Цифровой измеритель электрической энергии

Цифровой измеритель электрической энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при построении электронных измерителей активной электроэнергии. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия при измерении электроэнергии непериодических и периодических колебаний, а также сигналов, изменяющихся во времени. Для этого в устройство, содержащее входные преобразователи напряжения 1 и тока 2, шины входного напряжения 3 и тока А, два инвертора 7 и 8. коммутатор 9, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 10 и 11, цифровой перемножающий блок 12, накапливающий сумматор 13, блок 14 выбора диапазона, блок 19 управления и индикатор 20, введены два блока 5, 6 выборки и хранения, генератор 15, счетчик 16, логический элемент2 ИЛИ-НЕ 17 и формирователь, 18. Введенные блоки позволяют модифицировать алгоритм измерения такмм образом, чтобы за меньшее время благодаря фиксаций промежуточных измерений в блоках 5 и 6 выборки и хранения произвести компенсацию погрешности. 1 ил. (Л ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s 6 01 Я 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4796063/21 (22) 26.02.90 (46) 23.07.92 Бюл, ¹ 27 (71) Институт электродинамики AH УССР (72) И.П.Абложявичус, А,И.Покрас, К.К.Тарасевич и Ю.Ф.Тесик (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1092422, кл. G 01 8 21/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1368793, кл. 6 01 В 21/08, 1985, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при построении электронных измерителей активной электроэнергии. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия при измерении электроэнергии непериодичеИзобретение относится к области цифровой злектроизмерительной техники и может быть использовано при построении электронных. измерителей активной электроэнергии непериодических и периодических колебаний, а также сигналов, изменяющихся во времени.

Известен цифровой измеритель мощно- сти, содержащий первый и второй входные преобразователи, входы которых подключены к шинам входных сигналов, блок выбора диапазона, индикатор, элемент И; счетчик, генератор импульсов, элемент ИЛИ, двухтактный интегрирующий преобразователь, умножитель, блок выделения периода, переключатель, шину опорного сигнала, блок уп- .

»5% 174у842 Al ских и периодических колебаний, а также сигналов, изменяющихся во времени, Для этого в устройство, содержащее входные преобразователи напряжения 1 и тока 2, шины входного напряжения 3 и тока 4, два инвертора 7 и 8, коммутатор 9, первый и второй аналого-цифровые преобразователи

10 и 11, цифровой перемножающий блок 12, накапливающий сумматор 13, блок 14 выбора диапазона, блок 19 управления и индикатор 20, введены два блока.5, 6 выборки и хранения, генератор 15, счетчик 16, логическийэлемент2 ИЛИ-НЕ 17и формирователь

18. Введенные блоки позволяют модифицировать алгоритм измерения таким образом, чтобы.за меньшее время благодаря фиксаций проме>куточйй измерейий в блоках 5 и

6 выборки и хранения произвести компенсацию йогрешностй".1 ил.!

4 равления коммутатором, инвертор и источ-: Ь ник опорного напря>кения. 0

Недостатки указанного измерителя — (0 невысокие быстродействие и точность измерения.

Известен цифровой измеритель мощности, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, шины "входных сигналов напряжения и тока, блок выбора диапазона, переключатель, два коммутатора,— источник опорного напряжения, два инвертора, перемножитель, блок управления коммутатором, двухтактный интегрирующий преобразователь, элементы ИЛИ и И, генератор импульсов. счетчик, индикатор и шйну опорного сигнала.

1749842

Недостатки указанного устройства — недостаточно высокие быстродействие и точность, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре, зультату является цифровой измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, шины входного напряжения и тока, переключатель, первый коммутатор, блок выбора диапазона, первый и второй инверторы, блок управления, блок выделения периода, шину опорного сигнала, цифровой перемножающий блок, индикатор, второй коммутатор, два аналого-цифровых преобразователя напряжения и тока, делитель периода, шина запуска, первый накапливающий сумматор, первый и второй блоки оперативной памяти и третий коммутатор. Известный цифровой измеритель активной мощности имеет более высокйе точность и быстродействие по сравнению с вышеописанными устройствами, Однако недостатком известного устройства является невысокая точность при измерении электрической энергии непериодических или резкопеременных колебаний, а также сигналов, быстро изменяющихся во времени, Кроме того, быстродействие указанного устройства недостаточно велико. Это не позволяет широко использовать устройство в реальных электрических сетях, где основные параметры сигналов (частота сети, амплитуды и фазы сигналов) могут достаточно быстро изменяться от периода к периоду.

