Цифровой измеритель мощности

Авторы патента:

Манин Алексей Васильевич (RU)

Юдин Алесей Викторович (RU)

Юдин Виктор Васильевич (RU)

Голубкин Александр Валерьевич (RU)

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

Владельцы патента RU 2533746:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" (RU)

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.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах электропитания систем электроснабжения.

Известен преобразователь переменного напряжения в цифровой код, содержащий соединенные каскадно аналого-цифровой преобразователь, индикатор нуля, первый двоичный счетчик, индикатор заполнения разрядов и второй двоичный счетчик, а также компаратор, ключ и управляемый генератор, соединенный входом с выходом первого двоичного счетчика, а выходом - с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом компаратора, подключенного входом к выходу аналого-цифрового преобразователя [авторское свидетельство СССР №1769193, кл. G05F 1/44, G01R 19/25, 1992, бюл. №38].

Недостатком такого измерителя является значительная длительность процесса измерения, обусловленная использованием принципа накопления информации вторым двоичным счетчиком за цикл измерения, который в 2ⁿ раз превышает полупериод сетевого напряжения, где n - количество разрядов первого двоичного счетчика.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является измеритель мощности, входящий в состав стабилизатора напряжения [авторское свидетельство СССР №1716496, кл. G05F 1/20, 28.02.1992, бюл. №8] и содержащий 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. При этом генератор, управляемый напряжением выполнен на основе перестраиваемого делителя напряжения, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с выходом дополнительного двоичного счетчика, вход которого через делитель частоты также подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

Недостатком такого измерителя является значительная погрешность измерения в цепях с реактивной мощностью. Это обусловлено тем, что вызванные реактивным характером нагрузки изменения направления тока в цепи, имеющие место в каждом периоде сети, не отслеживаются схемой.

Технический результат изобретения выражается в уменьшении погрешности измерения в цепях с реактивной мощностью.

Технический результат достигается тем, что в известный измеритель мощности, входящий в состав стабилизатора напряжения, содержащий 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, 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, логическая схема 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.

Электрическая схема предложенного цифрового измерителя мощности изображена на фиг.1. На фиг.2 изображены диаграммы для одного периода сети, отображающие изменение во времени:

e(t) - входное напряжение сети,

i(t) - тока в сети,

s(t) - мгновенного значения мощности,

v{t) - сигнала на выходе второго компаратора 9,

w(t) - сигнала на выходе третьего компаратора 10,

r(t) - сигнала на выходе логической схемы равнозначности 11,

n(t) - сигнала на выходе логической схемы неравнозначности 13,

z(t) - сигнала на выходе формирователя синхроимпульсов 5,

g(t) - сигнала на выходе первого компаратора 7,

f(t) - сигнала на выходе генератора, управляемого напряжением 4,

P(t) - количества импульсов, поступивших на двоичный счетчик 2,

Q(t) - количества импульсов, поступивших на дополнительный двоичный счетчик 12.

На фиг.3 изображены диаграммы для части периода сети, отображающие изменение во времени:

e(t) - э.д.с. сети,

f(t) - сигнала на выходе генератора, управляемого напряжением 4,

i(t) - тока в сети,

l(t) - генератора пилообразного напряжения 8,

g(t) - сигнала на выходе первого компаратора 7,

g(t)f(t) - логического произведения сигнала на выходе первого компаратора и сигнала на выходе генератора, управляемого напряжением.

Цифровой измеритель мощности (фиг.1) содержит электроприемник 1, первый вход которого соединен с первым входным зажимом сети, двоичный счетчик 2, счетный вход которого подключен к выходу конъюнктора 3, соединенного первым входом с выходом генератора 4, управляемого напряжением, а вход сброса - к выходу формирователя синхроимпульсов 5, соединенного своими входами с входными зажимами сети, преобразователь тока в напряжение 6, включенный входными зажимами между вторым зажимом сети и второй клеммой электроприемника, первый компаратор 7, соединенный инверсным входом с выходом генератора пилообразного напряжения 8, прямым входом - с выходом преобразователя тока в напряжение 6, а выходом - со вторым входом конъюнктора 3, второй 9 и третий 10 компараторы, подключенные своими прямыми входами соответственно к выходу преобразователя 6 тока в напряжение и первому зажиму сети, инверсными входами - ко второму зажиму сети, а выходами - к входам логической схемы равнозначности 11, выход которой соединен с третьим входом конъюнктора 3, дополнительный двоичный счетчик 12, логическую схему неравнозначности 13 и дополнительный конъюнктор 14, выход которого подсоединен к счетному входу дополнительного двоичного счетчика 12, первый вход - к выходу первого компаратора, второй вход - к выходу генератора 4, управляемого напряжением, а третий вход - к логической схеме неравнозначности 13. Вход сброса дополнительного двоичного счетчика соединен с выходом формирователя синхроимпульсов 5.

Преобразователь тока в напряжение 6 может быть реализован на датчике Холла в интегральном исполнении, например ACS750. Счетчики 2 и 12 могут быть реализованы на микросхеме КР1554ИЕ10. Конъюнкторы 3 и 14 могут быть реализованы на основе микросхемы КР1554ЛИ1, а логическая схема равнозначности 11 на микросхеме КР555ЛП13. Для реализации логической схемы неравнозначности может быть использована микросхема КР1533ЛП5. Генератор пилообразного напряжения 8 может быть реализован на микросхеме ICL8038. Функции компараторов 7, 9 и 10 выполняет микросхема КР554СА3. Формирователь синхроимпульсов 5 также может быть реализован на микросхеме КР554СА3. Генератор, управляемый напряжением, может быть реализован на микросхеме К564ГГ1.

