RU1817033C - Измеритель активной мощности - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  активной мощности в цеп х переменного тока. Цель: повышение точности измерени . Сущность изобретени : устройство содержит датчик 1 тока, датчик 2 напр жени , перемножитель 3, устройство 4 выборки-хранени , фильтр 5 высоких частот, нуль-орган 6, блок 7 управлени , управл емый блок 8 выборки-хранени , сумматор 9, 1-3-5-6-7-4, 3-8-9-4, 7-8, 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Измерение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  мощности в цеп х переменного тока.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  измеритель активной мощности, содержащий датчик тока и напр жени , выход перемножител  св зан с входами устройства выборки-хранени  и фильтра высокой частоты, который через нуль-орган соединен с управл ющим входом устройства выборки-хранени , выход этого устройства  вл етс  выходом измерител .

Известное устройство основано на следующем положении. Если u(t) Umsin y t и i(t) lmsin(ft t + #), то мгновенна  мощность равна

p(t)u(t)-i(t) cos( + p) P-Sxos(2 an. + ip), (1)

где lm, Dm - амплитудные значени  тока и напр жени ;

р- сдвиг по фазе между током и напр жением;

S lmUm/2 - значение полной мощности;

Р S р - значение активной мощности .

При Scos()) 0 значение мгновенной мощности p(t) 0, а это возможно , если cos( 2 +y) 0 при

2(01 + (f - (21+1), где i 0, 1,2,... Однако

ФТВЧ и НО имеют определенную временную задержку прохождени  сигнала управлени  УПВХ. На фиг.4 показаны графики Р, Scos( 2 м t + р), p(t). Из фиг.4 видно, что при задержке срабатывани  УВХ на т в нем фиксируетс  значение р(т) - Р + д, что снижает точность определени  активной мощности.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Существенным отличием предлагаемого устройства  вл етс  нова  структурна  организаци  за счет введени  блока управлени , управл емого блока выборки-хранени , сумматора, а также введенных св зей,

ел С

00

о

CJ

со

что позвол ет повысить точность измерител  за счет усреднени  погрешности $. Из фиг.4 видно, что при Scos(2 a)i ) 0 за счет задержки на величину т будут зафиксированы в управл емом блоке выборки-хранени  значени :

Р-ф, (2оп+lp) , при Scos(2ftM +)0;

Суммиру  эти значени  в сумматоре 9, получим

Р2 () + (Р + &) 2Р + (& - Ji).

л

В идеале, если 5i 62 , то Р2 2Р, полученное значение запоминаетс  в устройстве выборки-хранени , разделив которое на число слагаемых, которое должно быть четным , получают оценку активной мощности. В общем случае в устройстве выборки-хранени  будет значение:

-Ј

PN Ј (Pi - 5i x

1

X sign cos (2(oi + р)}),

где PJ - значение p(t) при Scos( 2 a)i ) 0;

д - абсолютное значение погрешности 1-го измерени .

Кроме того, существенным отличием предлагаемого устройства  вл етс  нова  структурна  организаци  блока управлени  и управл емого блока выборки-хранени , за счет введени  формировател  фронтов, регистра сдвига, блока ключей, первого и второго устройства задержек сигналов, а в управл емый блок выборки-хранени  N устройств выборки-хранени , а также введенных св зей между элементами этих блоков.

Данна  структурна  организаци  позвол ет оперативно формировать сигналы управлени  дл  N устройств выборки-хранени , а введенные устройства задержки в блок управлени  вырабатывают разрешающий сигнал после окончани  переходных процессов в регистре сдвигов и сумматоре.

Данна  организаци  управл емого блока выборки-хранени  обеспечивает хранение N выборок в моменты определ емые блоком управлени . Простота и доступность к каждому устройству выборки-хранени , возможность изменени  числа усреднений в зависимости от входного сигнала  вл етс 

15

20

достоинством данной организации управл емого блока выборки-хранени .

