Измеритель мощности переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и1883764

{61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 270380 (21) 2898621/18-21 с присоедмнвмием заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 23.11.81 Бюллетень М 43

Дата опубликования описания 23. 11. 81 (53)М. Кл 3

G 01 R 21/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5З) УДК 6 2 1 . 3 1 7. 784 (088. 8) I

3 i

A.Ñ.ÑàóõàTàñ, Л.Б.Паперно и В.В.Кроч(кевич и:.:" ((м

T а . .: Ф Ё 1

Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЦНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к статическим измерителям мощности нагрузки в одной фазе сети переменного тока и может быть использовано в энергоси стемах, н апример, дл я и з мере ни я мощности нагрузки линий электропередачи .

Известен измеритель мощности, содержащий трансформатор напряжения, тран сформатор тока, мост выпрями.тель (1} .

Недостатком этого измерителя является низкая точность.

Известен также измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь тока в напряжение, преобразователь напряжения в напряжение, входы которых подключены соответственно к выходным шинам тока и напряжения (2) .

Недостатком известного измерителя является низкая точность.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь ток — напряжение, преобразователь напряжение — напряжение, вхо- ды которых подключены соответственно к входным шинам тока и напряже-. ния, введены первый и второн формирователи импульсов, элемент И, генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, коммутатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, источник опорного напряжения, двухпороговый компара-. тор, блок выборки и запоминания, причем выходы первого и второго формирователей подключены к входам элемента И, выход которого через генератор импульсов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, t5 выходы которого подключены к информационным входам цифроаналогового преобразователя, выход которого под« ключен к первым входам блока выборки и запоминания и двухпорогового

20 компаратора, вторые входы которых подключены соответственно к выходу второго формирователя импульсов и к выходу преобразователя ток-напряжение, соединенному с входом первого

25 формирователя импульсов выход преобразователя напряжение — напряжение соединен с входом второго формирователя импульсов, а через последовательно соединенные выпрями30 .тель и сглаживающий фильтр и

88376 4 подключен к первому входу коммутатора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом источника опорного напряжения и с выходом второго формирователя импульсов, выход коммутатора подключен к входу цифро-аналогового преобразователя, выход блока выборки и запоминания подключен к выходной шине.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 ток — напряжение, преобразователь 2 напряжение — напряжение, первый формирователь 3 импульсов, второй формирователь 4 импульсов, элемент 5 И, генератор б импульсов„ 5 реверсивный счетчик 7, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 8, коммутатор 9, выпрямитель 10, сглаживающий фильтр 11, источник 12 опорного напряжения, двухпороговый компара- Я тор 13, блок выборки и запоминания, Устройство работает следующим образ ом.

Ко входу преобразователя 1 тока в напряжение подведен ток 1д контролируемой фазы, при этом íà его выходе присутствует напряжение 01=К1iö, где К вЂ” коэффициент цропорцйональности .

Напряжение U контролируемой фазы подведено ко входу преобразователя 2 напряжения в напряжение, при этом на его выходе присутствует напряжение ()1=K U<, где К вЂ” коэффициент пропорциональности. Формирователь

3 импульсов формирует прямоугольные импульсы из . положительных полупериодов напряжения U„., а формирователь 4 импульсов формирует прямоугольные импульсы из положительных полупериодов напряжения U . При 4О совпадении во времени импульсов на выходах формирователей 3 и 4 (т. е. при совпадании положительных полупериодов напряжений U 1 и U ) элемент 5 И разрешает работу генератору б импульсов, с выхода которого сигнал в виде непрерывной серии импульсов поступает на тактовый вход реверсивного счетчика 7. Коммутатор 9 по сигналу от формирователя 4 (в положи тел ьный полу период н апряжени я U ) коммутирует на свой выход напряжения U1tI от источника 12 стабильного напряжения. В отсутствие сигнала от формирователя 4 (в бтрицательный полупериод н апряжени я Ug) на выход коммутатора 9 коммутируется выпрямление двухполупериодным выпрямителем 10 и сглаженное быстродействующим сглаживающим фильтром 11 напряжение U11 =U „, где U 1„„- амплитудное значение напряжения U д . Одновременно формирователь 4 ймпульсов управляет режимом работы блока 14 выборки — запоминания (Запоминание — по сигналу от формировате б5 ля 4 и Выборка — в отсутствие этого сигнала) . Цифро-аналоговый преобразователь 8 управляется реверсивным счетчиком 7 импульсов, при этом напряжение U „H его выходе определяется следующим соотношением

