Универсальный цифровой прибор

Универсальный цифровой прибор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ, пц 5l7853

Союз Советскик

Социалистических

Республик!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.03.70 (21) 1418310/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.76. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 19.08.76 (51) М. Кл 2 G 01R 13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ла делам изобретений и вткрытнй (53) УДК 621.317.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Я. Минц, В. Н. Чинков, В. В. Смеляков, М. В. Папаика, Е. Л. Рябченко и В. А. Комиссаров (71) Заявитель (54) УНИВЕРСАЛЪНЪ|Й ЦИФРОВОЙ ПРИБОР

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения напряжений, токов, активной, реактивной и полной мощности, а так же Сояр в цепях синусоидального тока.

Известны универсальные цифровые приборы, содержащие шунт в цепи тока, преобразователь напряжения во временной интервал, подключенный к хронизатору и управляющий электронным ключом, включенным между преобразователем напряжения в частоту и реверсивным счетчиком активной мощности с триггером реверса.

Их основным недостатком является ограниченные функциональные возможности, определяемые измерением только активной мощности.

Для расширения функциональных возможностей за счет измерения реактивной мощности предлагаемый прибор снабжен реверсивным счетчиком реактивной мощности с триггером знака и схемой ИЛИ и анализатором фазы, подключенным по входам к шунту и выходу хронизатора, а по выходу — через схемы ИЛИ к входам триггеров реверса счетчиков активной и реактивной мощности, при этом другие входы триггеров реверса подключены к выходам соответствующих счетчиков, а вход триггера реверса счетчика реактивной мощности соединен, кроме того, через элемент задержки с выходом хронизатора.

На чертеже приведена функциональная схем а описываемого устройства, содержащего шунтирующий элемент 1, блок управления 2, анализатор фазы 3, хронизатор 4, элемент задержки 5, схемы ИЛИ 6, 7 триггеры реверса 8, 9, реверсивные счетчики 10, 11, преобразователь 12 напряжения во временной интервал, преобразователь 13 напряжение — частота, схему ИЛИ 14, электронный ключ 15, устройство 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, схему ИЛИ 17, счетчики 18, 19 соответственно полной мощности Соз р с вентилями переноса 20, элемент задержки 21, генератор образцовой частоты

22, триггер 23 и вентиль 24.

В свою очередь, блок управления 2 содержит нуль-орган 25, формирующий импульсы при переходе напряжения из отрицательной области в положительную, триггер пуска

26, вентиль 27, кнопки 28 «Сброс» и 29

«Пуск», а также переключатель 30 «Режим

25 работы».

Блок управления 2 служит для задания режимов работы переключателем 30, для сброса схемы в исходное состояние и фиксации момента измерений. При этом возможны следующие режимы работы:

517853

=К r.O,707=К S, б5

gs измерение действующего значения тока— положение 1 переключателя 30 «Режим работы»; измерение действующего значения напряжения — положение П переключателя 30

«Режим работы»; измерение мощности — положение Ш переключагеля 30 «Режим работы», измерение Cos ср — положение IV переключателя 30 «Режим работы».

Блок управления 2 соединен с хронизатором 4 и анализатором фазы 3.

В состав анализатора фазы 3 входят нульорганы 31 и 32, формирующие импульсы при переходе тока через нулевые значения соответственно из отрицательной области в положительную и наоборот, схема ИЛИ 33, триггер управления 34 и триггер знака 35, вентили 36, 37, элемент задержки 38 и индикаторные лампочки 39, 40. Анализатор фазы 3 служит для определения и индикации знака фазового сдвига, а также определения диапазона его измерений.

Анализатор фазы 3 дает режим работы реверсивных счетчиков 10 и 11, для чего его выход соединен с установочным входом триггера реверса 9 через схему ИЛИ 7 и с установочным входом триггера реверса 8 через схему ИЛИ 6.

