Устройство для измерения электрической энергии

 

375560

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Соеетскик

Социалистические

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. б 01г 11/00

G 0Ir 21/06

Заявлено ЗОХ111.19 69 (№ 1358806/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано,23.111.1973. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 5Х1.1973

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.785.5(088.8) Автор изобретения

Н. Г. Семенко

Свердловский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии им. Д. И. Менделеева

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ вх

U4SWBs

Изобретение относится к устройствам для измерения электрической энергии переменного тока с частотным выходом, содержащим преобразователи входных величин тока и напряжения, линейные преобразователи однополярного напряжения в частоту с идентичн ыми характеристиками и счетчики импульсов.

Известные устройства этого типа сложны и мало надежны и, кроме того, не обеспечивают высокой точности из-за погрешностей многократных преобразований входных величин.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение устройства. С этой целью в предлагаемом устройстве для выполнения нелинейной операции возведения в квадрат суммы и разности преобразуемых напряжений применяют два линейных преобразователя, на вход одного из которых вместе с опорным напряжением подается через преобразователи входных величин сумма двух преобразуемых напряжений, а на вход другого— газность этих напряжений вместе с опорным напряжением.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема двухтактного линейного преобразователя напряжения описываемого устройства; на фнг. 2 — блок-схема описываемого устройства; на фиг. 3 — один из возможных вариантов выполнения преобразователей входных величин тока и н апряжения.

В двухтактном преобразователе напряжения зависимость частоты автоколебаний от величины входного напряжения близка к линейной и может быть приближенно выражена формулой;

10 где S — сечение сердечника трансформатора;

В, — индукция насыщения материала сердечника;

W — числа витков в коллекторных обмот15 ках, которые предполагаются равными, Длительность обоих полупериодов напряжения обратно пропорциональна входному напряжению:

20 Т- 1 2S WB (2) Если на вход преобразователя помимо напряжен ия Уо дополнительно включить напря25 жения U> и Ug, как показано на фиг. 1, то для обеих частей преобразователя входное напряжение будет разным по величине. Действительно, для левой (по схеме) части преобразователя входное напряжение будет рав.

30 но:

375560

U", =U +(U, +U.), а для правой: вх — 7о ((! (г). (4) f1 — f0 + 0. ((7! + (7г);

f.=f.+ (U,— — г,), (9) (10) б0

В этом случае будет также разной и длительность полупериодов генерируемого напряжения. В соответствии с формулой (2) в случае, когда транзистор Т, открыт, à Тг заперт, длительность полупериода будет равна:

2S WB

H,= (3) О + (1 + г) а при запертом Т, и открытом Тг.

2$ WBз

О г

U0 (ц1 + Гг) Длительность полного периода будет равна сумме Я!+ Q2 и выражается формулой:

4S WB Uî

Т =

Up — ((!+ Ua)

Соответственно, выражение для частоты выходного напряжения преобразователя будет иметь вид:

Uo (Ut + Ua) т 4SWÂ 4SWBs U

Если в схеме на фиг. 1 в обеих ветвях изменить полярность одного из входных напряжений, например U2 на противоположную, то можно получить для этого случая формулу, сходную с выражением (б);

fit 0 (Г1 г) (7)

4SWB 4SWB U0 и отличающуюся от него тем, что второй член в числителе представляет собой квадрат разности напряжений Ul и U2.

Вычтя (б) из (7), получим выражение:

Af=f" — f =, (8) из которого следует, что разность частот пропорциональна произведению напряжений Ul и Уг при условии, что напряжение У0 поддерживается строго постоянным. Приведенные соотношения справедливы при условии, что напряжения U! и U> неизменны по величине или скорость их изменения такова, что за время, равное длительности периода Т, приращения величины напряжений будут пренебрежимо малыми.

Кроме того, соотношение между величинами напряжений Up, Ul и U2 должно быть таково, чтобы результирующее напряжение в любом случае было той же полярности, что и

Up и находилось в линейной области характеристики преобразователя.

Интеграл от произведения U!. У, по времени пропорционален количеству периодов разностной частоты hf за определенный промежуток времени.

