Цифровой измеритель мощности

Цифровой измеритель мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(«) S2Sl02

ОПЙСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьоюз Ьоветсюи

Социалистичесща

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.03.79 (21) 2744079/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) М. Кл.

:б 01R 21!06

Государственный комитет (53) УДК 621.317.28 (088.8) ло делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

H. И. Грибок и С. С. Обозовский

Львовский ордена Ленина политехнический.-институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Настоящее изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной и реактивой мощности непрерывных и импульсно-модулированных синусоидальных колебаний.

Известно устройство, содержащеедва интегратора, переключатели, блок улравления, преобразователи напряжения в ток, счетчики и коммутаторы (1).

Недостатком этого устройства является его низкая точность.

Известно устройство, содержащее преобразователь тока в напряжение, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а первый выход — с первым входом блока управления, второй вход которого соединен со вторым выходом преобразователя тока в напряжения и через нагрузку — с общей шиной; третий вход блока управления соединен с выходом источника опорного напряжения и с первыми входами первого и второго переключателей, вторые входы которых соединены с выходом квадратора, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с третьими входами первого и второго переключателей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов; управляющий вход первого интегратора соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом селектора, а седьмой — с четвертым входом первого переключателя; четвертый вход второго переключателя соединен с выходом первого интегратора,, выход второго интегратора соединен с первым входом ком)() паратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — с вторым входом селектора, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а первый выход — с входом счетчика (2).

)5 Недостатком известного устройства является его низкая точность.

Цель изобретения — повышение точности измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь тока в напряжение, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а первый выход — с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя тока в напряжение и через нагрузку — с общей .шиной, третий вход блока управления соединен с выходом источника опорного напряжения и с первыми входами )первого и втоЗО рого переключателей, вторые входы кото828102

aT aT рых соединены с выходом квадратора, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьими входами первого и второго переключателей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов, управляющий вход первого интегратора соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом селектора, а седьмой — с четвертым входом первого переключателя, четвертый вход второго переключателя соединен с выходом первого интегратора, выход второго интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен со вторым входом селектора, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а первый выход — со входом счетчика, введены два умножителя частоты, блок сравнения кодов, коммутатор и реверсивный счетчик, причем управляющие входы умножителей частоты соединены с соответствующими выходами счетчика, а выходы подключены ко входам коммутатора, управляющий вход которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход подключен к первому входу реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора, а выход — с четвертым входом селектора, третий и четвертый выходы которого соединены с входами соответствующих умножителей частоты, а пятый выход соединен с управляющим входом блока сравнения кодов, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика и первого умножителя частоты.

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя мощности.

На схеме представлены нагрузка 1, преобразователь 2 тока в напряжение, блок 3 управления, квадратор 4, источник 5 опорного напряжения, переключатели 6, 7, интеграторы 8, 9, компаратор 10, селектор 11, генератор 12 тактовых импульсов, счетчик

13, умножители 14 и 15 частоты, блок 16 сравнения кодов, реверсивный счетчик 17 и коммутатор 18, причем вход преобразователя 2 соединен с шиной 19 входного сигнала, а первый выход соединен с первым входом блока 3, второй вход которого соединен со вторым выходом преобразователя

2 и через нагрузку 1 — с общей шиной 20, третий вход блока 3 соединен с выходом источника 5 и с первыми входами переключателей 6, 7, вторые входы которых соединены с выходом квадратора 4; входы квадратора соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьими входами переключателей 6, 7, выходы которых соеди10

Зо

65 нены соответственно с входами интеграторов 8, 9; управляющий вход интегратора 8 соединен с пятым выходом блока 3 управления, шестой выход которого соединен с первым входом селектора 11, а седьмой— с четвертым входом переключателя 6. Четвертый вход переключателя 7 соединен с выходом интегратора 8, выход интегратора

9 соединен с первым входом компаратора

10, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — со вторым входом селектора 11, третий вход которого соединен с выходом генератора 12, а первый выход — со входом счетчика 13. Управляющие входы умножителей 14, 15 соединены с соответствующими выходами счетчика 13, а выходы подключены ко входам коммутатора 18, управляющий вход которого соединен с восьмым выходом блока 3, а выход подключен к первому входу реверсивного счетчика 17. Второй вход счетчика 17 соединен со вторым выходом селектора 11, а выход — с четвертым входом селектора 11, третий и четвертый выходы которого соединены со входами соответствущих умножителей 14, 15 частоты, а пятый выход соединен с управляющим входом блока 16 сравнения кодов, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика 13 и умножителя 14.

