Цифровой измеритель мощности

 

ОП ИКАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1>815658

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. сеид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 300379 (21) 2744078/18-21 с присоединением заявки Hо (23) Приоритет

Опубликовано 230381, Бюллетень Н9 11

6 01 Н 21/10

Государственным комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .7(0BB.8) Дата опубликования описания 23.0381 (72) Автор изобретения

Н.И. Грнбок

Львовский ордена Ленина политехнический (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть применено для измерения активной и реактивной мощности.

Известен цифровой измеритель мощности, содержащий перемножитель, два интегратора, селектор, цифровое делительное устройство и фазовращатель P1) .

Недостатками устройства являются его малые функциональные воэможности и низкая точность измерения.

Известен цифровой измеритель мощности, содержащий три источника эталонного сигнала, первый коммутатор аналогового сигнала, первый вход которого непосредственно, а второй через первый источник эталонного сигнала соединен с шиной первого входного сигнала и с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора аналогового сигнала, выход которого через первый преобразователь соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого через второй преобразователь соединен с шиной второго входного сигнала, третий вход перемножителя соединен через ключ с выходом второ. го источника эталонного сигнала, выход перемножителя через второй ключ соединен с выходом третьего ключа и со входом интегратора, выход которого через нуль-орган соединен с первым входом цифрового коммутатора, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющими входами всех трех ключей, третий вход цифрового коммутатора соединен с выходом генера тора импульсов, первый выход цифрового коммутатора соединен со вхо1з дом делителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления (21 .

Недостатком известного устройства является его низкая точность и

20 малые функциональные возможности.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее три источника эталонного сигнала, первый коммутатор аналогового сигнала, первый вход которого непосредственно, а второй через первый источник эта30 лонного сигнала соединен с шиной

815658 первого входного сигнала и с первым входам блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входам первого коммутатора аналогового с †гна„ выход которого через первый преобразователь соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого через второй преобразователь соединен с шиной входного сигнала„ третий вход перемножителя соединен через ключ с выходом второго источника эталонного сигнала, выход перемножителя через второй ключ соединен с выходом третьего ключа .. со входом интегратора, вь1хад которого через нуль-орган соединен с первым входам цифрового коммутсв..ора, второй вход которого соединен са вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющими входами всех трех клю-ей, третий вход цифрового комму- 20 татара "îåäèíåí с выходом генератора. импульсов, первый выход цифрового ка-мутатора соединен со входом делителя, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока 25 управления, введены триггер, блок перезаписи, реверсивный счетчик,,целитель напряжения, второй коммутатор аналогового сигнала и четвертый истаккни|: эталонного сигнала, i..ðeòüåãñ ключа соединен с выходом второго коммутатора аналогового сигнала,. первый вход которого непос"ct-; c-..в .нна, а второй через делитель н .;. ряжения соединены с выходам трет-ezo источника эталонного сигнала, 35 упр 1вляющий вход второго коммутатора аналогового сигнала соединен со вторым выходом блока управления, второ..:. вход которога соединен с выходом реверсивного счетчика первый и вто- 40 рай входы которого нейосредственно, третий через триггер соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым выходами цифрового коммутатора, информационные выходы реверсивного счетчика через блок пере" записи соединены с соответствующими информационными входами делителя, управляющий вход блока перезаписи соединен с управляющим входом 50 делителя, выход четвертого источника эталонного сигнала соединен с третьим входом первого коммутатора аналогового сигнала.

la чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя мощности.

Цифровой измеритель мощности содержит перемножитель 1, преобразователи 2 и 3, источники 4-7 эталонного сигнала, ключи 8-10, интегратор 11, нуль-орган 12, коммутато- е0 ры 13 и 14 аналогового сигнала, делитель 15 напряжения, блок 16 управления, цифровой коммутатор 17, генератор 18 импульсов, делитель 19, блок 20 перезаписи, ВхОДы кОТОрОГО Я подключены к выходам 21 реверсивногс| счетчика 22,и триггер 23, причем первый вход коммутатора 13 непосредственно, а второй через источник .