Особенно это относится к сетям с резкопеременными нагрузками.

Это связано с тем, что процесс компенсации нелинейных составляющих погрешностей в устройстве происходит за четыре цикла, каждый длительностью по р Т,, где Тк — период входного переменного сигнала или сетевой помехи (два цикла измерения с записью в блоки оперативной памяти и два цикла обработки). Причем на третьем и четвертом циклах обработки измерения текущих входных сигналов вообще не производится. Если сигнал непериодический либо резкопеременный, то в известном цифровом измерителе возникает существенная методическая погрешность, Рассмотрйм ее подробнее.

Пусть 0 (ак), (aK) — эквиваленты мгновенных значений сигналов напряжения и тока, преобразованные посредством первого и второго АЦП в течение nepeoto цикла работы известного устройства. Разлагая

0 (а,) и (а,) в виде полиномов (ряд Маклорена) получим известные выражения

U (а )=Up+(1+Os ) 0{а) а 0 (а„)+аз0 (а,)+...

5 ... +ап0 (a«,); (1) ! (а,)=(о+(1+ Qs))!(a)+by)2(а,)+bg((a,)+ ... ...+ Ьл! "(ак), (2) где(1+ д, )=-a1, а2, аз, ..., ал и(1+дз!)=Ь1, Ь2, b2, ..., bn — коэффициенты ряда Маклорена;

Up u lp - первые члены ряда Маклорена, которые определяют аддитивные составляющие погрешности АЦП напряжения и тока соответственно; Bsu и 4) — коэффициенты, 15 характеризующие мультипликативные составля ощие погрешности АЦП напряжения и тока соответственно: ак- точка разложения в ряд на первом цикле измерения, 2Р

Пусть а — точка разложения на втором цикле измерения, которая соответствует по

1 времени точке а на первом цикле. Тогда выражения (1) и (2) для второго цикла измерения принимают вид:

25 U (а)=0о+{1+ Au) 0(а )+аН (ак)+аз0 (а.)+ ... ...+ап0 (aK): (3) ! (a«)=)p+(1+ дз!) l(ак)+Ьг! (a<)+bp! (ак)+

+Ь, (п(ак). (4)

ЗР Если сигналы непериодичны или за вре. мя одного цикла длительность р Тк изменились, то

0 (аД) 0 (c3).(5); (ад} - (а2к) (5)

В этом случае результаты Р1 и Pz для первого и второго циклов измерения аналогичны соответствующим выражениям в третьем с той разницей, что в формулы для

Р1 и Р2 вместо параметра необходимо под4р ставить ак и ак cooTBBTGTBBHHQ. TGKNM об разом, для первого цикла результат измерения записывается: n-I — Х foa (l (sè) (х)+ " (кх)

45 + ъ0 (к к)+" +с«,Л (М,)) (1.х(1 8,)

):(„ ) Ь,i (,)хЬ;Z („) ...+

6„I (0 <)j* —, ((+ su)(4+ Fsr+Qloc„l> х=а

И I (х (ь0) оХ u(Wх)+ (+ g„) „ к а

"U.X („)-u.i,e,j, к--о. 48

6,. (),. 6,-) (û „), Ö.. Ü, I (, „).,.и(ы „), .6, Ц „).а,и"(ы„ ) Ь., 1 (l)io, ()"(м .).

«6,.1 (a,) ....

1749842 где

20

6) 25 где

Результат преобразования четвертого цикла определяется следующим образом:

40 (10) где

Для второго цикла измерений имеем: (,--„(((6,.)(,.) Е u{ .) I()к=о н-< н.>

-(4,н) I.Z (((,)-(Ь,;) .,1()

-u.1. e,), ц .Ь .1 (,е ) ((.b, I (g „)-а,.О(ее )»

«1 (« „)-а. u {ык) Ь3 1 («.„)-aó,(1" ,I,а ц (>)е„) b, 1(<>< . 1-a U (>)C;) Ь," 1 („).а, u (Ì „I b, I. ():..

