RU2042210C1 - Apparatus for monitoring modes of equipment operation - Google Patents
Apparatus for monitoring modes of equipment operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2042210C1 RU2042210C1 RU94000951A RU94000951A RU2042210C1 RU 2042210 C1 RU2042210 C1 RU 2042210C1 RU 94000951 A RU94000951 A RU 94000951A RU 94000951 A RU94000951 A RU 94000951A RU 2042210 C1 RU2042210 C1 RU 2042210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- operational amplifier
- output
- current
- resistor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Устройство может быть использовано в системах для измерения активной мощности и энергии, потребляемой оборудованием, в шахтных системах телемеханики и в других телемеханических системах для передачи информации об активной мощности оборудования, в АСУ энергообъектами и предназначено для работы в симметричных трехфазных цепях для измерения активной мощности трехфазной цепи по активной мощности одной фазы. The device can be used in systems for measuring the active power and energy consumed by equipment, in shaft systems of telemechanics and in other telemechanical systems for transmitting information about the active power of equipment, in ACS by power facilities and is designed to work in symmetric three-phase circuits for measuring the active power of a three-phase circuit by active power of one phase.
Известно устройство для контроля режимов работы оборудования посредством измерения активной мощности однофазного переменного тока, состоящее из множительного блока на квадраторах, входных промежуточных трансформаторов напряжения и тока [1]
Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная сложностью получения точной квадратичной зависимости на квадратирующих элементах.A device is known for monitoring the operating modes of equipment by measuring the active power of a single-phase alternating current, consisting of a multiplying unit on quadrators, input intermediate voltage and current transformers [1]
The disadvantage of this device is the low accuracy due to the difficulty of obtaining an accurate quadratic dependence on the squaring elements.
Известно устройство контроля режимов работы оборудования посредством измерения мощности в симметричных трехфазных цепях с изолированной нейтралью при помощи подключения измерительного органа на линейное напряжение и фазный ток [2]
Недостаток таких устройств состоит в их низкой точности и технологичности, что объясняется необходимостью устранения начального сдвига фаз в 30о между фазным током и линейным напряжением. Применение для фазовой коррекции RC-элементов приводит к большой фазовой погрешности при изменении частоты сети и требует индивидуальной подгонки фазы каждого прибора, что является нетехнологичным.A device for monitoring the operating modes of equipment by measuring power in symmetric three-phase circuits with an isolated neutral by connecting a measuring body to line voltage and phase current [2]
The disadvantage of such devices is their low accuracy and manufacturability, which is explained by the need to eliminate the initial phase shift of 30 about between the phase current and line voltage. The use of RC elements for phase correction leads to a large phase error when the network frequency changes and requires an individual adjustment of the phase of each device, which is not technologically advanced.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля режимов работы оборудования симметричной трехфазной цепи, которое содержит времяимпульсный блок перемножения, состоящий из первого, второго и третьего операционных усилителей, ключа на полевом транзисторе, подключенного непосредственно к фазе контролируемого оборудования, и широтно-импульсного модулятора, причем первый операционный усилитель подключен к фазам В и С трехфазной цепи через резисторы, чем достигается устранение начального фазового сдвига между напряжением и током, управление ключом обеспечивается широтно-импульсным модулятором, относительная разность длительности выходных импульсов напряжения которого пропорциональна току фазы А, выходной сигнал снимается с выхода третьего операционного усилителя через фильтр низкой частоты и поступает на регистратор [3]
Недостатком этого устройства является низкая точность из-за влияния сопротивления открытого ключа на точность измерения активной мощности. Недостатком этого устройства является также узкая область применения, так как оно имеет только один выходной регистратор для подключения аналогового прибора или релейного органа и не имеет частотного выхода, что не позволяет непосредственно использовать данные устройства для контроля режима электропотребления оборудования путем измерения потребляемой электроэнергии. Узкая область применения данного устройства определяется также тем, что ключи и широтно-импульсный модулятор имеют непосредственную гальваническую связь с силовой цепью, что исключает возможность применения устройства в высоковольтных сетях (660, 1000 В и выше).Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for monitoring the operating modes of the equipment of a symmetric three-phase circuit, which contains a time-pulse multiplication unit, consisting of the first, second and third operational amplifiers, a key on a field-effect transistor connected directly to the phase of the controlled equipment, and pulse-width modulator, and the first operational amplifier is connected to phases B and C of the three-phase circuit through resistors, thereby achieving nenie initial phase shift between voltage and current, key management is provided by a pulse width modulator, the relative difference between the length of output pulses of voltage which is proportional to the current of phase A, the output signal is taken from the output of the third operational amplifier through a low-pass filter and applied to recorder [3]
The disadvantage of this device is the low accuracy due to the influence of the resistance of the public key on the accuracy of the measurement of active power. The disadvantage of this device is also a narrow scope, since it has only one output recorder for connecting an analog device or relay organ and does not have a frequency output, which does not allow directly using these devices to control the power consumption of equipment by measuring the consumed electricity. The narrow scope of this device is also determined by the fact that the keys and the pulse-width modulator have direct galvanic connection with the power circuit, which excludes the possibility of using the device in high-voltage networks (660, 1000 V and above).