Кроме того, умножители 14 и 15 содержат счетчики 21, элементы И 22 и элементы ИЛИ 23.

Измерение активной или реактивной мощности в устройстве осуществляется путем измерения амплитудного значения тока и синфазной и квадратурной составляющих напряжения в нагрузке с последующим перемножением их цифровых эквивалентов в цифровом множительном устройстве. При синусоидальном значении напряжения

U sin(cot+y) и тока 1 з1пЫ в нагрузке измерение амплитудного I значения тока и синфазного и квадратурного значений напряжения происходит следующим образом.

Сигналом с блока 3 управления напряжение k I .sin(rot+cp) с выхода преобразователя 2 тока в напряжение через блок 3 управления и переключатель 6 на время (b — a) Т, кратное периоду Т иследуемых колебаний, подключается ко входу интегратора 8. Переключатель 7 находится в положении, при котором напряжение с выхода интегратора 8 подается на вход интегратора 9. При двойном интегрировании напряжения U sin (et+ q>) от момента времени

aT до момента bT напряжение на выходе интегратора 9 примет значение

". Л ьт

U„„, == ((Usin(

1 т2

aT aT ьт

1 (U sin(cot+ р)d(ut = " 2 « <

828102 ьт (сов (с -(- 2) — cot (ttT + (t)dt =

Uò со ° 1 "22

U (b — а)Т соз((оаТ+ o))—

<О.Т(°

В11)(!бТ + с2) — Sin (саТ+ у)

10 (b — а)Т соз(2ат2+ q)—

"1 Т2

2 — — cos(-,(а+b)+ ь1 sin-(b — а)), О) ) 15 где т), т2 — постоянные времени интеграторов 8 и 9 соответственно; cp — угол сдвига между напряжением и током в нагрузке.

Если начало (aT) и конец (bT) интегрирования определяются по сигналу, подава20 емому на интегрирование, т. е. по U °

sin(cot+a), то угол сдвига ф по отношению к этому сигналу равен нулю. При выборе a=O... и b=0,1,2... получаем

UòbТ Uò Т2

ИНТ где U =kI;

k — коэффициент передачи преобразователя 2, Во втором такте интегрирования переключатель 7 переводится в нижнее положение, вследствие чего интегрируется напряжение Uo с выхода источника 5 до момента равенства нулю, который фиксируется компаратором 10.

Из равенства

"" " ) u ((=о со Т(° -,с 2 ° о

Ь.Т, Т имеем / = „и в реверсивном

-„Uo

fobT kf

1 Uo

N1 — fo —

fo b. T2 т1

2 . ((Уо где Fo — частота следования импульсов генератора 12.

Во втором такте измерения сигналом из блока 3 управления на время bT переключатель 6 переводится в нижнее положение, вследствие чего напряжение Uo двукратно интегрируется в интеграторах 8 и 9 с последующим преобразованием во временной интервал ьт 2 о + — 7о4 = О. оо о счетчике 17 по вычитающему входу вафик- 45 сируется дополнительный код числа

В счетчике 13 зафиксируется число импульсов с выхода селектора 2 fо „.Ь Т

Момент окончания интегрирования определяется компаратором 10. После этого на вход счетчика 21 умножителя 15 начинают поступать импульсы с третьего выхода селектора 11 с частотой следования fo. Ha выход умножителя 15 поступают импульсы с частотой следования у fo т2

No которые через коммутатор 18 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика

17 до момента его перехода в нулевое состояние. К этому моменту в счетчике 21 умножителя 15 зафпксируется код числа

N=f, t=f,— =N, f ) 2 где Л(о — информационная емкость счетчиков 21.