Для третьего цикла обработки модуль результата преобразования прототипа запишется следующим образом: (h->

4 ((»4)) ) )K »)k ) Z)44 ) к=о и-< (бо) o Z U(«») (F4>») U»»

»=o

h-<

Q ц«„).».>..»,I, 8<*()а bé РI »1 Uî bг I („1 a u(к)» . (((„) I а, О ((„) b, 1(,)" " (.)

»<о IЯ(» <„)- U((Û() Ь:I(ak)+ ())-<

»4 — „((" >44 П >44) Т>> )44)» М .)— к.о н-< (("2„) I, U(„1 (| $;z)U,Q I(ac„)-u,I,-e,j, 04 U,,b|1 (<(.„)-u,b<1 (< „1+ а u(« »)

.1(4,)+а,u (о(>»1 Ъ|I (û,)» Ь> I (<)> „)ia

»bgI 1< (к)»"

6 (4> P Ъ 4) > (|4- —, (4<>)(4() (U(a») I,(e4 )+

»=о

0(«Л) Ц 1 0() Щ 0(Ы I(<.)) 4 — fa u(e(.) ь,1(1«,"„I+a,u(<4,) ь,1,(««)+

»а> (((к"») Ь)1 )(C 44) < a > U (k») b 3 I » (>)(к )+ ... ) + (g >t) . < — (а,(((к,) b I (ь(. »1<о U (<|к) Ь|1 ((»)-o,(((û((I Ь, I («„I-о,u (Û „) Ь, I (а . .).. j

< — (о,u(<(„) Ь 1 (v„l-a,1((к,l-b,1 (<(,1

+о,(((< „1 b 1 (<(„)-оЛ(к») Ь,I (к „) ...)

< —, (а|u (« „) Ь,.1(к 1-о|U (к ) Ь,.1 (к „)15 -(>,1((2 1bi(<>(„)

Запишем выражение (12(в общем виде

2 УД (((6,„)((6„) Z 1(1() 1(«,1

»44> Е=>

<(-(), :; .о,„,.(1 (Ы ») Ь е1 («)

m) е+(-(l Z . а „>0 " {о(,1 Ьд.1 ("»)+

z - е.<

° (-(1",,",» а, U ™М Ьд > 1 ("»11 ил>л, е4 ZZ(((»65)>)((<6 <).,>((»< »1 1(«»11 н>»В+ 2, . ((K)

„1»Я 3 р4 где 8$, ю, - полные суммы, соответствующие второму, третьему; четвертому и пятому слагаемым в квадрат(;ыи скобках выражения (1 3).

Сравнение окончательного выражения для P„устройства-прототйпа и выражения (14) показывает, что при непериодических или резкопеременных сигналах в прототипе возникает дойолнительйая методическая погрешность )|д.

Уд — CP,+0 +O . (1 5)

Если же сигналы периодические, то . уд=0 и выражение (14) аналогично соответсвующей формуле в (3), В этом случае. из общей нелинейной составляющей погрешности остаются только комбинации О с нечетными коэффициентами ряда Маклорена, а остальные комбинации, содержащие хотя бы один четный член ряда, полностью компенсируются (это касается е, 0 -, 8$.

Тогда результирующее значение измеряемой мощности в устройстве-прототипе.. которое определяется как 55 среднеарифметйческая величина модулей двух циклов измерений и двух циклов обработки, оп4редегяется при резкопеременных или непериодических сигналах выражением

Таким образом, известный цифровой измеритель активной мощности при непериодических и резкоперемейных сигналах обладает невысокой точностью, так как погрешность )|д скомпенсировать не удается.

Причем эта погрешность тем су@ественне, чем больше различаются величины в выражениях (5) и (6).

