Способ измерения активной мощности нагрузки в электрических цепях переменного тока

Авторы патента:

G01R21/06 - путем измерения тока и напряжения (G01R 21/08- G01R 21/133 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2296338:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (RU)

Способ относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения активной мощности, выделяемой на нагрузке электрической сети переменного тока. Способ основан на преобразовании мгновенной мощности, потребляемой нагрузкой, в пропорциональное этой мощности переменное электрическое напряжение. Из сформированного электрического напряжения выделяют пульсирующие напряжения различных полярностей. Сглаживая пульсации обоих напряжений, преобразуют их в постоянные разнополярные напряжения, равные по величине пиковым значениям пульсирующих напряжений. Постоянные разнополярные напряжения суммируют, и результат суммирования измеряют вольтметром постоянного тока, прокалиброванным в единицах мощности. Техническим результатом является упрощение измерения активной мощности сокращением числа реализующих устройств и процедур при сохранении достаточно высокой точности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения активной мощности, выделяемой на нагрузке электрической сети переменного тока, и может быть использован, например, для контроля потребляемой электрической энергии.

Мгновенная мощность, выделяемая на нагрузке электрической цепи переменного тока синусоидальной формы в момент времени t, определяется как

где U(t) и I(t) - мгновенные значения напряжения и тока в момент времени t, U_m и I_m - амплитудные значения напряжения и тока, ω - циклическая частота изменения напряжения и тока, ϕ - сдвиг фаз между током и напряжением.

Активная мощность P_A переменного синусоидального тока определяется как средняя мощность за время одного периода T_U изменения напряжения сети

В описании патента RU 2229723, МПК G 01 R 21/06, 2004, который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу, утверждается, что все известные способы измерения активной мощности, по сути, являются аппроксимациями и интерпретациями формулы (2). Недостаток этих способов определяется необходимостью выполнения вычислительных процедур, таких как преобразование произведения тока на напряжение в электрический сигнал, интегрирование сигнала, деление результата интегрирования на интервал интегрирования, а также точностью в определении интервала интегрирования. В патенте RU 2229723 практически также реализуется формула (2), т.е. осуществляется преобразование произведения напряжения на ток в электрический сигнал, преобразованный сигнал интегрируется, и результат интегрирования делится на интервал интегрирования.

Технический результат - упрощение измерения активной мощности сокращением числа реализующих устройств и процедур при сохранении достаточно высокой точности измерения. Достигается это тем, что в способе измерения активной мощности нагрузки в электрических цепях переменного тока, основанном на формировании переменного электрического напряжения, пропорционального произведению напряжения на ток нагрузки, согласно предлагаемому изобретению, из сформированного электрического напряжения выделяют пульсирующие напряжения различных полярностей, сглаживая пульсации обоих напряжений, преобразуют их в постоянные разнополярные напряжения, равные по величине пиковым значениям пульсирующих напряжений, суммируют постоянные разнополярные напряжения и результат суммирования измеряют вольтметром постоянного тока, прокалиброванным в единицах мощности.

Рассмотрим сущность заявленного способа. Мгновенную мощность P_t, определяемую формулой (1), учитывая, что sin(ωt+ϕ)sinωt=cosϕ-cos(2ωt+ϕ), можно представить суммой двух составляющих

Первая составляющая - представляет активную мощность, сохраняющую постоянное значение в пределах по крайней мере нескольких периодов Т_U изменения напряжения сети.

Вторая составляющая представляет знакопеременную величину, совершающую гармонические колебания с частотой 2ω. Интеграл от этой составляющей будет равен нулю, как интеграл от гармонической функции за время одного периода. На фиг.1 показаны графики зависимостей от времени - напряжения (кривая 1), тока (кривая 2) и мгновенной мощности (кривая 3) - для случая, когда ток опережает по фазе напряжение примерно на 30°. Период колебаний мощности T_p вдвое меньше периода колебаний напряжения сети T_U. Подставляя (3) в (2), получим

Из (3) следует, что для определения активной мощности, т.е. для получения результата (4), необязательно выбирать интервал интегрирования, интегрировать мгновенную мощность и делить результат интегрирования на интервал интегрирования, т.к. активная мощность является постоянной составляющей мгновенной мощности. Для этого достаточно определить, например, два пиковых значения мгновенной мощности Р_{t max} и Р_{t min} в моменты, когда cos(2ωt+ϕ) равен -1 и +1. Подставляя в (3) cos(2ωt+ϕ)=±1, получим