6 соединены с шиной 24 первого входного сигнала и с первым входом блока 16. Первый выход блока 16 соединен с управляющим входом коммутатора 13, третий вход которого соединен с выходом источника 4,выход коммутатора 13 через преобразователь 3 соединен с первым входом перемножителя 1, второй вход которого через преобразователь 2 соединен с шиной

?5 второго входного сигнала. Третий вход перемножителя через ключ 8 соединен с выходом источника 5,,выход перемножителя через ключ 10 и ключ

9 соединен с выходом коммутатора 14, первый выход которого непосредственно, а второй через делитель 15 соединен с источником 7. Управляющий вход коммутатора 14 соединен со вторым выходом блока 16 и с первым входом цифрового коммутатора 17, первый вход которого через нульорган 12 и интегратор 1 соединен с выходом ключа 10, управляющий вход которого соединен с управляющими входами ключей 8, 9 и с третьим выходом блока 16, четвертый выход блока 16 соединен с управляющими входами блока 20 перезаписи и делителя 19, вход которого соединен с первым выходом коммутатора 17, второй и третий выходы которого непосредственно, а четвертый через триггер 23 соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика

22,информационные выходы которогО через блок 20 соединены с соответствующими информационными входами делителя 19, выход генератора 19 соединен с третьим входом коммутатора

17, выход реверсивного счетчика соединен со вторым входом блока 16.

Цифровой измеритель мощности работает следующим образом.

В,первом такте коммутатор 13 соединяет преобразователь 3 с шиной

24, коммутатор 14 соединяет делитель

15 с ключом 9, ключ 8 закрыт, а режерсивный счетчик 22 и триггер 23 установлены в нулевое состояние. При синусоидальных значениях напряжений

U(t) = 0„„ sin |о t и тока i(t)

-In, s in (ы t + Р ) на шинах.24 и ° 25 напряжение на выходе перемножителя

1 определяется выражением

En| Кр х|,() + хн() Кп хК„U(t) () = К, u(t) ()

Kc t „, ttcwt cic fw t ° tc ) (сок Р -cctt2ttt+t I t |1), к поскольку преобразователи 2 и 3 пребраэуют ток !(t) и напряжение U(t) в пропорциональные им сигналы х„ (t) = К„ l(t) (2) х„ () = К, . 0(), 815658 где К и К вЂ” коэффициенты пре1 и образования блоков 2 и 3 соответственно, К вЂ” коэффициент передачи перемножителя, Кр = Кп Кь Ки 5 угол сдвига фаэ между напря жением и током, l — соответственно амплитудные значения напряжения и тока.

При переходе через нуль напряжения U(t) блок 16 управления открывает коммутатор 17 и ключ 10. Импульсы с частотой f следования генератора

18 импульсов в течение полупериода напряжения u(t).ïîñòóïàþò на вход триггера 23, вследствие чего в счет- 35 чике 22 зафиксируется число импульсов, равное N Т/2 = 1 Т/2. В момент

Т/2 блок 16 управления переключает коммутатор 17 в положение, при котором прекращается поступление импуль- 20 сов на вход триггера 23, а разрешается поступление на вычитающий вход реверсивного счетчика 22. Поэтому с приходом на вычитающий вход = б= т >» импульсов реверсивный счетчик переходит в нулевое состояние, вследствие чего сигнал с его выхода "нуля" поступает на вход блока 16 управления, который закрывает ключ 10 и открывает ключ 9. Ключ 10 открыт

30 только на время ЭТ/4. В процессе интегрирования в интеграторе 11 напряжения (1) выходное напряжение интегратора 7 примет значение

3Т/4 б = — c S ксокв — cos (zu)c+

U р)1 сс. = --- —---ът/4 3T/4

° (t сЬь Р dt - 1 cos (2и) й-р Р )dt)=. (> + р),ЬТ/4

Кр Uãï 1 тт /Я cos+ - - — -- --- 1 = 40

ЮЮ

В к 4ф е.к т

X =Cc=--а-а — зр — — ) о1 Вк Uîï а и

k .ц $ соЬ Р о1 инт. 2 (6) которое во втором такте разряжается

25 выходным напряжением источника,7 при переводе коммутатора 15 в положение, когда ключ соединен с источником 7.