Из приведенных выражений очевидно, что

212 Уоb N

lг No т. е. код в счетчике 21 умножителя 15 пропорционален амплитудному значению синусоидального тока. Аналогично можно определить и амплитудное значение У напряжения U, sin (о/+ !р) .

Измерение синфазной или квадраторной составляющих напряжения отличается от процесса измерения 1, лишь тем, что опорным сигналом служит не измеряемый сигнал, а сигнал с выхода преобразователя тока в напряжение, т. е. k.lsinmt.

Если блок 3 управления из опорного сигнала k 1з1по)1 сформирует временной интервал (b — а) Т, начало которого t! —— а T=O, а конец равен (bT), где (2=1,2,3..., U b.Т

U„„„„„= соз ч, 222 Т! Т2 пропорциональный значению синфазной

U соз(1) составляющей напряжения нагрузки. При подаче во втором такте напряжения разряда через переключатель 7 на вход интегратора 9 получим

t -"*+ (U,dt=Î.

222 Т, Т2 Т2 Л о

При квантовании длительности второго такта интегрирования на вычитающий вход реверсивного счетчика поступит число им-. пульсов

N, = (,.t = У ccoossy, 222 "с1. Ц»

828102

1 1 а —. —, b=k+—

4 4!

N Уо б 7

2 ул

1/т $» о

60 активной в нагрузмощности 65

Так как в счетчике 13 зафиксирован код

fo b тз числа N =, то в третьем такте

»1 импульсы с частотой следования fo поступают на вход счетчика 21 умножителя 14.

Поэтому с выхода умножителя 14 частоты через коммутатор 18 на суммирующий вход реверсивного счетчика 17 будут поступать импульсы с частотой следования f. Вследствие этого к моменту перехода в нулевое состояние реверсивного счетчика 17 в счетчике 21 умножителя 14 зафиксируется код числа

x f t = у ç з

f 2 и в результате имеем

У совр= N—

2».Uî б

1 о код числа, который пропорционален значению U .cosq> синфазной составляющей напряжения нагрузки. Значение коэффициен2» Uo b выбирается равным 10 . 25

A.

1 1о

После нахождения значения синфазной составляющей счетчик 13 сбрасывается в нуль, после чего коммутатор 18 подготавливается к пропусканию импульсов в,выхода умножителя 15 частоты.

При поступлении импульсов с частотой следования fo на вход счетчика 13 на выходе умножителя 15 будут импульсы с частотой следования

1U, fo o

fo + Л2 (1 ! о 1 1о

В момент равенства кода в счетчике 13 40 коду в N =N в счетчике 21 умно1 2 жителя 14 срабатывает устройство 16 сравнения кодов, вследствие чего закрывается селектор 11 по входу счетчика 13. За вре- 45 мя поступления импульсов на входесчетчика 17 имеется число импульсов з р — f = fo — 50

1 з fo

В результате имеем 55 у k o 1ò Ут ° cOs g A 1Vo

2» Уо b 2» Уо б (2» Уоб) у1 У cosy = (2» Uo б)з

rye P:U /„, сояр — значение мощности ке 1.

Прн измерении реактивной счетчики 13, 17, 21 умножителя 14 сбрасываются в состояние нуля. Из опорного сигнала блок 3 управления формирует временной интервал длительностью (b — а) Т, причем значения выбирается из условия, когда (b — а) равно целому числу, поэтому З1пл(6 — а) превра1 1 тится в нуль. Так, при а= —, b = k+ —, 4 4 где k — 1, 2, З...n, У„(б — а) Т SIn о) ннтв

2»--., тз

Аналогично, как при измерении синфазной составляющей, на вход интегратора 9 во втором такте подается напряжение разряда, вследствие чего на вычитающий вход реверсивного счетчика 17 во втором такте интегрирования поступит число импульсов у г, /о(б — а) Т >