Целью изобретения является повышение точности работы устройства и расширение области его применения, так как при контроле режимов работы оборудования по активной мощности за счет повышения точности повышается надежность и достоверность производимого контроля, а также имеется возможность обеспечить контроль режима не только по активной мощности, но и по электропотреблению энергии, что позволяет сократить электропотребление и сберечь энергоресурсы. The aim of the invention is to increase the accuracy of the device and expand its scope, since when monitoring the operating modes of the equipment by active power, increasing the reliability and reliability of the control is increased by increasing the accuracy, and it is also possible to control the mode not only by active power, but also by energy consumption, which reduces energy consumption and conserves energy.
Устройство для контроля режимов работы оборудования приведено на чертеже. A device for monitoring the operating modes of the equipment shown in the drawing.
Устройство содержит входные резисторы 1, 2 и 3, включенные в звезду и подключаемые к трехфазной системе напряжения сети, трансформатор 4 напряжения с первичной обмотки 5, первой 6 и второй 7 вторичными обмотками, первый операционный усилитель 8, трансформатор 9 тока, широтно-импульсный модулятор 10, ключи 11 и 12, связывающий резистор 13, ограничительные резисторы 14 и 15, второй операционный усилитель 16, фильтр 17 низкой частоты, первый регистратор 18, интегрирующий конденсатор 19, третий операционный усилитель 20, одновибратор 21, компаратор 22 (с зоной нечувствительности), второй регистратор 23. The device contains input resistors 1, 2 and 3 included in the star and connected to a three-phase network voltage system, voltage transformer 4 from the primary winding 5, the first 6 and second 7 secondary windings, the first operational amplifier 8, current transformer 9, pulse-width modulator 10, switches 11 and 12, a connecting resistor 13, limiting resistors 14 and 15, a second operational amplifier 16, a low-pass filter 17, a first recorder 18, an integrating capacitor 19, a third operational amplifier 20, a single-shot 21, a comparator 22 (with sensitivity), the second registrar 23.
Устройство для контроля режимов работы оборудования работает следующим образом. A device for monitoring the operating modes of the equipment is as follows.
Ток iа, пропорциональный напряжению фазы А, подводится через ключи 11 и 12 к инвертирующим входам усилителей 16 и 20. Поскольку первая вторичная обмотка 6 трансформатора 4 подключена к входу первого операционного усилителя 8, напряжения на ней U6 также, как и на первичной обмотке 5 Ua и второй вторичной обмотке 7 U7 равны нулю при условии, что усилитель 8 идеальный. Следовательно, ток i5 в обмотке 5 равен i5 (1) где R1 сопротивление резистора 1. По закону полного тока для трансформатора 4 напряжения имеет место следующее равенство:
i5 ω5 i7 ω7 + i6 ω6 Hl, (2) где ω5 ω6 ω7 числа витков 5, 6, 7; Н напряженность магнитного поля в сердечнике трансформатора 4; l средняя длина магнитной силовой линии сердечника трансформатора 4.The current i a , proportional to the voltage of phase A, is supplied through the keys 11 and 12 to the inverting inputs of the amplifiers 16 and 20. Since the first secondary winding 6 of the transformer 4 is connected to the input of the first operational amplifier 8, the voltage on it U 6 is the same as on the primary winding 5 U a and the second secondary winding 7 U 7 are equal to zero, provided that the amplifier 8 is perfect. Therefore, the current i 5 in the winding 5 is equal to i 5 (1) where R 1 is the resistance of resistor 1. According to the law of the total current for voltage transformer 4, the following equality holds:
i 5 ω 5 i 7 ω 7 + i 6 ω 6 Hl, (2) where ω 5 ω 6 ω 7 are the number of turns 5, 6, 7; H magnetic field in the core of the transformer 4; l the average length of the magnetic line of force of the core of the transformer 4.