"цАП вЂ” Uon и где U — напряжение на опорном входе

ЦАП 8;

n — - количество записанных в счетчик 7 импульсов;

N — полный объем счетчика 7 импульсов.

Двухпороговый компаратор 13 напряжений по результату сравнения напря— жений UgAq u Ug управляет режимом работы реверсивного счетчика 7 импульсов следующим образом.

При UU,Aff (U1 на одном H3 выходов компаратора 13 присутствует сигнал

A +, задающий счетчику 7 режим прямого счета, тогда с поступлением на тактовый вход счетчика 7 очередного импульса, записанное в счетчике число (импульсов) увеличивается на единицу. Наоборот, при U „„ ) U1 на другом выходе компаратора 13 присутствует сигнал A —, задающий счетчику 7 режим обратного счета, тогда с поступлением на тактовый вход счетчика 7 очередного импульса, записанное в счетчике число уменьшается на единицу. В случае сигналы на выходах двухпорогового

Р компаратора 13 напряжений Ьтсутствуют, а счетчик 7 не переключается под воздействием тактовых импульсов (т.е. записанное в счетчике число импульсов не изменяется) . Отсюда следует, что в режиме непрерывного тактирования импульсами с выхода генератора б (т.е. во время совпадения положительных полупериодов напряжений

U 1 и U, когда элемент И 5 разрешает работу генератору б), система (счетчик 7 — ЦАП 8 — компаратор

13) работает, как аналого-цифровой преобразователь следящего типа, который в любой момент времени ав"томатически поддерживает напряжение QA равным напряжению Б.) (с погрешностью д в пределах -одного младшего значащего разряда цифро-аналогового преобразователя 8 h †„ ).Тогда, 4 оп заменив в выражении (1) U>an йа и принимая во внимание состояние коммутатора 9 в положительный полупериод напряжения П 1 на опорный вход

ЦАП 8 коммутируется напряжение Я1 т.е. Бд =U

М а если -" =В то

n = BU1. (2)

По окончании совпадения во времени положительных полупериодов напряжений U q u Uy генератор б импульсов выключается и прекращает тактировать счетчик 7, который с этого

88376 4 момента превращается в регистр памяти и хранит на своих выходах цифровой код того числа п, которое было записано в него на момент выключения генератора б. Если напряжение

U< отстает по фазе от напряжения

П на угол, то окончание совпадения во времени положительных полупериодов этих напряжений происходит в момент перехода напряжения U veХ рез ноль, когда мгновенное значение напряжения U< — — U sin V,где U<„„ (0 амплитудное з начение напряжения U

Отсюда следует, что цифровой код числа и, хранящийся на связанных поразрядно с ЦАП 8 выходах счетчика

7, определяется, с учетом (2), как

n = BU, я1пЧ (3)

По окончании положительного полупериода напряжения U при выключении формирователя 4 импульсов коммутатор 9 переключает опорный вход ЦАП 8 20 на выход сглаживающего фильтра 11, что определяет величину нового опор— ного напряжения

Uon = U)m ° (4)

Одновременно блок 14 выборки †запоминания переходит в режим Выборка и выводит на выход устройства напряжение Ug,g— : — Ugpqg где Ug gg no выражению (1) в этом случае определяется с помощью (3) и (4) и принимает вид U = ()г %е sin%

6.