1749842

Кроме того, данное устройство имеет недостаточно высокое быстродействие, так как полная компенсация погрешностей и получение суммарного результата получается за четыре цикла, длительность, каждого 5 из которых равна р Тх. В лучшем случае при

Р=1.эта составляет три-четыре периода сети (первые два периода — измерение, и одиндва периода — обработка). Причем на третьем и четвертом цикле сигналы и,.10 следовательно, текущая мощность вообще не измеряются, что при непериодических сигналах недопустимо, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия при измере- 15 нии электроэнергии непериодических и периодических колебаний, а также сигHG" лов, изменяющйхся во времени.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель электрической 20 энергии, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, первый и второй инверторы, коммутатор, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой перемножающий блок, накапли- 25 вающий сумматор, блок выбора диапазона, блок управления и индикатор, причем сигнальные входы входных преобразователей напряжения и тока подключены к шинам входных напряжений и тока, а их управляю- 30 щие входь1 подключены cooTBGTcTHBHHQ к первому и второму выходу блока выбора диапазона, выходы входных преобразователей напряжения и тока соединены с первым и вторым входами блока выбора 35 диапазона соответственно, третий выход которого подключен к первому управляющему входу индикатора, выход первого инвертора соединеи с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы кото- 40 рого подключены к перваму и второму входам блока управления и через первый и второй АЦП соединены с первым и вторым входами цифрового перемножающего блока соответственно, выход которого 45 подключен к входу накапливающего сумматора, который выходом соединен с входом индикатора, первый и второй выхоДи блока управления подключены к второму управляющему входу аналого- 50 цифровых преобразователей и к второму управляющему входу индикатора соответственно, выходи "Завершение преобразования" первого и второго АЦП саединены с че;вертым и пятым входами блока управле- 55 ния, первая и вторая группы выходов которого подключены к управляющим входам цифравага перемножающего блока и накапливающего сумматора соответственно, введены два блока вь1борки и хранения, генератор, счетчик, логический элемент 2

ИЛИ-НЕ и формирователь, причем выход входного преобразователя напряжения через первый блок выборки и хранения подключен к первому и третьему входам коммутатора и к входу первого инвертора, который выходам соединен с четвертым входом коммутатора, выход входного преобразователя тока подключен через второй блок выборки и хранения к пятому и восьмому входам коммутатора и к входу второго инвертора, который выходом соединен с шестым и седьмым входами коммутатора, выход генератора подключен к третьему входу блока управления, к первым управляющим входам первого и второго АЦП и к счетному входу счетчика, который выходом соединен с управляющим входом коммутатора и через логический элемент 2 ИЛИ-НЕ и формирователь — с управляющими входами первого и второго блоков выборки и хранения, Введение первого и второго блоков выборки и хранения и соответствующих им новых связей позволяет фиксировать выборки напря>кения и тока на каждые четыре такта работы АЦП, давая возможность реализовать за это время полное четырехтактное коммутационное инвертирование.

Поэтому методическая погрешность уд равна нулю при любых формах и характере изменения входных сигналов, Применение этих блоков позволило также избавиться от более сложных цифровых блоков оперативной памяти.

Крбме того, удается существенно повысить быстродействие, так как для реализа- ции четырех циклов для устранения погрешности в прототипе требуется время

4хрхТх (где р — целое число, Тх — период входных сигHBfloa), в то время как в предлагаемом устройстве это время равно четырем тактам работы АЦП. При р=1 быстродействие в предлагаемом устройстве повыщается в и раз (где и — число выборок АЦП за один период входных сигналов). Если же р>1 то быстродействие удается повысить в (р и) раз. Следует особо отметить, что если в прототипе на третьем и четвертом цикле измерение текущей мощности вообще не производится, то в предполагаемом устройСтве измерение происходит непрерывно, и поэтому любые изменения формы сигналов . учитываются полностью.

Введение генератора, счетчика, элемента 2 ИЛИ-HE и формирователя позволяет организовать управление работой предлагаемого устройства, При этом отпадает необходимость использования блока

1749842

10 выделения периода и делителя периода при измерении электроэнергии, так как выборки

АЦП тока и напряжения могут быть не синхронизированы с периодом сети.