U6= ω6SFl (3) где SFl сечение сердечника трансформатора 4.U 6 = ω 6 S Fl (3) where S Fl is the cross section of the core of the transformer 4.
Поскольку U6 равно нулю, то скорость изменения индукции в сердечнике трансформатора 4 также равна нулю, следовательно, сердечник трансформатора 4 не перемагничивается и Н 0. Учитывая также, что усилитель 8 идеальный, полагают i6 0. С учетом этого из выражений (2) и (1) получают
i7= i5 · UA= KUA
(4)
Следовательно, ток в обмотке 7, подводимый через ключи 11 и 12 к инвертирующим входам операционных усилителей 16 и 20, пропорционален напряжению фазы А UA и не зависит, что существенно, от величины сопротивления в цепи обмотки 7, т.е. от величины сопротивлений открытых ключей, включенных в цепи этой обмотки.Since U 6 is equal to zero, the rate of change of induction in the core of transformer 4 is also equal to zero, therefore, the core of transformer 4 is not magnetized and H 0. Taking into account also that amplifier 8 is ideal, i 6 0 is taken into account. Considering this, from expressions (2) and (1) receive
i 7 = i 5 · U A = KU A
(4)
Therefore, the current in the winding 7, supplied through the keys 11 and 12 to the inverting inputs of the operational amplifiers 16 and 20, is proportional to the phase voltage A U A and does not depend, which is important, on the resistance value in the winding circuit 7, i.e. on the value of the resistance of the public keys included in the circuit of this winding.
К входу усилителя 20 в зависимости от полярности импульсного выходного напряжения широтно-импульсного модулятора 10 подключается ток обмотки 7 i7 непосредственно, когда открыт транзистор 11, либо ток i7 инвертируется усилителем 16, когда открыт транзистор 12. Интегрирующий усилитель 20 выделяет среднее за один цикл работы широтно-импульсного модулятора значение тока i7. Учитывая, что длительность положительного импульса широтно-импульсного модулятора, когда открыт ключ 11, t1, а длительность отрицательного импульса, когда открыт ключ 12, t2, определяют среднее за цикл работы модулятора (время t1 + t2) значение тока на входе усилителя 20 L19cp, полагая, что время t1 + t2 намного меньше периода изменения напряжения сети Тс и за это время напряжение сети UA, а следовательно, и ток i7 остаются неизменными:
i19 ср=
(5) где R13, R14 сопротивления резисторов 13, 14. Полагая R13 R14, получают
i19 ср i7 (6)
Широтно-импульсный модулятор 10 обеспечивает преобразование входного тока iA согласно зависимости
KiiA (7)
Подставив выражения (4) и (7) в уравнение (6), получают
i19cp K UA . Ki iA K .Ki UA iA Kc UA iA. (8)
Как видно из выражения (8) средний за время t1 + t2 ток на входе усилителя 20 равен произведению мгновенных значений напряжения и тока фазы А контролируемой сети, т.е. мгновенной мощности фазы А сети РА.Depending on the polarity of the pulse output voltage of the pulse-width modulator 10, the winding current 7 i 7 is directly connected when the transistor 11 is open, or the current i 7 is inverted by the amplifier 16 when the transistor 12 is open. The integrating amplifier 20 extracts the average for one cycle the work of a pulse-width modulator current value i 7 . Considering that the duration of the positive pulse of the pulse-width modulator when the key is open 11, t 1 , and the duration of the negative pulse when the key is open 12, t 2 , determine the average value for the input current cycle of the modulator (time t 1 + t 2 ) amplifier 20 L 19cp , assuming that the time t 1 + t 2 is much less than the period of change of the network voltage T s and during this time the network voltage U A , and therefore the current i 7 remain unchanged:
i 19 avg =
(5) where R 13 , R 14 of the resistance of the resistors 13, 14. Assuming R 13 R 14 , get
i 19 wed i 7 (6)
Pulse-width modulator 10 provides the conversion of the input current i A according to the dependence
K i i A (7)
Substituting expressions (4) and (7) into equation (6), we obtain
i 19cp KU A. K i i A K. K i U A i A K c U A i A. (8)
As can be seen from expression (8), the average current at time t 1 + t 2 at the input of amplifier 20 is equal to the product of instantaneous values of voltage and current of phase A of the controlled network, i.e. instantaneous phase power network A R A.