Хронизатор 4 служит для формирования с 3 импульсов при mt —, —, — и синхронизации

4 2 4 работы устройства. С этой целью его выход подключен к анализатору фазы 3, импульсному входу (входу запуска) преобразователя 12 напряжения во временной интервал, через переключатель 30 и элемент задержки 5 — к установочному входу триггера реверса 8, к установочному входу триггера пуска 26 и через элемент задержки 21 — к установочному входу триггера 23. В качестве хронизатора 4 при работе устройства на фиксированных частотах могут быть использованы электронные элементы задержки, а при работе в широком диапазоне частот, что практически исключается,— умножители частоты различных типов, например, электромагнитные на высоких частотах или простейшие дискретные в низком и инфранизком диапазонах частот.

Преобразователь 12 напряжения во временной интервал подключен к потенциальному входу электронного ключа 15, управляя его работой, а преобразователь 13 напряжения в частоту через схему ИЛИ 14 — к импульсному входу. Выход электронного ключа

15 соединен через переключатель 30 с реверсивными счетчиками 10 и 11, режимы работы которых задаются триггерами реверса 8 и 9 соответственно, и с устройством 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня. Устройство 16 служит для вычисления полной мощности по формуле S=QP + Q, где P — активная, à Q — реактивная мощность.

55 б0

Генератор 22 образцовой частоты используется при измерении действующих значений напряжений и токов для заполнения временного интервала преобразователя 12 импульсами образцовой частоты и при определении

Cosy. Он подключен к электронному ключу

15 через переключатель 30 и схему ИЛИ 14 и к счетчику 19 Cos rp через вентиль 24 и схему ИЛИ 17.

В исходном состоянии схемы, задаваемый кнопкой 28 «Сброс», счетчики 10, 11 и счетчики 18, 19 находятся в нулевом положении, вентили 27, 36, 37, 24 закрыты потенциалами соответствующих триггеров. Триггеры реверса 8, 9 установлены в положениях, соответствующих работе счетчиков 10, 11 на суммирование. Триггер знака 35 установлен в положение, при котором высокий потенциал поступает на индикаторную лампочку 40, соответствующую отрицательному фазовому сдвигу.

Счетчик 19, вентили переноса 20 и счетчик

18 совместно выполняют роль логометра при определении Cos rp. Элемент задержки 21 подключен между хронизатором 4 и установочным входом триггера 23, а импульсный вход вентиля 24 через переключатель 29 — к генератору 22 образцовой частоты. Выход вентиля 24 соединен через схему ИЛИ 17 со счетчиком 19 и через схему ИЛИ 41 — со счетчиком 11. Триггер 23 служит для управления работой вентиля 24 и через схему ИЛИ 7 соединен с установочным входом триггера реверса 9. Схема И 42 соединена с нулевыми выходами триггеров счетчика 11 и служит для возврата триггера 23 в исходное состояние при установлении счетчика 11 в нулевое состояние в режиме определения Cos cp.

При изменении действующего значения тока (режим 1) переключателем 30 к входам нуль-органа 25 и преобразователя 12 подключается напряжение У„, элемента 1, пропорциональное измеряемому току i(t), а к импульсному входу электронного ключа 15 через схему ИЛИ 14 подключается генератор 22 образцовой частоты, к выходу электронного ключа 15 подключается реверсивный счетчик 10.

При нажатии кнопки 29 «Пуск» срабатывает триггер 26, открывая вентиль 27. Первый же импульс с выхода нуль-органа 25 поступает на хронизатор 4, который с этого момента начинает формировать временные инк к Зк тервалы, соответствующие et= —, — и —. Им4 2 4 пульсы с выхода хронизатора 4, соответст3z вующие cot= —, — поступают на запуск пре4 4 образователя 12.

Время развертки преобразователя 12 будет равно

Т = Kr l sin — = К У sin где Кт — коэффициент преобразования тока.

Следовательно, Т< пропорционально действующему значению тока.

Измерение производится в двух точках при

Ж З

cot= — и rot= — с целью повышения помехо4 4 защищенности.

На время развертки Т> открывается электронный ключ 15, и импульсы с генератора

22 проходят на реверсивный счетчик 10. В результате в счетчике 10 будет зафиксировано число импульсов

Nh — — 2 I to откуда

I=

М

=dhNh, &hfdf

1 где Ck — — — — — — дискретность отсчета

M h fî тока.

Режим II — измерение действующего значения напряжения.