Таким образом, предлагаемому устройству присущи существенные отличи  по

5 сравнению с известными, достигаемые введенной совокупностью признаков, и положительный эффект не  вл етс  простой суммой известных.

На фиг.1-3 приведены структурна  схеЮ ма измерител , блока управлени  и управл емого блока выборки-хранени ; на фиг. 1 4- графики p(t)/S, P/S, Scos( + p)/S; на фиг, 5 - эторы напр жений измерител ; на фиг. 6 - пример реализации измерител . Измеритель активной мощности, содержащий датчик 1 тока, датчик 2 напр жени , устройство 4 выборки-хранени , выход которого  вл етс  выходом измерител , и последовательно соединенные перемножитель 3, фильтр 5 высоких частот, нуль-орган, причём выходы датчика 1 тока и датчика 2 напр жени  соединены соответственно с первым и вторым входами перемножител  3, дополнительно содержит блок

25 у управлени , управл емый блок 8 выборки- хранени , сумматор 9, выход которого соединен с информационным входом устройства 4 выборки-хранени , управл ющий вход которого подключен к (N + 1)-му

30 выходу блока управлени , N выходов блока управлени  подсоединены к N входам управлени  управл емого блока 8 выборки- хранени , N выходов которого соединены с N входами сумматора 9, выход нуль-органа

35 6 подключен к входу блока 7 управлени ,

информационный вход управл емого блока

8 выборки-хранени  обьединен с выходом

перемножител  3 и входом фильтра 5 высо ких частот. Кроме того, блок 7 управлени 

40 содержит регистр 11 сдвига, блок 12 ключей, выходы которого образуют N выходов блока 2 управлени  и последовательно соединенные формирователь 10 фронтов, вход которого  вл етс  входом блока 7 управлени ,

45 первое 13 и второе 14 устройства задержки сигналов, выход второго устройства 14 задержки сигнала  вл етс  (N + 1)-м выходом блока 7 управлени , управл ющий вход блока 12 ключей соединен с выходом первого устройства 13 задержки сигналов, вход которого объединен с входом регистра 11 сдвига, N-разр дный выход регистра 11 сдвига подключен к N-разр дному информационному входу блока 12 ключей. Управ55 л емый блок 8 выборки-хранени  содержит N устройство 15 выборки-хранени , выходы которых образуют N выходов управл емого блока 8 выборки-хранени , информационный вход которого объединен с информаци донным входами N устройств 15

50

выборки-хранени , управл ющие входы которых соответственно подключены к N входами управлени  управл емого блока выборки-хранени .

Устройство работает следующим образом .

Сигналы датчиков 1 и 2, пропорциональные мгновенным значени м тока I и напр жени  и, поступают на входы пере- множител  3, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный мгновенному значению мощности из p(t) iu (фиг.5).

Дл  синусоидальных напр жений и токов известно соотношение

p(t)P-Scos( ).

Из этого соотношени  видно, что в момент равенства нулю гармонической составл ющей

S cos(2 0)i ),

мгновенное значение мощности p(t) равно активной мощности

p(t) Р Scos f.

Выделение гармонической составл ющей мгновенной мощности p(t) осуществл етс  фильтром 5 высоких частот, сигнал с выхода которого поступает на нуль-орган б Кб на фиг.5. В момент равенства нулю выходного сигнала фильтра 5 нуль-орган б формирует на выходе импульс, поступающий на вход блока 7 управлени , где формирователь фронтов вырабатывает импульсы ию(фиг.5). В регистре 11 сдвига эти импульсы сдвигают по кольцу единицу, тем самым обеспечива  через блок 12 ключей (фиг.5) подключение к выходу перемножител  3 1-го устройства 15 выборки-хранени  из управл емого блока 8 выборки-хранени , по диаграмме

1-2-,,-(Ы)Ч-0 + 1}-...-(N-1)-N-1-2.

Устройство 13 задержки сигнала обеспечивает подключение 1-го элемента управл емого блока 8 после сдвига в регистре сдвига.