Если произвести интегрирование и усреднение i19cp за период Тс, получают при синусоидальных законах изменения тока iA= IAm sin(ω t -φ ) и напряжения UA UAm sin ω t следующее выражение для среднего за период Тс тока на входе интегратора:
I19 ср= KcUAmsinωt·IAmsin(ωt-φ)dt KcUAIAcosφ KcPA
(9) где UA и IA эффективные значения напряжения и тока сети; РА активная мощность фазы А сети.If we make the integration and averaging i 19cp the period T s, is obtained by sinusoidally changing current i A = I Am sin (ω t -φ) and the voltage U A U Am sin ω t following expression for the average over the period T c of the current at the input integrator:
I 19 avg = K c U Am sinωt I Am sin (ωt-φ) dt K c U A I A cosφ K c P A
(9) where U A and I A are the effective values of the voltage and current of the network; P A is the active power of phase A of the network.
Одновибратор 21 вырабатывает импульс калиброванной вольтсекундной площади I0U0 const с полярностью напряжения U0, противоположной току I19cp, который через резистор 15 подключается к инвертирующему входу усилителя 20 и сбрасывает конденсатор 19 в начальное состояние. Частота переключения компаратора 22 с зоной нечувствительности, а следовательно, и одновибратора 21 устанавливается такой, чтобы среднее значение тока на входе усилителя 20 за период переключения Tк равнялось нулю, т.е. импульс калиброванной длительности тока должен уравновесить среднее значение тока I19cp за период Тк. Следовательно,
I19 ср·Tk= (10) где R15 сопротивление резистора 15.The one-shot 21 generates a pulse of a calibrated volt-second area I 0 U 0 const with a voltage polarity U 0 opposite to the current I 19cp , which is connected through a resistor 15 to the inverting input of the amplifier 20 and resets the capacitor 19 to its initial state. The switching frequency of the comparator 22 with the dead zone, and therefore the one-shot 21 is set so that the average current at the input of the amplifier 20 for the switching period T to equal to zero, i.e. calibrated current pulse should balance the average current value I 19cp for a period of T to . Hence,
I 19 cf.T k = (10) where R 15 is the resistance of resistor 15.
Обозначив Kf и учитывая, что Тк а также выражение (9), получают
Kc PA Kf .f. (11)
Из выражения (11) следует
f PA= Kp·PA где Кр коэффициент пропорциональности.Marking K f and given that T to as well as expression (9), get
K c P A K f . f. (eleven)
From the expression (11) it follows
f P A = K p · P A where K p is the coefficient of proportionality.
Следовательно, частота f переключения компаратора 22 и одновибpатора 21 пропорциональна мощности фазы А. Therefore, the switching frequency f of the comparator 22 and the one-shot 21 is proportional to the power of phase A.