Введенные в устройство в функциональные блоки и элементы являются типовыми узлами измерительной и вычислительной техники. Однако их использование в совокупности с новыми связями является новым, не встречается в известной технической литературе и позволяет достичь поставленную цель — повышение точности и быстродействия.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого цифрового измерителя электрической энергии.

Цифровой измеритель электрической энергии содержит входной преобразователь 1 напряжения, входной преобразователь 2 тока, шину 3 входного напряжения, шину 4 входного тока, первый и второй блоки 5 и 6 выборки и хранения, первый и второй инверторы 7 и 8, коммутатор 9, первый и второй АЦП 10 и 11, цифровой перемножающий блок 12, накапливающий сумматор

13, блок 14 выбора диапазона, генератор 15, счетчик 16, логический элемент 2 ИЛИ-НЕ

17. формирователь 18, блок 19 управления и индикатор 20, Шина 3 входного напряжения через входной преобразователь 1 напряжения и первый 5 блок выборки и хранения 3 подключена к первому и третьему входам коммутатора 9 и к входу первого инвертора 7, который выходом соединен с вторым и четвертым входами коммутатора 9. Шина 4 входного тока через входной. преобразователь 2 тока и второй блок 6 выборки и хранения подключена к пятому и восьмому входам коммутатора 9 и к входу второго инвертора 8, который выходом соединен с шестым и седьмым входами коммутатора 9.

Первый и второй выходы последнего соединены с первым и вторым входами блока 19 управления и через первый АЦП 10 и второй

АЦП 11 подключены к первому и второму входам цифрового перемножающего блока

12 соответственно, выход которго через накапливающий сумматор 13 соединен с входом индикатора 20. Выходы входного преобразователя 1 напряжения и входного преобразователя 2 тока подключены к ïåðвому и второму входам блока 14 выбора диапазона. Первый, второй и третий выходы блока 14 выбора диапазона подключены к управляющим входам входного преобразователя 1 напряжения, входного преобразователя 2 тока и к первому управляющему входу индикатора 20 соответственно. Первый и второй выходы блока 19 управления такта переключения коммутатора и соот1 ветствующее им аналого-цифровое преобразование этих сигналов в первом и втором АЦП 10 и 11. Входные напряжение

55 и ток с шины 3 входного напряженил и с шины 4 входного тока поступают на входы входных преобразователей 1 напряжения и тока,. где преобразуются в низковольтные измерительные сигналы. Далее они поступают на входы первого и второго блоков 5 и

50 соединены соответственно с вторыми управляющими входами первого АЦП 10 и второго АЦП 11 и с вторым управляющим входом индикатора 20. Выходы "Завершение преобразования" первого АЦП 10 и второго АЦП 11 подключены к чегвертому и пятому входам блока 19 управления, первая и вторая группы выходов которого соединены с управляющими входами цифрового перемножающего блока 12 и накапливающего сумматора 13, Выход генератора 15 подключен к третьему входу блока 19 управления, к первым управляющим входам первого АЦП

10 и второго АЦП 11 и к счетному входу счетчика 16, Выход последнего соединен с управляющим входом коммутатора 9 и через логический элемент 2 ИЛИ-НЕ 17 и формирователь 18 — с управляющими входами первого и второго блоков 5 и 6 выборки и хранения.

Устройство работает следующим образом, Работа устройства синхронизирована генератором 15, период выходных импульсов которого определяет длительность такта работы устройства. Время такта определяется длительностью аналого-цифрового преобразования информации в первом и втором АЦП 10 и 11, которые запускаются выходными импульсами генератора 15, поступающими на их первый управллющий вход, Выходной код счетчик" 16 изменяется с частотой импульсов генератора 15 и определяет скорость потактового переключения коммутатора 9

При изменении младших разрядов выходного кода счетчика 16 из состояния (11) в состояние {00) на выходе элемента 2 ИЛИНЕ появляетсл сигнал логической единицы.