Отличие от предыдущего вежима состоит в том, что переключателем 30, во-пеовых, на поеобразователь 12 и нуль-овган 25 подается измеояемое напряжение, и во-вторых, выход электоонного ключа 15 подключается к входу вевевсивного счетчика 11. В остальном работа схемы аналогична. После окончания измепений в счетчике 11 будет зафиксировано количество импульсов

N, = 2К,1 „, где К,, — коэффициент преобразования напряжения во временной интервал.

Тогда

= d„N„

2К.,Л

1 где d„= — — дискретность отсчета напря2К./о жения.

Режим П1 — измерение активной, реактивной полной мощностей.

В этом оежиме переключателем 30 напряжение U(t) цепи подается на преобразователь 12 и нуль-орган 25; напряжение Um (1) шунта, пропорциональное току ((/) цепи, подается на преобразователь 13 напряжение— частота; хронизатор 4 подключается к установочному входу триггеоа 8; генератор 22 отключается от схемы ИЛИ 14, следовательно, и от электронного ключа 15; выход электронного ключа 15 подключается к входам обоих реверсивных счетчиков 10, 11 и через устройство 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня — к входу счетчика 18.

Работа схемы при

1P,— P,1 I Q1 — — у нажатии кнопки 29 «Пуск» срабатывает триггер 26, открывая вентили 27 и 37. Первый же импульс с выхода нуль-органа 25, соответствующий mt = О, поступает на запуск хронизатора 4.

Выходной импульс хронизатора 4, соответХ ствующий о/= —, поступает на запуск пре4 обоазователя 12, на элемент задержки 5 и на установочный вход твиггера 33, который, срабатывая, открывает вентиль 36.

Поеобоазователь 12 формир1 ет воеменной интервал Т, пропооциональный напряжению

76 цспи в точке o>f= —, и открывастпя этовре4 мя электронный ключ !5. Чепез электоонный ключ 15 за воемя его откпытого состояния на вхоле певепсивных счетчиков !О и 1! поступа20 ет число импульсов на суммирование

Р, Nh = — —, к где dp — дискпетность отсчета мощности, оппелеляемая как ппоизведение коэффипи нтов преобоазовяния напряжения К, и тока К .

d Ã,Г„

Чепез оемя т,, оппеделяемое элементом зялепжки 5. поступит импульс ня установочный вход триггепа ревепся 8, стянязливая его в состояние. соответствующее работе счетчика

10 на вычитание. Ппи этом необходимо выполнение условия т.) Т,.„,„,. (Т„. . „ — максимально во можное время пазвептки преобразователя 12).

С выхода анализятооа фазгя 3 импульс не поступает, и счетчик 11 продолжает работать на суммирование.

В момент времени, соответствующий et= —, 2 выходным импульсом хронизатора 4 триггер

26 возвращается в исходное состояние. заKрывая вентили 27 и 37.

45 Зя

Импульс хронизатора 4 при (Qt= — повтор4 но запускает преобразователь 12, с выхода электронного ключа 15 на входы реверсивных счетчиков 10 и 11 поступает количество импульсов

2 2

По окончании процесса измерений показа55 ния счетчиков 11, 10 соответственно будут в общем случае

" P, +Р, P № = у — — —,у—

P P откуда случаях измерения активной и реактивной мощности заключается sследующем: :при 65

Р= Np ° dp

I Q1 NÔ °

При —" <;(—

4 2 случаях измерения активнойи реактивной

7t т

И вЂ” — (e (——

2 4 т мощности работа схемы до момента rot=—

4 аналогична вышеописанной. Отличие состоит в том, что с анализатора фазы 3 в этих случаях поступает импульс на установочные входы триггера 9 через схему ИЛИ 7 и на входы триггера 8 через схему ИЛИ 6. Причем этот импчльс прихочит во времени с некоторым запаздыванием по отношению к выходному импульсу элемента задержки 5. Этим импульсом анализатора фазы 3, соответствующим — — ((e J (— ", триггеры 9 и 8 опрокидываются, 4 2 устанавливая счетчик 11 в режим вычитания, а счетчик 10 — в режим суммирования. В дальнейцтем работа схемы аналогична выше1t описанной для случая 0(<р! «< ). Но в

4 этом слччае показания счетчиков 11, 10 по окончании процесса измерения соответственно будут

11/ 1 . 21!

