RU1781629C - Цифровой измеритель электрических параметров в цеп х переменного тока - Google Patents

Abstract

С1 щность изобретени : цифровой измерите/ ь электрических параметров в цеп х пер менного тска, одержит преобразова- тел напр жени  1, преобразователь тока 2, ис очникстабилузированного опорного на- п-  жени  3, ин-егрирующий аналого-циф- ,оврй преобразователь 4, блок выделени  периода 5, первую 6 и вторую 7 шину входных сигналов, шесть коммутирующих элементов 8,10 11,12,13 и 14, источник нестабилизированного опорного напр жени  9, блок Bi (делени  периода 5 выполнен в виде аналогового ключа 15 и формировател  пр моугольных импульсов 16ссоответ- сть юними св з ми. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

fe

1

VJ

,оо

кэ ю

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  напр жени , потребл емого тока, полной и активной мощности цеп х переменного тока.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей прибора путем измерени  напр жени  питающей сети, измерени  номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока, потреб- л емых исследуемой нагрузкой.

На фиг. 1 представлена структурна  схема цифрового измерител  электрических параметров в цеп х переменного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Цифровой измеритель электрических параметров в цеп х переменного тока содержит преобразователь напр жени  1, преобразователь тока 2. источник стабилизированного опорного напр жени  3, интегри- рующий аналого-цифровой преобразователь 4, блок выделени  периода 5. первую б и вторую 7 Шину входных сигналов, коммутирующий элемент 3, источник нестабилизированного опорного напр жени  9, второй 10, третий 11, четвертый 12, п тый 13 и шестой 14 коммутирующие элементы, вход преобразовател  напр жени  1 соединен с входом источника нестабилизированного опорного напр жени  и с первой шиной входного сигнала 6, вход преобразовател  тока 2 соединен с второй шиной входного сигнала 7, выход преобразовател  напр жени  1 соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента 8 и первым вы- водом второго коммутирующего элемента 10, выход преобразовател  тока 2 соединен с первым выводом третьего коммутирующего элемента 11 и первым выводом четвертого коммутирующего элемента 12, информационный вход блока выделени  периода 5 соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента 8 и вторым выводом трет ьего коммутирующего элемента 11, управл ющий вход блока выделени  периода 5 соединен с вторым выводом четвертого коммутирующего элемента и вторым выводом второго коммутирующего элемента, выход блока выделени  периода 5 соединен с информационным входом интег- рирующего аналого-цифрового преобразовател  4,выход источника нестабилизированного опорного напр жени  9 соединен с первым выводом п того коммутирующего элемента 13, вход опорного напр жени  интегрирующе- го аналого-цифрового преобразовател  4 соединен с вторым выводом п того коммутирующего элемента 13 и первым выводом шестого коммутирующего элемента 14, второй вывод шестого коммутирующего элемента 14 соединен с выходом источника стабилизированного опорного напр жени  3, блок выделени  периода 5 выполнен в виде аналогового ключа 15 формировател  пр моугольных импульсов 16, информационный вход аналогового ключа 15 соединен с информационным входом блока выделени  периода 5, управл ющий вход которого соединен с входом формировател  пр моугольных импульсов 16, выход которого соединен с управл ющим входом аналогового ключа 15, выход которого соединен с выходом блока выделени  периода 5.

Устройство работает следующим образом .

При измерении величины напр жени  питающей сети оно поступает по шине 6 на вход преобразовател  1 напр жени , дл  чего должны быть замкнуты коммутирующие элементы 8,10 и 14. Преобразователь 1  вл етс  делителем входного напр жени  в заданном масштабе, и с его выхода синусоидальное напр жение (фиг.2б) через комму- тирующий элемент 8 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделени  периода 5, а через коммутирующий элемент 10 - на вход формировател  16 пр моугольных импульсов блока выделени  периода. С выхода формировател  16 пр моугольные импульсы, совпадающие по фазе с входным сигналом (фиг.2в), поступают на управл ющий вход аналогового ключа 15, вследствие чего этот ключ выполн ет однополупериодное выпр мление входного напр жени , С выхода этого ключа выпр мленное напр жение поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и преобразуетс  в цифровой код. При этом на вход опорного напр жени  АЦП 4 подаетс  через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 напр жение от источника 3 стабилизированного опорного напр жени .

