26 — 1з11 — I) созыв

ЗО

202 U — 0з01 21z 1 — Iз!1

40 где 01, Uz, Оз- мгновенные значения напряжения исследуемой цепи;

I<, 1z, 1з — мгновенные значения тока в исследуемой цепи.

1679401 ск

Фиг,2

Vy

1679401

1679401

Фиг. Ф (продолжение) едактоР H. Тупица

Заказ 3211 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель, С. Хромов

Техред М. Моргентал

Корректор Н. Король