P P отк да

Р1+ 2 IQ

1Vq

cf

P P

Следует заметить. TTA в пеовом и во BTODOM случаях, когда /Р./)/Р /, необходимо пепеключение счетчиков 10 и 11 из режима вы титания на режим счммиоования. иначе значения реактивной мощности в пеовом случае и активной мощности во втором слччае будут зафиксированы в счетчиках 10 и 11 в дополнительном коде. Переключение счетчиков 11.

10 осуществляется триггерами реверса 9, 8 при поступлении на их чстановочнт.те вхольт импчльсов переполнения счетчиков. В оезчльтате в счетчиках 11, 10 будут зафиксиоованы абсолютные значения активной и реактивной мощности.

Р е ж и м IV — и з м е р е н и е Co s cc.

В этом режиме переключателем 30, кроме подключенных цепей в режиме III, генератор

22 образцовой частоты подключается к импульсному входу вентиля 24.

З

Работа схемы до момента о1 —. аналогич4 на вышеописанной в режиме III. В момент

Зм в/= — импульс хронизатора 4 через элемент

4 задержки 21 поступает на установочный вход триггера 23, KOTODbIH открывает вентиль 24 и через схему ИЛИ 7 опрокидывает тоиггео 9 так, что он устанавливает счетчик 11 на вы5 читание. Время задержки элемента 21 вьтбиоается из условия т., ) Т„,p.. От генератора

22 образцовой частоты импульсы чеоез поеключатель 30, вентиль 24, схему ИЛИ 17 поступают на счетчик 19 на счммиоование и

10 чеоез схему ИЛИ 41 — на счетчик 11, гле записано количество импульсов Ют, на вы итание. Пои описании всех импульсов из счетчика 11 на выходе схемы И 42 фоомиоуется сигнал, возвоащающий триггер 23 в исходное положение, пои котором вентиль 24 закооется. В результате на вход счетчика 19 с выхода вентиля 24 поступит количество импульсов /Vp. Выше укат.твалось, что т тетчик !9, вентили переноса 20 и счетчик 18 совместно выполняют поль логометоа при опоеделении

Cos m и работают следчющим образом. Вентили переноса 20 упоавляются единичными выходами ячеек счетчика 18. Вентиль находится в закрытом состоянии, если управляющая им тоиггерная ячейка находится в положении «О», и в откоытом. если чправляющая ячейка находится в положении «1». Таким образом, что если на вход счетчика 18 подать число импульсов Мв, поопорциональное полной мощности S, и после этого на вход схемы

ИЛИ 17 подать число импульсов Лгт, пропорциональное активной мощности Р, то в счетчике 19 запишется в двоичном коде число 1Vq>, пропорциональное Cos ттт, 35 т. е, N. = 2" ="2 cos -р, Ир

Юз где К вЂ” количество триггерных ячеек.

Формула изобретения

Универсальный цифровой прибор, содеожащий шунт B пепи тока, поеобразователь напояжения во временной интервал. подключенный к хронизатопу и управляющий электронным

45 ключом, включенным междч преобоазователем напряжения в частоту и ревеосивным счетчиком активной мощттосттт с триггером реверса, отли ч а ющий ся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей

50 за счет измерения реактивной мощности, он снабжен реверсивным счетчиком реактивной мощности с триггером знака и схемой ИЛИ и анализатором фазы, подключенным по входам к шунту и вьтходч хоонизатооа, а по вы55 ходу — через схемы ИЛИ к входам триггеров реверса счетчиков активной и реактивной мощности, при этом другие входы триггеров реверса подключены к выходам соответствующих счетчиков, а вход триггера реверса

60 счетчика реактивной мощности соединен, кроме того, через элемент задержки с выходом хронизатора.

517853 C3 пс 2

Составитель Т. Веремейкина

Редактор И. Петрашень Техред E. Подурушнна Корректор А. Галахова

Заказ 2199/4 Изд. № 1500 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2