По положительному фронту этого сигнала на выходе формирователл 18 вырабатывается короткий единичный импульс, поступающий далее на управляющие входы первого и второго блоков 5 и 6 выборки и хранения и on ределл ющий шаг дискретизации входных сигналов, Таким образом, за один интервал времени между соседнйми выборками входных сигналов первым и вторым блоками 5 и 6 выборки и хранения происходит четыре

1749842

6 выборки и хранения, выборка которых осуществляется циклически один раз за четыре такта. Поэтому с момента выборки в течение последующих четырех тактов выходные сигналы первого и второго блоков 5 и 6 остаются постоянными.

«

На первом такте измерений эти зафиксированные сигналы напряжения К1 U(t) и тока 1"z l(t) в определенном масштабе подаются на входы АЙ,П первого и второго 10 и

11 через первый и пятый входы коммутатора

9 соответственно. Одновременно указанные сигналы подаются на первый и второй входы блока 19 управления. В зависимости от знака этих сигналов и номера такта измерения блок 19 управления изменяет режим работы накапливающего сумматора 13, переводя его в режим суммирования или вычитания.

Управляющим импульсом генератора l5 через первые управляющие входы запуска)отся первый и второй АЦП 10 и 11 напряженил и тока. По приходу сигналов готовности обоих АЦП на четвертый и пятый входы блока 19 управления последний через йервую группу выходов формирует управляющие импульсы, которыми выходные коды напряжения и тока с выходов первого и второго АЦП 10 и 11 соответственно перезаписыва)отся во входные регистры цифрового перемножающего блока 12. После этого сигналом блока 19 управления через его первый выход производится сброс первого и второго АЦП 10 и 11. Результат перемножения записывается в выходном регистре цифрового перемножающего блока 12.

Далее блок 19 управления вырабатывает через вторую группу выходов управляющий сигнал, и результат перемножения перезаписывается в накапливающий сумматор 13. При этом в последнем формируется результат, определяемый суммой ранее накопленной величины, поступившим на вход кодом мгновенной мощности. В сумматоре 13 происходит суммирование произведений напряжения. и тока с одинаковыми знаками и вычитание произведений выборок с противоположными знаками, Выход- ной сигнал накапливающего сумматора 13 поступает на индикатор 20, который под управлением сигнала на втором выходе блока

19 управления отображает общее количества электроэнергии, . После прихода следующего выходного импульса генератора 15 под управлением выходного кОда счетчика 16 замыка)отся второй и шестой ключи коммутатора 9, начинается второй такт измерений. При этом на вход r„epsoro АЦП 10 напряжения пода(2 )) ется напряжение (-К U(t)), а на вход второго

АЦП 12 тока — сигнал, пропорциональный току (-К2 l(t)J. Дальнейший порядок работы блоков устройства полностью аналогичен

5 первому такту за исключением того, что в накапливающем сумматоре произведений выборок, знаки которых противоположны, и вычитание произведений выборок, знаки которых одинаковы.

10 На третьем и четвертом тактах измерения происходит суммирование произведенийй кодов сигналов К1 U(t) и (-К1 l(t)), а также (-К1 U(t)) и (-К2 1()) соответственно. При этом порядок суммирования произведений на

15 третьем и четвертом тактах аналогичен порядку суммирования на втором и первом тактах.

В остальном работа блоков предлагаемого устройства остается прежней. Блок 14

20 выбора диапазона управляет коэффициентами передачи входных преобразователей 1 и 2 напряжение и тока и корректирует в соответствии с этим результат на индикаторе 20, 25 После выполнения четырех тактов происходит следующая выборка и запоминание входных мгновенных значений. сигналов первым и вторым блоками 5 и 6 выборки и хранения, после чего весь процесс цикличе30 ски повторяется. Полный цикл коррекции погрешностей производится над фиксированными значениями входных сигналов, поэтому условия (5) и (6) теряют силу, так как

35 ак =а к =ак при любой форме и характере изменения входных сигналов. Поэтому, заменяя ак на ак в выражениях (1) и (2) пол1 учаем формулы эквивалвнтов мгновенных значений напряжения и тока в предлагае40 мом устройстве

U (а )=0о+(1+ д,) 0(а )+а2 U (ак)+ " ...+an U "(QK); (16)

1 (à..)=)о+(1+ дз)) ((a )+bz! (а,)+ ..., +Ьп l (ак).. (17)

45 Таким образом, результаты преобразования на первом, втором, третьем и четвертом тактах преобразования предлагаемого цифрового измерителя электрической энерi / Ф гии Р1, Р2, Рз и Р4 записываются соответст50 венно выражениям

),-{f.a,-,„)()4„-1))(ы„11(ы.„1.() h,-„l I,))(ы„1.

