Устройство для измерения активных мощности и энергии

Устройство для измерения активных мощности и энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

741175 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— 5»у. К .2

G 01 R 21/00 (22) Заявлено 01.08.76 (21) 2391145/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано150680. Бюллетень ¹ 22 (53) УДК 621.317.38 (088. 8) Дата опубликования описания 20. 06 .80 (72) Авторы изобретен и я

Ф. A Зыкин и И. О. Карпов (7.1) Заявитель

Ульяновский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ AKTHPHblX МОЩНОСТИ

И ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерению мощности н энергии переменного тока. 5

Известны ваттметровые преобразователи реактивной мощности, основанные на использовании измерительных преобразователей активной мощности, со сдвигом по фазе на 90 напряжения или.тока с помощью фазосдвигающих схем (1) .

Однако такие измерительные преобразователи при несинусоидальных режимах измеряют реактивную мощность с погрешностями, так как для всех гармоник не обеспечивается сдвиг по фазе на 90

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения активных мощности и энергии, содержащее два источника переменного напряжения, трансформатор тока, два источника постоянных опорных напряжений различной полярности и логический блок (2).

Недостатком такого устройства является большая погрешность при изменении температуры окружающей среды, а также при старении элементов схемы.

Кроме того, в устройстве такого типа имеет место ошибка дискретности. Это особенно ощутимо при малых значениях тока, когда интервалы времени преобразователя тока будут малы.

Поэтому при малых токах точность устройства уменьшается.

Цель изобретения — повышение точности измерения при изменении температуры, стабильности во времени, а также исключения дискретных погрешностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения активных мощности и энергии, содержащее два источника измеряемого напряжения, трансформатор тока, два источника постоянных опорных напряжений различной полярности и логический блок, введены интегратор, компаратор, шесть аналоговых ключей, три инвертора, преобразователь напряжения в частоту, конденсатор, подключенный к выходу первого и входу второго аналоговых ключей, управляющие входы которых первого — непосредственно, а второго — через инвертор, подключены к выходу преобразователя напряжения в частоту, вход которого под741175.ключен к источнику измеряемого напряжения, выход второго ключа через последовательно соединенные интегратор, резистор и компаратор, выход которого подключен к выходной шине устройства, подключен к выходу логического блока, первый вход которого подключен к шине второго источника измеряемого напряжения, а второй вход— к управляющим входам третьего и четвертого аналоговых ключей непосредственно, и через иннерторы — к уп. равляющим входам пятого и шестого аналоговых ключей, причем входы четвертого и шестого аналоговых ключей подключены к шинам источников постоянных опорных напряжений различной полярности, а выходы этих аналоговых ключей через резистор подключены к второму входу компаратора, вход пер ного аналогового ключа через третий и пятый аналоговые ключи подсоединен к выходным зажимам вторичной обмотки трансформатора тока. Мгновенное значение измеряемого напряжения преобразуется в частоту прямоугольных импульсов, которыми управляются аналоговые ключи, поочередно подключая конденсатор, то ко вторичным зажимам трансфсрматора тока, при этом конденсатор заряжается, то ко входу интегратора, при этом конденсатор разряжается,(перничная обмотка трансформатора тока подключается в токовую цепь нагрузки).

Таким образом, на выходе интегра- тора напряжение прямо пропорционально произведению напряжения, тока и .времени, т. е. энергии. При наполне нии интегратора производится изменение полярности интегрирования тока переключением на другой зажим вторичной обмотки трансформатора тока, Если конденсаторы на входе и в обратной связи интегратора однотипны, то влия« ния изменения параметров их при старении, при изменениях температур взаимно компенсируются.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

B устройстве для измерения активных мощности и энергии шина источника измеряемого напряжения U подключается к преобразователю 1 напряжения в частоту прямоугольных импульсов выход которого подключается к упранляющим,входам аналоговых ключей 2 и 3 причем, к ключу 3 через инвертор 4.

Вход ключа 2 подключается через ана логовые ключи 5 и б к одному из зажимов вторичной обмбтки трансформатора тока 7, а выход — к конденсатору 8. Вход ключа 3 подключен к конденсатору 7, а выход — ко входу интегратора 9, который состоит из операционного усилителя с конденсатором в обратной связи.

К выходу интегратора 9 подключен один из входов компаратора 10, второй же вход компаратора подключается к шинам источников опорных напря— жений +U или -U соответственно через ключй ll или 12. К выходу компаратора подключается логический блок

13 к выходу которого подключены управляющие зажимы ключей 6, 11 (непо. средственно) и 5, 12 — через инверторы 14, 15.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемые напряжения U и U в начальный момент времени положительны.