После заполнени  N устройства 15 в управл емом блоке 8 выборки-хранени  на вход сумматора 9 поступает четное количество точек из N/2 периодов. Суммиру  отсчеты в сумматоре 9 по N/2 периодам получаем оценку PN (2):

PN § ( x .

i 11

/

5Xsign (2 ait + )}).

Это значение после отработки задержки 14, занос тс  в устройство 4 выборки-хранени . При необходимости эта оценка п может быть разделена на число слагаемых

N, т.е.

лл

NP PN или Р PN/N

,1г -лх

Xsign(S cos( +Ј))}

Полученный результат может быть записан в виде:

Р Р±Д(5.

Сравним точность измерени  предлагаемого измерител  с базовым, в качестве которого вз т прототип.

Из фиг.4 видно, что при 2f 27,7 кГц и при задержке на величину г 1ms в базовом

устройстве 4 выборки-хранени  будет записано вместо значени  U0 0,866mV напр жение Uni 0,524mV, при следующем пересечении Un2 1,208mV, т.е. существует разброс значений измерени , равный:

A U Un2-Uni 1,208-0,524 0.684mV.

В предлагаемом устройстве, только на одном периоде, т.е. по этим двум значени м получим величину

U Un2 + Uni 1,208 + 0,524 1,732mV,

т.е. U равно удвоенному значению активной мощности

P2 2-U0 20,866 1,732mV.

Разделив величину U на два, получим U/2 ,866mV.

Таким образом, предлагаемое устройство в рассмотренном примере повышает точность измерени  активной мощности в среднем на 0,342mV.

Практическа  реализаци  измерител  приведена на фиг.б. Перемножитель 3 и нуль-орган 6 реализованы. Остальные элементы выполнены на микросхемах 155 серии (БКУ) и операционном усилителе N-вхо- довом сумматоре 9.

Повышение точности измерени  позвол ет уменьшить неточности измерений, тогда повыситс  достоверность измерений и контроль расхода активной мощности, а, следовательно, и технико-экономическа  эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известными.

Claims (3)

1. Измеритель активной мощности, содержащий датчик тока, датчик напр жени , устройство выборки-хранени , выход которого  вл етс  выходом измерител , и последовательно соединенные перемножитель фильтр высоких частот, нуль-орган, выходы датчика тока и датчика напр жени  соединены соответственно с первым и вторым входами перемножител , отличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены блок управлени , управл емый блок выборки-хранени , сумматор, выход которого соединен с ин формационным входом устройства выборки-хранени , управл ющий вход которого подключен к (N + 1)-му выходу блока управлени , N выходов блока управлени  подсоединены к N входам управлени  управл емого „блока выборки-хранени , N выходов которого соединены с N входами

-

сумматора, выход нуль-органа подключен к входу блока управлени , информационный вход управл емого блока выборки-хранени  объединен с выходом перемножител  и вхо- 5 дом фильтра высоких частот.

2. Измерение по п,1,0 т л и ч а ю щ и й- с   тем, что блок управлени  содержит регистр сдвига, блок ключей, выходы которого образуют N выходов блока управлени  и

10 последовательно соединенные формирователь фронтов, вход которого  вл етс  вхо- дом блока, управлени , первое и второе устройства задержки сигналов, выход второго устройства задержки сигнала  вл етс 

15 (N + 1)-м выходом блока управлени , управл ющий вход блока ключей соединен с выходом первого устройства задержки сигналов, вход которого объединен с входом регистра сдвига, N-разр дный выход реги20 стра сдвига подключен к N-разр дному информационному входу блока ключей..

3. Измеритель по п.1, от л и ч а ю щ и й- с   тем, что управл емый блок выборки-хранени  содержит N устройств выборки-хра- 25 нени , выходы которых образуют N выходов управл емого блока выборки хранени , информационный вход которого объединен с информационными входами N устройств выборки-хранени , управл ющие входы кр- 30 торых соответственно подключены к N входам управлени  управл емого блока выборки-хранени .