Суммируя P_{t max} и P_{t min} и учитывая, что ,

Фиг.2 иллюстрирует тот факт, что активная мощность может быть измерена как известными способами, включающими интегрирование мгновенной мощности и деление результата интегрирования на интервал интегрирования, так и может быть определена суммированием разнополярных пиковых значений мгновенной мощности. На фиг.2 показаны колебания мгновенной мощности P_t(t) (кривая 1) как результирующей двух составляющих - знакопеременной мощности P_R(t) (кривая 2) и постоянной активной мощности P_A (прямая 3). Энергия, потребляемая нагрузкой за период колебания мощности T_p, определяется площадью выделенного прямоугольника, величина которого, как следует из фиг.3, . Эта площадь равна заштрихованной площади под кривой мгновенной мощности, которая представляет интеграл (Сумма площадей зачерненных площадок, представляющих разнополярные энергии, равна нулю). Приравнивая S₁ и S₂, получим

На фиг.3 показан вариант реализации предлагаемого способа. К источнику 1 (сети) переменного напряжения U подключена нагрузка 2, через которую идет ток I. Напряжение U₁ с датчика тока R₁, например резистора, последовательно включенного с нагрузкой 2, и напряжение U₂ с датчика напряжения R₂, например резистора, образующего с резистором R₃ делитель напряжения, подаются на входы умножителя 3 напряжения. Переменное напряжение U=KP_t, пропорциональное мгновенной мощности, с выхода умножителя 3 подается на входы разнополярных амплитудных детекторов 4 и 5. Один из них, например 4, детектирует напряжение положительной полярности и преобразует его в постоянное положительное U₁=KP_{t max}, а детектор 5 пропускает напряжение отрицательной полярности и преобразует его в постоянное отрицательное напряжение U₂=KP_{t min}. Напряжения U₁ и U₂ суммируются сумматором 6, напряжение на выходе которого измеряется вольтметром 7 постоянного тока, прокалиброванного в единицах мощности. Коэффициент преобразования k мощности в напряжение является постоянной величиной, которая зависит от выбора датчиков тока и напряжения R₁ и R₂, от коэффициента усиления умножителя 3 и определяется при калибровке вольтметра 7 в единицах мощности.

Способ измерения активной мощности нагрузки в электрических цепях переменного тока, основанный на формировании переменного электрического напряжения, пропорционального произведению напряжения на ток нагрузки, отличающийся тем, что из сформированного электрического напряжения выделяют пульсирующие напряжения различных полярностей, сглаживая пульсации обоих напряжений, преобразуют их в постоянные разнополярные напряжения, равные по величине пиковым значениям пульсирующих напряжений, суммируют постоянные разнополярные напряжения и результат суммирования измеряют вольтметром постоянного тока, прокалиброванным в единицах мощности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах компенсации реактивной мощности (РМ). .

Метод контроля щита учета поставляемой электроэнергии // 2274872

Изобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано в электрических сетях для проверки работоспособности и точности измерения щита учета электроэнергии.

Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока // 2267410

Изобретение относится к области электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта. .

Способ учета электроэнергии в установках с регулируемым асинхронным электродвигателем и система для его реализации // 2256927

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на предприятиях для контроля потребления электроэнергии с целью оценки эффективности внедрения нового оборудования.

Счетчик электрической энергии // 2254582

Изобретение относится к электроизмерительной технике и используется для измерения электрической энергии в цепях переменного тока. .

Счетчик ватт-часов // 2252424

Изобретение относится к области электроприборостроения. .

Способ автоматизированного активного контроля показателей качества электрической энергии // 2248038

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе эксплуатации современных электроэнергетических систем. .

Система учета электрической энергии // 2247994

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано для организации регистрации, учета и оплаты потребляемой электрической энергии абонентами различного типа.

Система учета коммунальных услуг и счетчик энергоресурсов, используемый в ней // 2247396

Изобретение относится к области измерительной техники и применяется для учета различного вида коммунальных услуг. .

Устройство для измерения электрической энергии с защитой от хищений // 2234707

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока. .

Измеритель реактивной мощности // 2401432

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности при синусоидальных и несинусоидальных формах напряжения и тока

Устройство и способ измерения электрической мощности // 2407022

Способ учета электрической энергии // 2424532

Изобретение относится к измерительной технике

Способ определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием // 2482943

Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к определению энергетической эффективности обработки на установке электроискрового легирования