Работа цифрового измерителя мощности происходит следующим образом. Из входного напряжения сети e(t) формирователем синхроимпульсов 5 формируются импульсы z(t), соответствующие моментам начала периода. Одновременно компараторами 9 и 10 формируются логические сигналы v(t) и w(t), соответствующие положительным полуволнам тока i(t) и напряжения сети e(t) (см. фиг.2), из которых логическими схемами равнозначности 11 и неравнозначности 13 формируются последовательность сигналов: r(t), соответствующая интервалам одинаковой полярности напряжения и тока, и n(t), соответствующая интервалам их противоположной полярности.

Генератор, управляемый напряжением 4, осуществляет преобразование входного напряжения сети u(t), в последовательность импульсов f(t), частота следования которых пропорциональна уровню этого напряжения в текущий момент времени.

Сигнал i(t) с выхода преобразователя 6 первым компаратором 7 сравнивается с сигналом l(t) генератора пилообразного напряжения 8, на выходе которого формируется последовательность импульсов g(t) с длительностью, пропорциональной уровню тока

$τ_{k} = \frac{i (t_{k})}{i_{\max}} θ$ , k=1, 2, …, T/θ

где i_max - амплитудное значение тока пилообразного напряжения, θ - его период.

В соответствии с этим логические произведения g(t)f(t) поступающих на первые и вторые входы каждого из конъюнкторов 3 и 14 сигналов g(t) и f(t) содержат количество импульсов, пропорциональное произведению значений тока и напряжения в текущий момент времени, т.е. значению мгновенной мощности, а последовательности x(t)=g(t)f(t)r(t) и y(t)=g(t)f(t)n(t), формируемые этими конъюнкторами, содержат соответственно числа импульсов, пропорциональные активной и реактивной мгновенной мощности.

Двоичные счетчики 3 и 12, обнуляемые в начале каждого полу периода, осуществляют суммирование импульсов в последовательностях x(t) и y(t). В результате в конце каждого периода сети счетчиками 3 и 12 будут сформированы коды P и Q, содержащие информацию о величинах активной и реактивной мощностей за этот период.

Предложенный цифровой измеритель мощности в отличие от известного позволяет осуществить раздельное измерение активной и реактивной составляющих мощности, т.е. получить более полные сведения об энергетическом процессе в электрической цепи.

1. Цифровой измеритель мощности, содержащий электроприемник, первый вход которого соединен с первым входным зажимом сети, 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, отличающийся тем, что в него введены преобразователь тока в напряжение, включенный входными зажимами между вторым зажимом сети и второй клеммой электроприемника, первый компаратор, соединенный инверсным входом с выходом генератора пилообразного напряжения, прямым входом - с выходом преобразователя тока в напряжение, а выходом - со вторым входом конъюнктора, а также второй и третий компараторы, подключенные своими прямыми входами соответственно к выходу преобразователя тока в напряжение и первому зажиму сети, инверсными входами - ко второму зажиму сети, а выходами - к входам логической схемы равнозначности, выход которой соединен с третьим входом конъюнктора.

2. Цифровой измеритель мощности по п.1, отличающийся тем, что в него введены дополнительные двоичный счетчик, логическая схема неравнозначности и 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.

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

Способ учета электрической энергии // 2424532

Изобретение относится к измерительной технике. .

Устройство и способ измерения электрической мощности // 2407022

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.

Способ измерения активной мощности нагрузки в электрических цепях переменного тока // 2296338

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.

Измеритель реактивной мощности // 2293340

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. .

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.

Беспроводная индуктивная передача мощности // 2639726

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности обнаружения потерь мощности при более высоких уровнях мощности. Передатчик (101) мощности передает мощность в приемник (105) мощности с использованием беспроводного сигнала мощности. Передатчик (101) мощности содержит катушку (103) индуктивности, возбуждаемую генератором (201) сигнала мощности для предоставления сигнала мощности. Калибровочный контроллер (211) определяет, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика (101) мощности и приемника (105) мощности. Калибровка адаптирует ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником (105) мощности, и указанием переданной мощности для передатчика (101) мощности. Ограничитель (205) мощности ограничивает мощность, предоставляемую в катушку индуктивности, с целью непревышения пороговой величины, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары. Ожидаемое соотношение может использоваться для обнаружения неучтенных потерь мощности, например, вследствие присутствия посторонних предметов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Счетчик электрической энергии // 2643923

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии. Технический результат заключается в оптимизации учета потребления электрической энергии в однофазных электрических сетях многими абонентами. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ измерения мгновенной реактивной мощности трехфазной сети // 2644034

Предлагаемый способ относится к области электротехники и электроэнергетики и, в частности, может быть использован в системах централизованного контроля и мониторинга электроэнергетических систем, в системах компенсации реактивной мощности, в силовых активных фильтрах. Способ определения мгновенной реактивной мощности трехфазной сети включает измерение мгновенных значений токов трех фаз и мгновенных значений напряжений между этими фазами, взаимное перемножение этих значений, после чего осуществляют суммирование полученных сигналов, в результате получают сигнал, пропорциональный мгновенной реактивной мощности трехфазной сети. Техническим результатом является повышение точности и скорости измерения мгновенной реактивной мощности трехфазной сети. 2 ил.