Измеритель активной мощности

Измеритель активной мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам измерения активной мощности переменного тока. Цель изобретения - повышение точности измерения активной мощности. Поставленная цель достигается введением одновибратора 4, триггера 6, аналогового запоминающего блока 10, первой и второй ключевых схем 9, 11. Одновибратор 4 и триггер 6 устраняют методическую погрешность преобразователя 7 напряжение - частота, связанную с нестабильностью амплитуды, фронтов и длительностей формируемых импульсов. Использование ключевых схем 9, 11, аналогового запоминающего блока 10 и обратной связи с выхода преобразователя 12 ток - напряжение позволяет реализовать компенсационный метод измерений, что значительно снижает зависимость результата измерения от коэффициентов передачи блоков измерителя. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГЪБЛИК

< 9)80<и 1 5

2 А1 (51)5 G 01 R 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Vn> Vn

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

t (21) 4441922/24-21 1 (22) 15.06.88 (46) 23.07.90. Бюл. У 27 (71) Филиал Куйбышевского политехнического института им. В.В.Куйбышева в г. Сызрани (72) .А.Д. Герлейн

<$3) 621, 317. 016. 24 (088. 8) <56) Бенин.В .Л., Кизилов В.У. Статические измерительные преобразователи активной мощности. — И.: Энергия,, 1972, с. 96, Авторское свидетельство СССР

В 789844, кл. G 01 R 21/00, 1980. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

:(57) Изобретение относится к электро,измерительной технике, в частности к устройствам измерения активной мощнос2 ти переменного тока. Цель изобретения — повышение точности измерения активной мощности. Поставленная цель достигается введением одновибратора 4> триггера 6, аналогового запоминающего блока 10, первой и второй ключевых схем 9, 11. Одновибратор 4 и триггер 6 устраняют методическую погрешность преобразователя 7 напряжение — частота, связанную с нестабильностью амплитуды, фронтов и длительностей формируемых импульсов. Испольэование ключевых схем 9, 11, аналогового запоминающего блока 10 и обратной связи с выхода преобразователя 12 ток — напряжение позволяет реализовать компенсационный метод измерений, что значительно снижает зависимость результата измерения от коэффициентов передачи блоков измерителя. 5 нл.

1580272

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам измерения активной мощности переменного тока.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена .блок-схема измерителя мощности; на фиг. 2 — схема одновибратора; на фиг. 3 — схема ам- 1р плитудного модулятора; на фиг. 4 диаграммы напряжений; на фиг. 5 -функциональная схема реализации принципа измерения.

Измеритель активной мощности (фиг.1)5 .состоит из входного преобразователя 1 тока, интегратора 2, компаратора 3, одновибратора 4, формирователя 5 импульсов, триггера 6, которые входят в состав преобразователя 7 напряжение-2р частота, и, кроме того, из входного преобразователя 8 напряжения, источника опорного напряжения (не показан), первой ключевой схемы 9, аналогового запоминающего блока 10, второй ключе- 25 вой схемы 11, преобразователя 12 ток— напряжение, фильтра 13 низкой частоты, которые образуют амплитудный модулятор 14.

Входной преобразователь 1 тока со- 3< единен выходом с первым входом интегратора 2, который своим вторым входом подключен к выходу источника опорного напряжения, а третьим вхо-. дом — к первому выходу одновибратора 4. Первый вход компаратора 3 сое35 динен с выходом интегратора 2, второй вход компаратора 3 подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход компаратора 3 соединен с входом одновибратора 4. Одновибратор 4 своим первым выходом соединен"с входом формирователя 5 импульсов, который вы.ходом подключен к входу триггера 6.

Первый и второй выходы триггера 6 подключены к первому и второму входам первой и второй ключевых схем.9 и 11.

Первый и второй выходы одновибратора

4 соединены с третьим и четвертым входами второй ключевой схемы 11, выход которой подключен к входу преобразователя 12 ток — напряжение, первый выход которого соединен с пятым входом второй ключевой схемы 11, шестой вход которой связан с первым выходом аналогового запоминающего блока 10.

Второй выход аналогового запоминающего блока 10 подключен к третьему . входу первой ключевой схемы 9, четвертый вход которой соединен с выходом входного преобразователя 8 напряжения. Выход первой ключевой схемы 9 соединен с входом аналогового запоминающего блока 10. Второй выход преобразователя 12 ток — напряжение через фильтр 13 низкой частоты подключен к выходу измерителя активной мощности.

На фиг. 2 приведен пример построения одновибратора, который содержит транзисторные усилители-инверторы 15 и 16, операционный усилитель 17, резисторы 18 и 19, конденсаторы 20 - 22, транзисторы 23 — 25.

Первая ключевая схема 9 (фиг. 3) содержит два полевых транзистора 26 и 27 (ключи) и резистор.