Цифровой измеритель мощности // 2533746

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах электропитания систем электроснабжения. Технический результат изобретения выражается в уменьшении погрешности измерения в цепях с реактивной мощностью. Цифровой измеритель мощности включает электроприемник и двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу конъюнктора, соединенного первым входом с выходом генератора, управляемого напряжением, а вход сброса - к выходу формирователя синхроимпульсов, соединенного своими входами с входными зажимами сети. Для достижения технического результата введены преобразователь тока в напряжение, включенный входными зажимами между вторым зажимом сети и второй клеммой электроприемника, первый компаратор, соединенный вычитающим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, суммирующим входом - с выходом преобразователя тока в напряжение, а выходом - со вторым входом конъюнктора, а также второй и третий компараторы, подключенные своими суммирующими входами соответственно к выходу преобразователя тока в напряжение и первому зажиму сети, вычитающими входами - ко второму зажиму сети, а выходами - к входам логической схемы равнозначности, выход которой соединен с третьим входом конъюнктора, а также - дополнительные двоичный счетчик, логическую схему неравнозначности и дополнительный конъюнктор, выход которого подсоединен к счетному входу дополнительного двоичного счетчика, первый вход - к выходу первого компаратора, второй вход - к выходу генератора, управляемого напряжением, а третий вход - к логической схеме неравнозначности, причем вход сброса дополнительного двоичного счетчика соединен с выходом формирователя синхроимпульсов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ учета электрической энергии // 2537095

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам учета энергии. Устройство, реализующее способ измерения энергии, содержит аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов, аналого-цифровые преобразователи цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, цифровые полосовые фильтры «пробка» и 50 Гц напряжений и токов, цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно, блоки расчета мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям, блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности, блоки расчета энергии нулевой, прямой и обратной последовательностей, блок расчета мощности высших гармоник, блок расчета энергии высших гармоник, формирователи модулирующих кодов, линии задержки, сумматор, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Пункт контроля содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, обнаружитель (селектор), анализаторы спектра, удвоитель фазы, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, узкополосные фильтры, делитель фазы на два, фазовый детектор, блок регистрации и анализа. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дистанционного контроля энергии по шести параметрам качества. 3 ил.

Способ определения энергопотребления в электрической установке и электрическая установка переменного тока // 2607674

Изобретение относится области электрических измерений. В соответствии с изобретением, группа, содержащая множество отдельных ветвей распределения, соединенных параллельно, подключена к источнику питания переменного тока. Способ содержит следующие этапы, на которых: а) обнаруживают изменение электрического потребления в одной конкретной ветви среди ветвей, и b) определяют индивидуальное энергопотребление конкретной ветви на основе измерения полного напряжения (U), которое по существу постоянно в течение изменения, измерений значений (IA, IB, ψA, ψB) силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения, и измерений интенсивностей (I3А, I3В) индивидуального тока в конкретной ветви до и после изменения. Технический результат заключается в упрощении осуществления измерений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения потребления мощности, система контроля и содержащая ее электрическая установка // 2607828

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения потребления электроэнергии электрической установкой. В группе из нескольких индивидуальных ветвей (4) распределения электроэнергии между нагрузками (5а, 5b, 5с, 5d) и входящей линии (3) обнаруживают изменение в электрическом потреблении в установке (1). После чего считывают информацию, относящуюся к электрическому току (I2, I3, I4) в конкретной ветви среди упомянутых ветвей (4), с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви. Затем с использованием информации, считанной с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви (4), устанавливают указание, согласно которому упомянутое изменение произошло в этой конкретной ветви (4). С использованием как данных из измерений (U, IA, ψA), выполненных на основной входной питающей линии до изменения, так и данных из измерений (U, IB, ψB), выполненных на основной входной питающей линии после изменения, и упомянутого указания определяют конкретное индивидуальное потребление энергии в упомянутой конкретной ветви (4). Технический результат заключается в упрощении доступа к информации об индивидуальном потреблении электроэнергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства // 2616759

Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве. Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства содержит счетчик электроэнергии, подключаемый к электрической сети транспортного средства, и блоки энергонезависимой памяти. Информационный вход одного из блоков подключен к выходу счетчика электроэнергии для регистрации значений потребленной электроэнергии. Устройство содержит также блок мобильной связи, содержащий процессор, связанный с приемопередатчиком, снабжено блоком индикации и приемником сигналов информационной сети вагона, выход которого подключен к процессору блока мобильной связи, связанному с информационным входом другого блока энергонезависимой памяти, а также с выходами и управляющими входами обоих блоков энергонезависимой памяти и блоком индикации. Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является возможность автоматически в режиме реального времени собирать, хранить, обрабатывать и передавать информацию о показателях бортовых устройств железнодорожного транспортного средства, учитывая сбои и проследование поездом зон с отсутствием покрытия мобильной связью.

Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи // 2629907

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой. Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи включает измерение мгновенных величин токов и напряжений на каждой фазе. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат. На основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us: далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:Qγ=IS×US.Полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1=Iα⋅Uβ и Q2=-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз: где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.Преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям: где IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.Технический результат: повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.