Измеритель активной мощности

 

Использование: для измерения активной мощности в цепях переменного тока. Цель: повышение точности измерения. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, перемножитель 3, устройство 4 выборки-хранения , фильтр 5 высоких частот, нуль-орган 6, блок 7 управления, управляемый блок 8 выборки-хранения , сумматор 9, 1-3-5-6-7-4, 3-8-9-4, 7-8, 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 R 21/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4928794/21 (22) 18,04.91 (46) 23.05.93, Бюл.N 19 (71) Одесский политехнический институт (72) В,Н.Иванов, M.Е.Дюбченко, Л,Ю.Чистяков, Ю.А. Бин ьковский, Л.М. Петров, В,С,Ситников, Н,С,Перевозчиков,и В.П.Богданенко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 290226, кл, G 01 R 21/06, 1971.

Авторское свидетельство СССР

¹.1190279, кл. G 01 R 21/06, 1985, Измерение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения мощности в цепях переменного тока.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель активной мощности, содержащий датчик тока и напряжения, выход перемножителя связан с входами устройства выборки-хранения и фильтра высокой частоты, который через нуль-орган соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения, выход этого устройства является выходом измерителя, Известное устройство основано на следующем положении. Если u(t) = Umsin вt и (с) = I sin{a> t+ р), то мгновенная мощность равна

p(t) = u(t) i(t) = 5(cos p— — cos(2ort+ p)) = P Sxos(2 ил+ p), (1) где Im, Um — амплитудные значения тока и напряжения;

„„, Ж„„1817033 А1 (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Использование: для измерения активной мощности в цепях переменного тока.

Цель: повышение точности измерения. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, перемножитель 3, устройство 4 выборки-хранения, фильтр 5 высоких частот, нуль-орган 6, блок 7 управления, управляемый блок 8 выборки-хранения, сумматор 9, 1 — 3 — 5 — 6 — 7 — 4, 3 — 8 — 9 — 4, 7 — 8, 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

p — сдвиг по фазе между током и напряжением;

S = ImUm/2 — значение полной мощности;

P = S p — значение активной мощности.

При Ясов(2вс+р)= 0 значение мгновенной мощности p(t) = О, а это возможно, если cos(2 mt +p)= 0 при

7r

2вс+ р= — (2i+1), где = 0,1,2,, Однако

ФТВЧ и НО имеют определенную временную задержку прохождения сигнала управления УПВХ. На фиг.4 показаны графики Р, Scos(2 вt + p), p(t), Из фиг.4 видно. что при задержке срабатывания УВХ íà r в нем фиксируется значение p(t) = Р + д, что снижает точность определения активной мощности.

Цель изобретения — повышение точности измерения, Существенным отличием предлагаемого устройства является новая структурная организация за счет введения блока управления, управляемого блока выборки-хранения, сумматора, а также введенных связей, 1817033 что позволяет повысить точность измерителя эа счет усреднения погрешности д. Из фиг.4 видно, что при Scos(2 вt + p) = 0 за счет задержки на величину т будут зафиксированы в управляемом блоке выборки-хранения значения:

P — д1, при (Scos(2 а t + p)) > 0;

Р + Dz, при (Scos(2 в t + p)) < 0;

Суммируя эти значения в сумматоре 9, получим и

Р2= (Р— д1) + (Р + д2) = 2 Р + (д2 д1 ). и

В идеале, если д1 = д2, то Рт= 2Р, полученное значение запоминается в устройстве выборки-хранения, разделив которое на число слагаемых, которое должно быть четным, получают оценку активной мощности, В общем случае в устройстве выборки-хранения будет значение: и

PN =) (Pi — Bt x

X s Ig n ((S cos (2 m t + p ) ))), (2) где Р; — значение p(t) при Scos(2 вт + р) =

=0;

4 — абсолютное значение погрешности

i-го измерения.

Кроме того, существенным отличием предлагаемого устройства является новая структурная органиэация блока управления и управляемого блока выборки-хранения, эа счет введения формирователя фронтов, регистра сдвига, блока ключей, первого и второго устройства задержек сигналов, а в управляемый блок выборки-хранения N устройств выборки-хранения, а также введенных связей между элементами этих блоков, Данная структурная организация позволяет оперативно формировать сигналы управления для N устройств выборки-хранения, а введенные устройства задержки в блок управления вырабатывают разрешающий сигнал после окончания переходных процессов в регистре сдвигов и сумматоре.