+() 8 Д.)),!(К4)),I,49, j (18) ((1+ sul{i м1 ()(ы Щы.1-(„1, °

«U{aai)-(» îsj )(), T(at ) U,1,+О .

Р,-()43s){)+8sälО(at„ ) Y(aa„l-()" jul (o

«U(a «)+1)+411))О (Ы.)-Uata э j (Zg)

, =()81(а„1()(ы,)цы.) «a,.li.

"Ц (ы«) ()+ У1))4 Х(ы«)- иа 14 - 04 У

Че 0,=(),Ь,1 (at.l (), Ь,.t (Û,)4à,u(aaÄl

IЗ

1749842 («»)хо, 4(«») Ь> 1 Io,) а U («)1+

+a,U («Äl Ь, 1(«„l.a.U (.„l Ъ,1 (,„) „ .ог0 (" ) bsls(«х) о (Р(«х)1, sa Us(«Ä)»

»Ь,1(«)ха,0 («,l Ь, I («,l оф(«»)»

Ь31 («х) - ) ссg=U, Ь, I (сс,)-U Ь> 1 («„)-g,U(g„}

»Ь,1 («х) o,U(«il Ьз1 (c4»)а, Осf«„)1,-a,U («„l.Ь 1(«.) о, 0 («„)-Ь, I )«„)ос0 («i) >1 («„l-ох 0 (à .).1, о, U («,)»

Ь 1(«.)-оsU («„) b, I («„).о, 0 («„) „

bs I («Ä) - »

9,.0, Ь, 1 («„l-U. Ь»1 («.) а, 0(ec„l b, 1 («„)-а, О(«,) Ьз I («х)+о U (с»„) I, -о Uo(«.) Ь,I(«„l а,0 («,) Ь, I («„)-о,0 (oo»).Ьу1 («„)+as U («х)

-ОуU (О х).Ь, 1(с4к) i as 0 (схх) b»1 («»)a "(,„lb»I (х)

e„=U;b,1 («,) U, b, 1 („)-а, U(oIÄ). .Ь,1 {«,)-о, U(«„l bs I («.)са,:0 (.,)»

»I„+ a,г0 (« ) Ъ 1(«.)х aQ («х) Б »

° 1 (« Ä) i о, 0 («.) Ь, Is («,) - а, 0 («Ä) °

»1;о, U («») Ь, 1(<»)-о, 0 («х) Ь, 1 («х)(«х) Ьх 1 («х)+ " М) (22) (23) (24) Так как на протяжении интервала между выборками входных сигналов результаты четырех тактов суммируются в накапливающем сумматоре 13, то в результате за один шаг дискретизации имеем скорректированное значение мгновенной мощности.

3 4

>а- (3ьв)(r 8„) 0(«Ä) 1<«")«jo U(;)

ЬгlsÚ»)+ а, 0з(м,) Ъ,1 (« „) .о, 0з(х» ) ,1з (,„), или

Р -4(<+ Бьи)(Н ы) 0(«х) 1(о,)+

+0а, . 2т-,0 («„l Ъ,е-г («»)

»л! f ° с хл62 (л)

Дальнейшее суммирование выражения (27) во времени позволяет измерять активную электроэнергию электрической сети при любых изменяющихся входных сигналах. Таким образом, использование изобретения по сравнению с известным позволяет повысить точность измерения электроэнергии при резкопеременных-и непериодических сигналах, переходных процессах и т.n., а ".акже повысить .быстродействие. Повышение точности происходит в предлагаемом цифровом измерителе электрической энергии за счет того, что независимо от характера входных сигналов методическая погрешность ц прототипа полностью компенсируется. Быстродействие предлагаемого устройства выше, так как эта компенсация составляющей уд происходит всего за четыре такта работы АЦП (интервал между двумя соседними выборками сигналов) согласно выражению (27), в то время как известное устройство выполняет эту коррекцию (и только для периодических сигналов) за время 4 р Тх, где Тх — период

10 входных сигналов. Таким образом; если в известном количество выборок за период равна и, то быстродействие повышается в р.. п раз.