Второй регистратор 23 осуществляет регистрацию частоты f, т.е. активной мощности, потребляемой оборудованием, контролируя тем самым режим работы оборудования по активной мощности. Если регистратор 23 осуществляет подсчет импульсов, поступающих с выхода компаратора 22 с частотой f, за определенное время, то в этом случае осуществляется контроль режима работы оборудования по электропотреблению активной электроэнергии за регистрируемый интервал времени. Таким образом, устройство осуществляет контроль режима работы оборудования, так как обеспечивает контроль потребляемой им активной мощности либо регистрацию потребляемой электроэнергии. The second recorder 23 registers the frequency f, i.e. active power consumed by the equipment, thereby controlling the mode of operation of the equipment by active power. If the recorder 23 counts the pulses coming from the output of the comparator 22 with a frequency f for a certain time, then in this case, the operating mode of the equipment for the consumption of active electricity is monitored for the recorded time interval. Thus, the device monitors the operating mode of the equipment, as it provides control of the active power consumed by it or the registration of consumed electricity.
Устройство имеет более широкую область применения, так как благодаря наличию трансформатора напряжения может использоваться в высоковольтных сетях, в то время как использование прототипа, не имеющего гальванической изоляции цепей схемы от силовой цепи, в высоковольтных цепях недопустимо. The device has a wider scope, since due to the presence of a voltage transformer it can be used in high voltage networks, while the use of a prototype that does not have galvanic isolation of the circuit from the power circuit in high voltage circuits is unacceptable.
Устройство имеет более высокую точность контроля режима работы оборудования, так как трансформатор напряжения совместно с первым операционным усилителем исключает влияние изменения сопротивления ключей на точность работы схемы. The device has a higher accuracy of monitoring the operating mode of the equipment, since the voltage transformer together with the first operational amplifier eliminates the influence of changes in the resistance of the keys on the accuracy of the circuit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94000951A RU2042210C1 (en) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | Apparatus for monitoring modes of equipment operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94000951A RU2042210C1 (en) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | Apparatus for monitoring modes of equipment operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2042210C1 true RU2042210C1 (en) | 1995-08-20 |
RU94000951A RU94000951A (en) | 1996-01-20 |
Family
ID=20151378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94000951A RU2042210C1 (en) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | Apparatus for monitoring modes of equipment operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2042210C1 (en) |
-
1994
- 1994-01-06 RU RU94000951A patent/RU2042210C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 646266, кл. G 01R 21/00, 1979. * |
2. Козаров А., Сотирова С. Две схемы измерения мощности в симметричных трехфазных цепях с недоступным нулем. Въглища, 1983, 38, N 8, с.14-16. * |
3. Заявка ФРГ N 2747575, кл. G 01R 21/00, опублик. 1981. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4495463A (en) | Electronic watt and/or watthour measuring circuit having active load terminated current sensor for sensing current and providing automatic zero-offset of current sensor DC offset error potentials | |
RU2108587C1 (en) | Current intensity measuring transducer | |
US4066950A (en) | Circuit for measuring the ground resistance of an ungrounded power circuit | |
CA1092194A (en) | Electronic kwh meter having virtual ground isolation | |
US6469491B1 (en) | Apparatus and method for measuring DC load current of a switching power supply | |
US4749941A (en) | Circuit arrangement for a meter for measuring two electrical quantities | |
US3780273A (en) | Analog-to-digital wattmeter multiplier | |
JP2661933B2 (en) | Circuit for measuring the DC component of the current flowing through the primary winding of the output transformer of the inverter | |
WO1982003276A1 (en) | Time division multiplier transducer with selective phase shift | |
RU2042210C1 (en) | Apparatus for monitoring modes of equipment operation | |
JPH0755045B2 (en) | Indirect detection and control circuit of output current of DC-DC converter | |
JPH0379667B2 (en) | ||
US4596951A (en) | Electronic circuit for measuring AC electrical energy | |
US4145652A (en) | Electric power to DC signal converter | |
JPS6117298B2 (en) | ||
SU785770A1 (en) | Current measuring device | |
JP3332117B2 (en) | DC current detector | |
KR860000293B1 (en) | Electronic watthour meter | |
SU1332162A1 (en) | Temperature measuring device | |
SU1265628A1 (en) | Direct and alternating current transmitter | |
RU2024025C1 (en) | Pulse current contactless measurement device | |
SU1610285A1 (en) | Electromagnetic flowmeter | |
SU1541520A1 (en) | Device for measuring direct current | |
SU1161901A1 (en) | Induction meter | |
RU2039357C1 (en) | Electricity meter |