Данная органиэация управляемого блока выборки-хранения обеспечивает хранение N выборок в моменты определяемые блоком управления. Простота и доступность к каждому устройству выборки-хранения, возможность изменения числа усреднений в зависимости от входного сигнала является достоинством данной организации управляемого блока выборки-хранения, Таким образом, предлагаемому устройству присущи существенные отличия по сравнению с известными, достигаемые введенной совокупностью признаков, и положительный эффект не является простой суммой известных.

На фиг.1 — 3 приведены структурная схема измерителя, блока управления и управляемого блока выборки-хранения; на фиг. 4 — графики p(t)/S, Р/S, Seas(2 cut + p)/S; на фиг, 5 — эторы напряжений измерителя; на фиг. 6 — пример реализации измерителя.

Измеритель активной мощности, содержащий датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, устройство 4 выборки-хранения, выход которого является выходом измерителя, и последовательно соединенные перемножитель 3, фильтр 5 высоких частот, нуль-орган, причем выходы датчика 1 тока и датчика 2 напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами перемножителя 3, дополнительно содержит блок

25 7 управления, управляемый блок 8 выборкихранения, сумматор 9, выход которого соединен с информационным входом устройства 4 выборки-хранения, управляющий вход которого подключен к (N + 1)-му выходу блока управления, N выходов блока управления подсоединены к N входам управления управляемого блока 8 выборкихранения, N выходов которого соединены с

N входами сумматора 9, выход нуль-органа

35 6 подключен к входу блока 7 управления, информационный вход управляемого блока

8 выборки-хранения объединен с выходом перемножителя 3 и входом фильтра 5 высоких частот. Кроме того, блок 7 управления

40 содержит регистр 11 сдвига, блок 12 ключей, выходы которого образуют N выходов блока

2 управления и последовательно соединенные формирователь 10 фронтов, вход которого является входом блока 7 управления, 45 первое 13 и второе 14 устройства задержки сигналов, выход второго устройства 14 задержки сигнала является (N + 1)-м выходом блока 7 управления, управляющий вход блока 12 ключей соединен с выходом первого устройства 13 задержки сигналов, вход которого объединен с входом регистра 11 сдвига, N-разрядный выход регистра 11 сдвига подключен к N-разрядному информационному входу блока 12 ключей, Управ55 ляемый блок 8 выборки-хранения содержит

N устройство 15 выборки-хранения, выходы которых образуют N выходов управляемого блока . 8 выборки-хранения, информационный вход которого объединен с информационным входами N устройств 15

1817033 и аи= /а, — д, х

l =11

p(t) = Р— Scos(2 вт + р), S cos(2 в т + р), Р*= Р ÀÂ

V(1:) = P = Scos p. выборки-хранения, управляющие входы которых соответственно подключены к N входами управления управляемого блока выборки-хранения.

Устройство работает следующим образом, Сигналы датчиков 1 и 2, пропорциональные мгновенным значениям тока и напряжения и, поступают на входы перемножителя 3, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенному значению мощности из = р(т) =

= iv (фиг.5).

Для синусоидальных напряжений и токов известно соотношение

Из этого соотношения видно, что в мо-, мент равенства нулю гармонической составляющей мгновенное значение мощности р(1) равно активной мощности

Выделение гармонической составляющей мгновенной мощности р(т) осуществляется фильтром 5 высоких частот, сигнал с выхода которого поступает на нуль-орган 6

Us на фиг.5. В момент равенства нулю выходного сигнала фильтра 5 нуль-орган 6 формирует на выходе импульс, поступающий на вход блока 7 управления, где формирователь фронтов вырабатывает импульсы

01о(фиг.5), В регистре 11 сдвига эти импульсы сдвигают по кольцу "единицу", тем самым обеспечивая через блок 12 ключей (фиг.5) подключение к выходу перемножителя 3 i-ro устройства 15 выборки-хранения из управляемого блока 8 выборки-хранения, по диаграмме

1 — 2 — „,— (! — 1) — i+i + 1) —...— (N — 1) — N — 1 — 2, Устройство 13 задержки сигнала обеспечивает подключение i-го элемента управляемого блока 8 после сдвига в регистре сдвига.