При этом ключи 5 и 12 открыты, а б и

11 закрыты. Ключи 2 и 3 при воздействии чередующихся сигналон преобразо15 вателя 1 напряжения в частоту поочередно то подключаются к напряжению

+U, то ко входу интегратора 9. Выходное напряжение интегратора компаратором сравнивается с опорным наЩ пряжением +ц

При наполнении интегратора 9 на выходе компаратора 10 изменяется знак напряжения, логический блок 13 закрывает ключи 5 и 12 и открывает ключи б и 11. Таким образом, конденсатор 8 подключается к напряжению

-U а выходное напряжение интегратоФ ра 9 сравнивается с опорным напряжением +U . При наполнении интегратора зарядами уже с противоположными знаками производится снова реверс.

Работа аналогична и при отрицательных напряжениях.

Таким образом, на выходе интегратора 9 частотный сигнал, причем число импульсов, прямо пропорционально энергии, а их частота следования — мощнос ти.

Ключи 2 и 3 управляются преобра4О зователем напряжения в частоту, подключая конденсатор то к напряжению . +U то к интегратору с частотой пропорциональной мгновенному значению напряжения U, 45 При подключении конденсатора 8 к интегратору 9 конденсатор разряжается, и несь заряд передается на конденсатор обратной связи.

Таким образом, приращение напряжения на интеграторе 9 прямо пропорционально произведению частоты и U

fu .= kuu, т. е. на .интеграторе

1 формируется произведение .двух. напря-. жений. Приращение напряжения суммио руются, .следовательно, полное напряжение на выходе интегратора пропорционально энергии. Когда интегратор наполнится, т. е. достигнет предельного напряжения, срабатывает компаратор 10 переключением ключей 5 и

Щ б (один иэ них всегда открыт, а другой закрыт) конденсатор 8 подключается к обратной полярности -U и переключается полярность компаратора

10 переключением ключей 11 и 12. При у этом конденсатор интегратора 9 раз741175 ряжается и заряжается до предельного значения напряжения на выходе интегратора обратной полярности..

Логический блок. 13 может быть разного исполнения, выполняемые функции

его следующие.

Допустим напряжение U положительное, U u U перемножаются, при 1 = 0 ичтегратор 9 не заряжен. В этом случае ключ 5 открыт, открыт ключ 12, происходит накопление заряда. В этом интервале напряжение U oòðëöàòåëüíîå, следовательно, на интегратор поступает отрицательный заряд. При изменении знака U< накапливается положительный заряд, т. е. знак заряда соответствует знаку U, Как только U станет отрицательным, требуется изменить полярность U,чтобы получить соответствующую полярность мгновенной мощности, т. е. при положительном U< мощность была бы отрицательной при отрицательном токе — положительная.

Но эа несколько периодов интегратор накопил положительные заряды и отрицательное напряжение на выходе интегратора 9 сравняется с Бо и интегратор должен разряжаться. На выходе компаратора изменяется напряжение на обратной и логический блок 13 переключает полярности U< и U на . обратные.

B этом случае превалируют отрицательные заряды и на выходе интегратора накапливается отрицательное напряжение и т. д.

Таким образом, логический блок

13, во-первых, переключает ключами

5, 6 полярность iU в зависимости от напряжения U,,во-вторых, от полярности заряда интегратора 8 (по выходному напряжению компаратора) управляет ключами 11, 12.

Формула изобретения устройство для измерения активных мощности и энергии, содержащее два источника измеряемого напряжения трансформатор тока, два источника по=-тоянных опорных напряжений различной полярности и логический блок,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, c

5 целью повышения точности измерений при изменении температуры, стабильности во времени, а также исключения дискретных погрешностей в него введены интегратор, компаратор, шесть ана-. ð логовых ключей, три инвертора, преобразователь напряжения в частоту, конде нс а тор, подключен ный к выходу первого и входу второго аналоговых ключей, управляющие входы которых первого — непос редс тв ен но, а в т ороro — через инвертор, подключены к выходу преобразователя напряжения в частоту, вход которого подключен к шине источника измеряемого напряжения, выход второго ключа через последовательно соединенные интегратор, резистор и компаратор, выход которого подключен к выходной шине устройства, подключен к выходу логического блока, первый вход которого подклю25 чен к шине второго источника измеряемого напряжения, а второй вход— к управляющим входам третьего и четвертого аналоговых ключей непосредственно, и через инверторы — к управ30 ляющим входам пятого и шестого аналоговых ключей, причем входы четвертого и шестого аналоговых ключей . подключены к шинам источников постоянных опорных напряжений различной полярности,а выходы этих аналоговых ключей через резистор подключены к второму входу компаратора,вход первого аналогового ключа через третий и пятый аналоговые ключи подсоединен к,входным зажимам вторичной обмотки трансформатора тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Арутюнов В. 0. Электрические

4 измерительные приборы и измерения.

ГЭИ, И., 1958, Ц 9-4.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 464841, кл. G 01 R 21/00, 29.10.73.

741175

Составитель М. Назаров

Редактор С. Патрушева Техред N.Ïåòêo Корректор М. Коста

Заказ 3323/5

Тираж 1019 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4