2- т1 Уо

При двукратном интегрировании напряжения Uo и его преобразовании во временной интервал в счетчике 13 зафиксируется код числа

С поступлением импульсов на вход счетчика 21 умножителя 14 с выхода селектора

11 до момента перехода в состояние нуля реверсивного счетчика 17 в счетчике 21 ум,ожителя 14 зафиксируется код числа

N" = Л о —, пропорциональный значению 2 синфазной составляющей напряжения в нагрузке

При сбросе счетчика 13 в нулевое состояние с последующей подачей импульсов с частотой следования fo на его вход в момент равенства кодов в счетчиках 13 и 21 умножителя 14 в реверсивном счетчике 17 зафиксируется код числа, пропорциональный значению реактивной мощности в нагрузке гЛт k o fò Ут. sIII

2» Уоб 2»Уоб (2»Uob)o

X>d s»t= б,©, (2» Уоб)о где Q =- U .I .s» .

Если в счетчике 21 умножителя 15 за то т фиксировать код числа, а в

2» Уоб

828102

10 счетчике 21 умножителя 14 — код числа (о Vò то в реверсивном счетчике 17

2т Уо б можно получить код числа, пропорциональный значеничо полной мощности. т. е.

/Ч p I fp о Vg

2r Up б% 2 Vpb lo . т 1о (т (2 Up б) (2п Боб) где S У„.I полная мощность в исследуемой нагрузке.

При подаче на вычитающий вход счетчика 17 кода числа

Ю,: .U,, cosр, fo б

Т1 ° а на вход счетчика 13 — кода числа у fo б

1 p

9-.- . V в счетчике 21 умножителя 14 после обработки получим код числа, пропорциональный cosy исследуемой цепи, т. е. код 25

ЧИСЛа COSrp =No з характеризующий 5 энергетические параметры нагрузки.

В данном устройстве путем цифрового преобразования устранено влияние точнос- зр ти источника опорного напряжения на результат измерения, что привело к повышению точности измерения, особенно на высоких частотах.

Формула изобретения

Цифровой измеритель мощности, содержащий преобразователь тока в напряжение, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а первый выход соединен с 4р первым входом блока управления, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя тока в напряжение и через нагрузку — с общей шиной, третий вход блока управления соединен с выходом источника опорного напряжения и с первыми входами первого и второгопереключателй, вторые входы которых соединены с выходом квадратора, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с третьими входами первого и второго перекл1очателей, вь1ходы которых соединены соответственно с входамп первого и второго интеграторов, управляющий вход первого интегратора соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом селектора, а седьмой — с четвертым входом первого переключателя, четвертый вход второго переключателя соединен с выходом первого интегр",òîðà, выход второго интегратора соеTiIIIeII с первь.м входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а чыход со..динен со вторым входом селек;Ора, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а первый Выход соединен со входом счетчика, отл ич а ющийс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два умножителя частоты, блок сравнения кодов, коммутатор и реве спвный счетчик, причем

) правляющпе входы умножителей частоты соединены с соответствующими выходами с ет ц1ка, а выхо."ы под лючены ко входам ! Оммута 1ора, у праВля10ший ВхОд которого соединен с восьмым выходом блока управления, а вь1ход подключен к первому входу реверсивного счетчика, второй вход которого со вторым выходом селектора, а выход — с четвертым входом селектора, тпетий и четвертый выходы которого соединень1 со входами соответствующих умножителей частоты, а пятый выход соединен с управляющим входом блока сравнения кодов, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика и первого умпожителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

i¹" 516496, кл. G 01 R 21/06, 05. 12. 73.

2. Авторско"= свидетельство СССР № 661378, кл. G 01R 21/06, 24.05.77 (прототип) .

828102

Составитель Н. Коновалов

Техред И. Заболотнова

Корректор Л. Слепая

Редактор Б. Федотов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 746/11 Изд. Мз 334 Тираж 749 П дписнос

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и о,крглтнй

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