Аналоговый запоминающий блок 10 содержит операционный усилитель (ОУ)

28, конденсатор и резистор.

Вторая ключевая схема 11 содержит транзисторы (ключи) 29 и 30, четыре диода и три резистора.

Преобразователь 12 ток — напряжение содержит операционный усилитель, конденсатор и резистор.

Измеритель активной мощности построен как прибор компенсационного типа. Схема на фиг. 5 отражает функции блоков устройства с точки зрения. реализации принципа сравнения ° Вторая ключевая схема 11 выполняет функцию умножителя, преобразователь 12 ток — напряжение применительно к функциональной схеме (фиг. 5) выступает как усилитель сигнала рассогласования.

Реализуется компенсация измеряемой мощности P)(мощностью постоянного тока Р . Каждая из мощностей определяется двумя сигналами, поступающими на входы устройства. Полярность сигналов должна быть такой, чтобы на выходе первой ключевой схемы 11 формировался сигнал рассогласования, пропорциональный разнице этих мощностей, Обозначив коэффициенты передачи преобразователя 7 напряжение — частота и умножителя соответственно К „ и К< можно сигнал рассогласования записать.в виде

)(U„z соя()>-К1К ТЛ ме(Лм2 °

При большом коэффициенте усиления преобразователя 12 ток — напряжение можно принять Y=0 и тогда

1, i t 1

Uy = — -U U со4 = — =Pp .

IU, xz 4,0„ (2) 5 15802

Сокращение в (1) при х=0 коэффициентов К < и К говорит о том, что принцип сравнения обеспечивает существенное снижение погрешностей от неста5 бильности отдельных узлов устройства.

Измеритель активной мощности работает следующим образом.

При срабатывании одновибратора 4

его выходное напряжение U .èìååò положительную полярность (фиг. 4д) .

Кроме напряжения U-, на вход интегратора 2 поступает входной сигнал от входного преобразователя 1 тока и напряжение .смещения от источника опор- 15 ного напряжения 0 р<. В течение фиксированного времени длительности импульса одновибратора выходное напряжение Пц (фиг. 4а) интегратора изменяется в отрицательном направлении.

На входы компаратора 3 подаются напряжение U и положительное опорное наЦ пряжение, пропорциональное U, . При снижении положительного уровня U> выходное напряжение V„ компаратора 3 из-25 меняет свой знак: иэ положительного становится отрицательным. Когда Пц> О, транзистор 23 (фиг. 2) закрыт, напряжение U< (фиг. 4в) конденсатора 20 изменяется от отрицательного уровня, 30 который определяется величиной U (О и делителем на резисторах 18 и 19, до положительного уровня который оп1 ределяется значением U и > 0 и дели. телем, подключенным к неинвертирующему входу ОУ. 17. При достижении напряжением 11 указанного положительного уровня выходное напряжение ОУ 17 становится отрицательным, напряжение 0 (фиг.4г) на выходе транзисторного уси- g0 лителя-инвертора 15 — положительным, напряжение Uö на выходе транзисторного усилителя-инвертора 16 — отрицательным, После этого транзистора 23

° открывается и конденсатор 20 подключается к делителю на резисторах 18 и 19, обеспечивающих быстрый перезаряд конденсатора до отрицательного напряжения, которое по величине меньше напряжения, приложенного к неинверти- 5р рующему входу ОУ 17. Благодаря этому

ОУ 17 сохраняет íà вь6соде отрицательное напряжение до прихода очередного положительного импульса U от компак

Ратора. Когда Б „+ О, напРяжение Uu 55 изменяется в положительном направлении до тех пор, пока не переключится компаратор 3. После этого процессы повторяются. Формирователь 5 импуль72 б сов формирует из напряжения U< при его возрастании короткие импульсы Uip (фиг. 4е), запускающие триггер 6.

На выходах триггера 6 формируются напряжения 11,„ и 11,х (фиг. 4ж,э). Частота fj прямоугольных импульсов Um .и U в два раза меньше частоты f импульсов Ut u U а длительности положительных и отрицательных уровней каждого из напряжений U„, и U,> равны между собой.

Для интегратора 2 можно записать

/Ъ

Ь Tii (+ Л + 2l )с1 (+

1 Uii U» U 1 Уи

С В.ос Кс„К,„, C J К„с о в +П ),1 (4)

Rcy 1 вх

+ где U< и U, — положительный и отрицательньп» уровни напряжения Uu, Uä, — напряжение источника опорного напряжения (11 П, О);

U, — напряжение на выходе входного преобразователя 1 тока (пропорцио. нально току контролируемой сети); кос Б си R sx ° сопротивлениЯ Pesnc o ров на соответствующих входах интегратора 2.