Отсюда т:И ) соьР

2,ъ

У к,.т1»

И =ft--- = Х-, 20 ол (Sin ßî) -T+ Ð) Sin )=

Путем выбора Р K т 3I к

= — в в. кы „вб к выражение (8) принимает вид

° (g) Еоk т в= — -в — — @ е Ю>

В0 ПК пропорциональный значению реактивной мощности Q, но зависящий от значения коэффициента КР и периода Т исследуемых колебаний, что ограничивает точность и частотный диапазон

60 измерений. для устранения этого недостатка вводят доголнительный такт измерения,до начала которого коммутатор 2 соединяет преобразователь 3 с источником 4, а также отк65 рывается ключ 8. Поэтому напряжение

Так как Рд = 0„, 1„„созе и О

0щ 1„, (и Р значения активной и реактивной мощности в исследуемой нагрузке, то выражение (3) принимает вид ак .т.р к,т в

"инт ъ В-. Bn t

Во втором такте двутактного интегрирования блок 16 управления открывает ключ 9,и напряжение к 0оп с выхода делителя 15 напряжения через коммутатор 14 и ключ 9 поступает на вход интегратора 11, разряжая напряжение интегратора 11 до нулевого уровня, который фиксируется нуль органом 12. Поэтому справедливо соотношение í i I { Î » °, с, 3Ic кв-тк-) ° - 1к в бк-о .

1.—

За время t, в реверсивном счетчике

22 по вычитающему входу зафиксируется код числа где к — коэффициент передачи делителя 15 напряжения.

Во втором такте аналого-цифрового преобразования ключ 10 открывается на время, кратное периоду исследуемых колебаний на шинах 24 и

25. Поэтому при интегрировании напряжения (2) в течение периода Т на выходе интегратора имеется напряже.ние

На суммирующий вход счетчика 22 с выхода коммутатора 17 поступает число импульсов, равное

В счетчике 22 с учетом (5) зафиксируется код числа тр атака в c,к рт в u„ вв,„к во

815658

„т т

1 1, E )„,+11„ц dt о

Поэтому о с „on оп

Формула изобретения на выходе перемножителя (5) определяется выражением

Е тчт = К я K ú С1 (t ) w 1о) K„ E

Кр Е 1(t) + Кр Е 1о, (10) где Š— напряжение на выходе источник а 4, Та в значение постоянного тока, протекающего через ключ 8.

Блок 16 управления открывает ключ

10 на время Т,и к моменту окончания периода Т напряжение на выходе интегратора принимает значение

При симметричной относительно оси абсцисс форме колебаний тока составт ляющая x E „()о1 =o о P

k Е1 Т k т т Ь С p o

Poi = «o

Блок 16 управления открывает ключ 9, а коммутатор 19 соединяет ключ 13 с источником 7. В процессе разряда напряжения U „ до нуля справедливо соотношение

Отсюда эа время ty с выхода селектора tà вход делителя 19 поступает число импульсов

1По сигналу, поступающему на вход бло ка 20 перезаписи, код числа (8), зафиксированный в счетчике 22, переписывается в делитель 19, в котором находится отношение чисел. С учетом (8) и (12) К

Х 81.1

Я

f k>T ЭПК Р

-Р о р о

Отсюда получаем

N 55

8ПК Ро (Л) пропорциональность кода числа N/И, получаемого в делителе 19 значения реактивной мощности Я при выборе

8П К Р,, кратном 10 . Выражение (13) Я не зависит от периода Т исследуемых колебаний, от значения коэффициентов передачи (K К, К„ ) преобразовате,лей 2, 3 и перемножителя 1, значения частоты f генератора 18, что позво- Я ляет значительно повысить точность измерения.