При измерении силы тока, протекающего через исследуемую нагрузку, должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11,12 и 14, а нагрузка подключена к шине 7. Ток, протекающий через нагрузку, поступает на вход преобразовател  2 тока и преобразуетс  в пропорциональное ему напр жение синусоидальной формы (фиг.2,а), которое через коммутирующий элемент 11 поступает на информационный вход а налогового ключа 15 блока выделени  периода, а через коммутирующий элемент 12 - на вход формировател  16 пр моугольных импульсов блока выделени  периода. Как описано выше этот блок при таком включении выполн ет функцию однополупери- одного выпр мител  сигналов малой

амплитуды. С выхода аналогового ключа 15 положительные полупериоды выпр мленного напр жени  (фиг.2,г) поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и в соответствии с заданным масштабом преобразуетс  в цифровой код, пропорциональный измер емому току, При этом, как и в случае измерени  величины напр жени  сети, на вход опорного напр жени  АЦП 4 через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 подаетс  напр жение от источника 3 стабилизированного опорного напр жени .

При измерении величины активной мощности исследуемую нагрузку подключа- ют по шине 7 ко входу преобразовател  2 тока, а по шине 6 на вход преобразовател  1 напр жени  подают напр жение питающей сети. При этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 10, 11 и 14 (или 13). Ток, протекающий через нагрузку, как было сказано выше, преобразуетс  в пропорциональное ему напр жение синусоидальной формы (фиг. 2,а), которое через коммутирующий элемент 11 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделени  периода, а с выхода преобразовател  1 через коммутирующий элемент 10 на вход формировател  16 поступает напр жение, фаза которого совпа- дает с фазой напр жени , питающего исследуемую нагрузку (фиг. 2,6) и, следовательно , с ним будет совпадать по фазе и пр моугольное напр жение на выходе формировател  16 (фиг, 2,в). Поскольку импе- дане нагрузки нередко имеет комплексный характер, то протекающий через такую нагрузку ток будет сдвинут по фазе на некоторый угол р по отношению к фазе напр жени , питающего нагрузку, поэтому и напр жение, поступающее с выхода преобразовател  2 на информационный вход аналогового ключа 15, тоже будет сдвинуто по фазе на такой же угол по отношению к фазе пр моугольного напр жени , поступа- ющего с выхода формировател  16 на управл ющий вход аналогового ключа 15: U(i)Sin(wt + /)(фиг.2,д)

Аналоговый ключ 15 открываетс  положительными полупериодами управл ющего пр моугольного напр жени , поэтому он не пропустит на свой выход часть каждого положительного полупериода, поступающего на его информационный вход,переменного синусоидального напр жени , пропорцио- нального току нагрузки, но вместе с тем пропустит на выход такую же по величине часть каждого отрицательного полупериода входного напр жени  (фиг.2,е). При поступлении выделенного напр жени  с выхода аналогового ключа 15 на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и интегрировани  этого напр жени , цифровой код на выходе АЦП 4 будет пропорционален разности площадей (фиг.2,е):

t2t1

U(i) - CDE-ABC / U(t)dt- / U (t) d t, Чо

что соответствует величине активной мощности Р 1а поскольку мощность пропорциональна потребл емому току при условии, что 11пит const. Например, в случае чисто реактивной нагрузки (т.е. при cos y 0) разность площадей CDE-ABC (фиг.2,ж) будет равна нулю, что соответствует нулевой величине активной мощности.