После заполнения N устройства 15 в управляемом блоке 8 выборки-хранения на вход сумматора 9 поступает четное количество точек из N/2 периодов, Суммируя отсчеты в сумматоре 9 по N/2 периодам получаем оценку Ри (2): х з! рп { (S cos (2 в т + p ) jj), Это значение после отработки задержки 14, заносятся в устройство 4 выборки-хранения. При необходимости эта оценка может быть разделена на число слагаемых

N, т.е. и и

NP* = PN или Р* = Рп1/N =

X sign((Я cos(2вт+p)))).

Полученный результат может быть записан в виде:

Сравним точность измерения предлагаемого измерителя с базовым, в качестве которого взят прототип.

Из фиг,4 видно, что при 2f = 27,7 кГц и при задержке на величину т= ims в базовом

30 устройстве 4 выборки-хранения будет записано вместо значения Up = 0,866mV напряжение Un1= 0,524гпЧ, при следующем пересечении Un2= 1,208m V, т.е. существует

35 разброс значений измерения, равный:

Л U = Un2 — 0п1 = 1,208 — 0,524 = 0,684mV.

В предлагаемом устройстве, только на одном периоде, т.е. по этим двум значениям

40 получим величину

U = Un2 + Un1=.1,208 + 0,524 = 1,732m V, т.е. 0 равно удвоенному значению активной мощности

Р2 = 2 0о = 2 0,866 = 1,732mV.

Разделив величину U на два, получим

50 О/2 = P1= 0,866mV, Таким образом, предлагаемое устройство в рассмотренном примере повышает точность измерения активной мощности в

55 среднем на 0,342mV.

Практическая реализация измерителя приведена на фиг,6. Перемножитель 3 и нуль-орган б реализованы. Остальные элементы выполнены на микросхемах 155 се1817033 рии (БКУ) и операционном усилителе N-входовом сумматоре 9.

Повышение точности измерения позволяет уменьшить неточности измерений, тогда повысится достоверность измерений и контроль расхода активной мощности, а, следовательно, и технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства

llo сравнению с известными.

Формула изобретения

1. Измеритель активной мощности, содержащий датчик тока, датчик напряжения, устройство выборки-хранения, выход которого является выходом измерителя, и последовательно соединенные перемножитель фильтр высоких частот; нуль-орган, выходы датчика тока и датчика напряжения соединены соответСтвенно с первым и вторым входами перемножителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок управления, управляемый блок выборки-хранения, сумматор, выход которого соединен с информационным входом устройства выборки-хранения, управляющий вход которого подключен к (N + 1)-му выходу блока управления, N выходов блока управления подсоединены к N входам управления управляемого, блока выборки-хранения, N выходов которого соединены с N входами сумматора, выход нуль-органа подключен к входу блока управления, информационный вход управляемого блока выборки-хранения объединен с выходом перемножителя и вхо5 дом фильтра высоких частот, 2, Измерение по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит регистр сдвига, блок ключей, выходы которого образуют N выходов блока управления и

10 последовательно соединенные формирователь фронтов, вход которого является вхо- дом блока, управления, первое и второе устройства задержки сигналов, выход второго устройства задержки сигнала является

15 (N+ 1)-м выходом блока управления, управ- ляющий вход блока ключей соединен с выходом первого устройства задержки сигналов, вход которого объединен с входом регистра сдвига, N-разрядный выход реги20 стра сдвига подключен к ¹ðàýðÿäíoìó информационному входу блока ключей., 3. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что управляемый блок выборки-хранения содержит N устройств выборки-хра25 нения, выходы которых образуют N выходов управляемого блока выборки хранения, информационный вход которого обьединен с информационными входами N устройств выборки-хранения, управляющие входы ко30 торых соответственно подключены к N входам управления управляемого блока вйборки-хранения. l 817033

Р(Е), Р

2,0 я 7

7, 7,jf

/, 1$

0,8

О,б

О,g

Π— 0Z

-0

-Об

-0,8

-1Я

1г

Og ХО

16

/2 дв

0, ц 12

0 о, -0

У б, Uyg

01М1)

1 1!(21 it(> 1

4(1>

% г Ю

Йг(5)

Ь юг.Х

1817033

Составитель В,Иванов

Техред M.Моргентал

Корректор M,Têà÷

Редактор T.Èâàíîâà

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

Заказ 1720 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5