Основные узлы и блоки предлагаемого

15 устроиства могут быть реализованы следующим образом.

Входные преобразователя 1 и 2 напряжения и тока выполняются в виде трансфор20 маторов с переключением пределов или на микросхемах КР140УД8А и КР590КНЗ, первый и второй блоки 5 и 6 выборки и хранения — на микросхемах КР590КНЗ, КР140УДОА и конденсаторах, первый и второй инперторы

7 и 8 — на КР140УДОА, коммутатор 9 — на

КР590К)-)З, первый и второй АЦП 10 и 11 реализуются на микросхемах К594ПА1, КР155ИР17, КР554САЗА и КР140УД8А, цифровой перемножающий блок 12 — на микросхемах К588ВР2, К1802ВР2 или KF1802BP5, 30 накапливающий сумматор 13 — на микросхемах К588ИР1, КР561ИР9 и К561ИМ1. Генератор 15, счетчик 16, элемент 17 2 ИЛИ-HE и формирователь 18 выполнены на микросхемах 561Л Н2, 561 И Е10, 561Л Ё5 и 561ЛН2 соответственно, индикатор — на КР558ХП1, КР514ИД2, блок управления — на простейших логических элементах или однокристальной микро Э В У 1816В Е51.

По предлагаемому техническому решению реализован макет цифрового измерителя электрической энергии класса 0,05, который предполагается использовать для проверки в качестве образцового устройства в системах учета электроэнергии, выпускаемых заводом ВЗЭТ {г. Вильнсос), Формула изобретения

Цифровой измеритель электрической энергии, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, шины входного напряжения и тока, первый и второй инвер. торы, коммутатор, первый и второй аналогоцифровые преобразователи, -цифровой перемно>кающий блок, накапливающий сумматор, блок выбора диапазона, блок управления и индикатор, причем сигнальные входы входных преобразователей напряженйя и тока подключены к шинам входных напряжений и тока, а их управляющие входы подключены соответственно к первому и

1749842

span.

Составитель И, Лбложявичус

Редактор И. Ванюшкина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор B. Гирняк

Заказ 2594 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 второму выходам блока выбора диапазона, . выходы входных преобразователей напряжения и тока соединены с первым и вторым входами блока выбора диапазона соответственно, третий выход которого подключен к первому управляющему входу индикатора, выход первого инвертора соединен с первым входом коммутатора; первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам блока управления и через первый и второй аналого-цифровые преобразователи соединены с первым и вторым входами цифрового перемножающего блока соответственно, выход которого подключен к входу накапливающего сумматора; который выходом соединен с входом индикатора, первый и второй выходы блока управления подключены к вторым управляющим входам аналого-цифровых преобразователей и к второму управляющему входу индикатора соответственно, выходы "Завершение преобразования" первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с четвертым и пятым входами блока управления, первая и вторая группы выходов которого подключены к управляющим входам цифрового перемножающего блока и накапливающего сумматора соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены два блока выборки и хранения, генератор, счетчик, логический злемент 2 ИЛИ-HE и формирователь, а коммутатор выполнен двухканальным, причем выход входного преобразователя напряже-ния через первый блок выборки и хранения подключен к второму и третьему входам коммутатора и к входу первого инвертора, который выходом соединен с четвертым входом коммутатора, выход входного преобразователя тока подключен через второй блок выборки и хранения к пятому и восьмому входам коммутатора и к входу второго инвертора, который выходом соединен с шестым и седьмым входами коммутатора, выход генератора подключен к третьему входу блока управления, к первым управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей и к счетному входу счетчика, который выхо дом соединен с управляющим входом коммутатора и через логический элемент 2

ИЛИ-НЕ и формирователь — с Управляющими входами первого и второго блоков выборки и хранения.