Измерение значения активной мощности осуществляется по следующему алгоритму.

В первом такте при измерении ак. тивной мощности блок 16 управления на время Т = и Т открывает ключ:

10, подавая напряжение Е„, = KOU(t)»

wi(t) перемножителя 1 на вход интегратора 11. В течение второго такта интегрируется напряжение UoÄ источника 7 опорного напряжения до момента равенства нулю выходного напряжения интегратора. 3а время выхода коммутатора 17 на вход делителя 12 поступает следующее число импульсов пТМР

1 о у рх (4) оп

В третьем такте блок 16 управления открывает ключ 8, а коммутатор 13 соединяет преобразователь 3 с источ ником 6. Источник 5 подает на вход перемножителя 1 постоянный ток Jo .

Напряжение U(r.) суммируется с постоянным напряжением Uo источника б и подается на вход преобразователя 3.

При открытии ключа 10 на время и » Т напряжение с выхода перемножителя

1 интегрируется в интеграторе 11. В течение четвертого такта интегрируется напряжение 11 „ источника 7 до момента равенства нулю напряжение на выходе интегратора 11. За время на вход делителя 19 с выхода коммутатора 17 поступает число импульсов гДеРс =U

Разделив выражение (1Й) и (15), получаем

Отсюда Px = Pz N (N - N< ), а отноN шение вычисляется в делитеМg.— - Н ле (12), результат измерения не зависит от значения параметров узлов, входящих в цепь аналого-цифрового преобразования.

Таким образом, предлагаемое устройство измеряет как активную так и

I реактивную мощность, что расширяет его функциональные возможности.

Цифровой измеритель мощности, содержащий три источника эталонного сигнала,. первый коммутатор аналогового сигнала, первый вход которого

815658

Составитель Н. Коновалов

Техред С.Мигунова Корректор Л. Иван

Редактор Н. Рогулич

Заказ 1029/75 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 непосредственно, а второй через первый источник эталонного сигнала соединены с шиной первого входного сигнала и с первым входом блока управления, первый вход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора аналогового сигнала, выход которого через первый преобразователь соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого через второй преобразователь соединен с шиной второго входного сигнала, третий вход перемножителя соединен через ключ с выходом второго источника эталонного сигнала, .выход перемножителя через второй ключ соединен с выходом третьего ключа и со входом интегратора, выход которого через нуль-орган соединен с первым входом цифрового коммутатора, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющими входами всех трех ключей, третий вход цифрового коммутатора соединен с выходом генератора импульсов, первый выход цифрового коммутатора соединен со входом делителя, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены триггер, блок перезаписи, реверсивный счетчик, делитель напряжения, второй коммутатор аналогового сигнала и четвертый источник эталонного сигнала, вход третьего ключа соединен с выходом второго коммутатора аналогового сигнала, первый вход которого непосредственно, а второй через делитель напряжения соединены с выходом третьего источника эталонного сигнала, управляющий вход второго коммууатора аналогового сигнала соединен со вторым выходом блока управления, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого непосредственно, а третий через триггер соединены соответственно со вторым, третьим.и четвертым выходами цифрового коммутатора, информационные выходы реверсивного счетчика через блок перезаписи соеди20 нены с соответствующими информационными входами делителя, управляющий вход блока перезаписи соединен с управляющим входом делителя, выход четвертого источника эталонного 5 сигнала соединен с третьим входом первого коммутатора аналогового сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 516960, кл. G 01 R 12/02, 14.08 ° 74.

2..Авторское свидетельство СССР

М 577466, кл. G 01 R 29/04, 09. 07. 76.