Полагая U „ =-U и пренебрегая изменением U>, за период Т, преобразования, из (4) получает выражение для частоты

f, =fÄ.(1- ), (5)

Roc Rñì t

y — — — — — -U„, =K Ux ° (7)

Без смещения (R =м>) выражения упросф щаются

=1/2с (8)

m= — — — - U

Бос. (9)

11+ Б х и Вх

При Um> О, U y (0 ключ 28 открыт, ключ 27 закрыт (фиг. 3) . Благодаря малой постоянной времени RC-цепи блока 10 напряжение на выходе ОУ

28 повторяет входное напряжение Ux

При переключении триггера 6, когда

U (О, Uù ) О, ОУ 28 блока 10 пере.— ходит в режим хранения (график U g, фиг. 4л). Вторая ключевая схема 11 (фиг. 3) обеспечивает открытие ключа 30 на время с при работе блока 10

7, 158027 в режиме хранения (графики Uv, фиг.4и, к). Заряд, пропорциональный ( значению U в середине периода частоты f, передается конденсатору преобразователя 12 ток — напряжение.

Вторая ключевая схема <11 ????????????????-! ???????? ?????????????????? ?????????????? ux ???? ??????????(???? f . ?????????????? ?? ?????????????? ??> постоянной составляющей fo и подключение ре-( зистора обратной связи преобразователя 12 ток — напряжение к общей точке ключей 29 и 30 обеспечивает работу устройства по принципу компенсации.

Ключи переключаются с частотой Е2, 15 значительно большей частоты сети Г . Следовательно, за период модуляции напряжение 0 2 изменяется незначительно. Среднее значение входного тока преобразователя 12 ток — напряжение за период модуляции.без учета обратной связи. л

= — — — = — -<,f

° (UX2 < 0Х2 Л ((О) вхК т К

2 <(Х . 25

Таким образом, иэ (10) очевиден ! эффект умножения UX на f2, Сопротивление В.<, включает в себя сопротивление резистора связи блока 10 с входом

ОУ преобразователя 12 .ток — напряжение и сопротивление открытого ключа 30, Для нахождения среднего значения выходного напряжения U(2 преобразо-. вателя 12 ток — напряжение при нали3 .чии отрицательной обратной связи через резистор К „ можно записать уравнение

dt=- — — (- --+ а2 СЮ1 sx С(2) К„

+ — 1 — И 1е.

Н г (11)

К 2. .

rPe U>ã 1 Х2 sinC3< t; (12)

1 4

< -(<, (<(1,„1* П<Я, -(Р) (1»)1 <1()

U „,, — — приведенное к входу преобразователя 7 напряжение-частота напряжение постоянного

5 тока, соответствующее частоЬ2

Подставляя в (11) выражения (12) и (1Я) и разрешая его относительно

U для установившегося режима (two )

gg 5 получаем 1 р =К Н х (1-1 (< 2 с о 8(=КР )< ° (15)

Формула изобретения

Измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, формирователь импульсов, источник опорного напряжения, преобразователь ток — напряжение, фильтр низкой частоты, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены одновибратор, интегратор, компаратор, триггер, первая и вторая ключевые схемы, аналоговый запоминающий блок, причем выход входного преобразова-теля тока подключен к первому входу интегратора, соединенного выходом с пер" вым входом компаратора,, второй вход которого и второй вход интегратора соединены с выходом источника опорного напряжения, выход компаратора подключен к входу одновибратора, соеДи5 ненного первым выходом с входом формирователя импульсов и третьим входом интегратора, формирователь импульсов своим выходом подключен к счетному входу триггера, соединенного первым и вторым выходами с первыми и вторыми входами первой и второй ключевых схем, первый и второй выходы одновибратора соединены с третьим и четвертым входа" ми второй ключевой схемы, выходом под5,ключенной к входу преобразователя ток — напряжение, первый выход которого соединен с пятым входом второй . ключевой схемы, шестой вход которой подключен к первому выходу аналогово- . го запоминающего блока, соединенного вторым выходом.с третьим входом первой ключевой схемы, которая четвертым входом подключена к выходу входного преобразователя напряжения, а выхо5 дом соединена с.входом аналогового запоминающего блока, второй выход преобразователя ток — напряжение через фильтр низких частот подключен к выходу устройства.

=-(U U 2 соз4)В. 2 g/2P1-1(з- "1((1(( (2 с (14) За счет реализации принципа компенсации на величину U1< не влияют К, л

<у С12

Для более полной фильтрации выходного сигнала введен фильтр 13 низкой частоты.

Выходное напряжение UI(фильтрата

13 низкой частоты, в котором практически отсутствуют составляющие частоты сети и гармоники, пропорционально срецней мощности контролируемой сети

1580272 п1

Фиг.д

1580272 а"

У ец, л "эы

Составитель С. Хромов

Редактор С.Пекарь Техред Л.Сердокова Корректор С.Шевкун

Заказ 2008 Тираж 548 Подписное

SHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101