Если В/Н = К, то напряжение на выходе устройства УЬ .„= П 1,,представляется в виде

П ых = KU U г sin (5) 35

В начале следующего положительного полупериода напряжения U сигналоМ с выхода формирователя 4 импульсов блок 14 выборки-запоминания переводится в режим Запоминание и в 40 течение следующего цикла измерения на выходе устройства сохраняется напряжение Б,хпо выражению (5) с результатом измерения в предыдущем цикле. Если в качестве реобразова- 4g теля 1 тока i д в напряжение

= К i с,используется трансформатор тока с зашунтированной резистором вторичной обмоткой, а в качестве преобразователя 2 напряжения U 50 в напряжение U y = K U используется трансформатор напряжения, то взаимные угловые сдвиги между i> и U и между У о и У 1 отсутствуют. В этом случае напряжение на выходе схемы пропорционально реактивной составляющей мощности нагрузки. Если в качестве преобразователя 1 тока i в напряжение U используется, например, трансреактор, то напряжение имеет угловой сдвиг. 90 относительно 50 тока ig и при переходе в выражении (5) от величин U < и U ) соответственно, к величинам i и У,г учет углового сдвига между i q u U приводит выражение выходного напряжения 5 к виду иаых=k1k1K 14щU;.„cos× а зна чит напряжение"на выходе схемы пропорционально активной составляющей мощности нагрузки.

Предлагаемое устройство обладает направленностью действия, а именно: измеряет мощность, направленную от шин в сеть, и не измеряет мощность, передающуюся в обратном направлении.

Действительно, учитывая индуктивный характер нагрузки, при передаче мощности в прямом направлении напряжение

Uq на выходе преобразователя 1 всегда отстает по фазе от .напряжения U на выходе преобразователя 2. Наоборот, при передаче мощности в обоатн м направлении напряжения U„опережает по фазе напряжение U + а поэтому момент окончания совпадения во времЕни положительных полупериодов этих напряжений есть момент перехода через ноль напряжения U< следовательно, при окончании операции аналогоцифрового преобразования напряжения

U < в код числа и в каждом цикле работы устройства результатом этого преобраз овани я всегда будет ноль, т. е. число по выражению (2) будет ноль. Тогда, при последующем переключении коммутатора 9 по окончании положительного полупериода напряжения U1 и перевода блока 14 выборкизапоминания в режим Выборка напряжение U(, х на выходе устройства окажется равным нулю, поскольку величина U ïî выражению (1) равна нулю при любом значении U<„, если

n = О.

Высокие параметры точности и быстродействия предлагаемого устройства позволят повысить эффективность действия противоаварииной автоматики энергосистем, в частности повысить эффективность контроля устойчивости режима передачи мощности по линии электропереда .

Формула изобретения

Измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь ток — напряжение, преобразователь напряжение — напряжение, входы которых подключены соответственно к входным шинам тока и напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй формирователи импульсов, элемент И, генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь коммутатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, источник опорного напряжения, двухпороговый компаратор, блок выборки и запоминания, причем выходы первого и второго формирователей подключены к входам элемента И,,выход которого через генератор импуль88376 4

Составитель Т. Краснова

Редактор Г. Волкова Техред И.Асталош Корректор Н. Швыдка я

Заказ 10217/6 7 Тираж 735 Подписное

BHHHtIH 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

7 сов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, выходы которого подключены к информационным входам цифро-ан алого вого преобразователя, выход которого подключен к первым входам блока выборки и запоминания и двухпорогового компаратора, вторые входы которых подключены соответственно к выходу второго формирователя импульсов и к выходу преобразователя ток — напряжение, соединенному с входом первого формирователя импульсов выход преобразователя напряжение — напряжение соединен с входом второго формирователя импульсов, а через последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр подключен к первому входу коммутатора, второй и третий вхо-, ды которого соединены соответственно с выходом источника опорного напряжения и с выходом второ о формирователя импульсов, выход коммутатора подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход блока выборки и запоминания подключен к выходной шине.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 155864, кл, G 01 R 21/06, 1973.

2. Йзмерения, контроль, авто15 матиэация, 1976, Р 1 (5) с. 55-63.