Для того, чтобы рассмотренным способом можно было преобразовывать переменные

55 напряжения, необходимо подбирать параметры преобразователя и величину опорного напряжения Up с таким расчетом, чтобы длительность периода преобразуемых напряжений в несколько десятков раз превышала длительность периода выходного напряжения преобразователя. Теоретический анализ показывает, что погрешности преобразования будут меньше 0,1 /, при условии, есл!и собственная частота преобразователя приблизительно в сорок раз превосходит частоту преобразуемых напряжений.

Напряжение и ток цепи, в которой измеряется расход энергии, с помощью вспомогательных устройств ВУ! IH ВУг (см. фиг. 2) преобразуются в напряжения определенной величины U! и U>, соответственно, пропорциональные входным величинам, которые затем подаются на входы преобразователей напряжения в частоту Пр! и Прг.

Вспомогательные устройства должны удовлетворять двум основным требованиям: вопервых, обеспечивать высокую точность преобразователя, и, во-вторых, иметь сдвоенные выходы, несвязанные между собой гальваническн, для того чтобы мож!но было снимать два идентичных по величине и фазе выходных напряжения, пропорциональных одной и той же входной величине.

В случае преобразования переменного тока и напряже!ния в роли вспомогательных устройств могут быть !использованы измерительные трансформаторы.

Преобразователи Пр! и Пр, питаются от общего источни!ка опорного напряжения Up u должны иметь идентичные характеристики, Завис!имость частоты от управляющего напряжения должна быть линей ной или хорошо аппроксимироваться на некотором участке прямой, смещенной или не смещенной отнооительно начала координат. Преобразователи должны допускать раздельное регулирование дл!ительности полупериодов:выходного напряжения.

Этим требованиям удовлетворяют рассмотренный выше двухтактный преобразователь с насыщающимся трансформатором, транзисторный мультивибратор с раздельным управлением током перезаряда емкостей по базовым цепям и другие типы устройств.

На блок-схеме на фиг. 2 условно показано, что напряжения U! и U2 включаются в управляющ!ие ветви преобразователя Пр1, будучи соединенными между собой согласно, а преобразователя Пр2 — встречно.

При этих условиях выходные частоты преобразователей Пр! и Про в общем виде будут определяться выр ажениями где fp и а — постоянные величины, зависящие от параметров преобразователей.

375560

С учетом требований к идентичности характеристик постоянные fp и а у обоих преобразователей должны быть равными по величине.

С помощью счетчиков импульсов Сч, и Сч (см. фиг. 2) определяется количество импульсов частоты f> и f2 за определенный интервал времени t .

Разность показаний счетчиков Сч, и Сч, с учетом формул (9) и (10) будет рав на:

ДЛ = г,(fa —,) =4 Ц,и,,. (11)

В том случае, когда напряжения U и U2 представляют собой с инусоидальные величины, формула (П) будет иметь вид

ЛУ = 4--U,U,.cos ю t „ (12) где Ui и U> — эффективные значения напряжений U H Ug.

cp — угол сдвига фаз между U и У2 20

Из формулы (12) следует, что,разность показаний счетчиков пропорциональна энергии, потребляемой в цепки.

На фиг. 3 показа на схема вспомогательного преобразователя для подключения основ- 25 ных преобразователей к измеряемой цепи.

Он состоит из двух трансформаторов тока

ТТ1 и ТТ2, вторичные цепи, которых замкнуты на активные сопротивления, и трансформатора напряжения ТН с двумя выходным и обмотками.

Предмет изобретения

Устройство для измерения электрической э нергии переменного тока с частотным выходом, содержащее преобразователи входных величин тока и напряжения, линейные |преобразователи однополярного напряжен ия в частоту с идентичными характеристиками и счетчики импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности |измерения и упрощения устройства, в нем для выполнения нелинейной операции возведения в квадрат суммы и разности преобразуемых напряжений применено два линейных преобразователя, на вход одного из которых вместе с опорным напряжен нем подается через указанные преобразователи входных величин сумма двух преобразуемых напряжений, а на вход другого — разность этих напряжений вместе с опорным напряжением.

375560

2и

@u2. 3

2и

Риг. 3

Составитель И. Днепровская

Техред T. Курилко Корректор Е. Михеева

Редактор В. Л евятов

Заказ 1620/10 Изд. № 1362 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2