При определении электрических параметров приборов и устройств бытовой техники возникает необходимость измерени  величины так называемой номинальной или паспортной мощности, т.е. мощности потреблени  электроэнергии при номинальной величине напр жени  питающей сети, В этом случае применение традиционных методов измерени  номинальной мощности св зано с известным неудобством, св занным с необходимостью установки (регулировани ) величины номинального напр жени  электропитани . Предлагаемое устройство устран ет этот недостаток путем подачи на вход опорного напр жени  интегрирующего АЦП нестабилизированного опорного напр жени , величина которого пропорциональна фактической величине напр жени  питающей сети. Это достигаетс  замыканием коммутирующего элемента 13 (вместо коммутирующего элемента 14) и тогда дл  интегрирующего АЦП двухтактного интегрировани  остаетс  справедливым соотношением

м N1 UBX ,

vJon

где N - выходной код АЦП;

NI - число тактовых импульсов, определ ющее длительность первого такта интегрировани ;

UBX - измер емое напр жение на информационном входе АЦП;

Uon-опорноенестабилизированное напр жение .

Из этого соотношени  следует, что совместное пропорциональное изменение величин измер емого и опорного напр жений на соответствующих входах АЦП не вли ет на конечный результат измерени  (на выходной код N), т.е. он не зависит от изменени  напр жени  питающей сети.

При измерении величины полной мощности исследуемую нагрузку подключают

так же как и при измерении активной мощности , но при этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11 и 12, а также либо коммутирующий элемент 14 (при измерении фактической величины полной мощности , завис щей от величины напр жени  питающей сети), либо коммутирующий элемент 13 (при измерении номинальной величины полной мощности). Устройство работает также как и при измерении силы тока, так кёк полна  мощность пропорциональна току, потребл емому нагрузкой при номинальной величине напр жени  питающей сети.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1.Цифровой измеритель электрических параметров в цеп х переменного тока, содержащий преобразователь напр жени , преобразователь тока, источник стабилизи- рованного опорного напр жени , интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок-выделени  периода, первую и вторую шины входных сигналов и коммутирующий элемент, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем измерени  напр жени  питающей сети, измерени  номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока, потребл емых исследуемой нагрузкой, введены источник стабилизированного опорного напр жени , второй, третий , четвертый, п тый и шестой коммутирующие элементы, причем вход преобразовател  напр жени  соединен с входом источника нестабилизированного опорного напр жени  и первой шиной входного сигнала, вход преобразовател  тока соединен с второй шиной входного сигнала, выход преобразовател  напр жени  соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента и первым выводом второго коммутирующего элемента, выход преобразовател  тока соединен с первым выводом третьего коммутирующего элемента и первым выводом четвертого коммутирующего элемента, информационный вход блока выделени  периода соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента и вторым выводом третьего коммутирующего

   элемента, управл ющий вход блока выделени  периода соединен с вторым выводом четвертого коммутирующего элемента и вторым выводом второго коммутирующего элемента, выход блока выделени  периода

   соединен с информационным входом интегрирующего аналого-цифрового преобразовател , выход источника нестзбилизированного опорного напр жени  соединен с первым выводом п того коммутирующего элемента,

   вход опорного напр жени  интегрирующего аналого-цифрового преобразовател  соединен с вторым выводом п того коммутирующего элемента и первым выводом шестого коммутирующего элемента, второй вывод

   шестого коммутирующего элемента соединен с выходом источника стабилизированного опорного напр жени .
2. 2. Цифровой измеритель электрических параметрЪв в цеп х переменного тока по

   п.1,отличающийс  тем, что блок выделени  периода выполнен в виде аналогового ключа и формировател  пр моугольных импульсов, причем информационный вход аналогового ключа соединен с информационным входом блока выделени  пери- ода,управл ющий вход которого соединен с входом формировател  пр моугольных импульсов , выход которого соединен с управл ющим входом аналогового ключа, выход

   которого соединен с выходом блока выделени  периода.

   U(i) t

   U(t)3in(b3ity) |

   D Ј

   is D

   Ж

   II OW.

   -