RU214462U1 - Измеритель коэффициента мощности - Google Patents
Измеритель коэффициента мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU214462U1 RU214462U1 RU2022120262U RU2022120262U RU214462U1 RU 214462 U1 RU214462 U1 RU 214462U1 RU 2022120262 U RU2022120262 U RU 2022120262U RU 2022120262 U RU2022120262 U RU 2022120262U RU 214462 U1 RU214462 U1 RU 214462U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- phase shifter
- voltage
- controlled
- Prior art date
Links
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims abstract description 16
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 241001646071 Prioneris Species 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения коэффициента электрической мощности в широком диапазоне частот, для управления и контроля потоками реактивной энергии. Измеритель содержит амплитудный детектор, блок деления, управляемый фазовращатель, квадратурный фазовращатель, компаратор, счетный триггер, сумматор, источник задающего сигнала, усилитель-ограничитель, преобразователь частота-напряжение, перемножитель, интегрирующее звено, управляемый усилитель и отсчетное устройство, причем вход сигнала, пропорционального напряжению исследуемой цепи, соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, выход которого подключен к отсчетному устройству, вход сигнала, пропорционального току исследуемой цепи, через квадратурный фазовращатель, соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом счетного триггера, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя и с первым входом сумматора, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, выход перемножителя через интегрирующее звено соединен с входом управляемого усилителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, а второй вход сумматора соединен с выходом источника задающего сигнала. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия и точности измерителя. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения коэффициента электрической мощности в широком диапазоне частот, для управления и контроля потоками реактивной энергии.
Известен преобразователь коэффициента мощности в напряжение [Патент Швейцарии №557033, МПК G01R 21/06, 1974 г.], содержащий два перемножителя, три фильтра низких частот, два квадратора, блок извлечения квадратного корня и делитель. Сигналы, пропорциональные току и напряжению контролируемой цепи, поступают с входных шин на входы соответствующих квадраторов и на входы первого перемножителя, к выходу которого подключен вход первого фильтра низких частот, выход которого соединен с первым входом делителя, выходы квадраторов подключены соответственно к входам второго и третьего фильтра низких частот, выходы которых подключены к входам второго перемножителя, выход которого соединен с входом блока извлечения корня, выход блока извлечения корня соединен со вторым входом делителя, выход которого является выходом устройства.
Недостатком известного преобразователя является его сложность и низкая надежность вследствие наличия в его составе большого количества сложных вычислительных блоков. Кроме того, известный преобразователь обладает низким быстродействием из-за наличия в нем нескольких фильтров низких частот.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измеритель коэффициента мощности [Авторское свидетельство СССР №708250, МПК G01R 21/06, G01R 25/02, опубл. 5.01.1980 г.], содержащий два управляемых делителя, два интегрирующих звена, два элемента сравнения, квадратурный фазосдвигающий элемент, сумматор и отсчетное устройство, причем выходы элементов сравнения через интегрирующие звенья присоединены к управляющим входам управляемых делителей, а отсчетное устройство индицирует состояние одного из управляемых делителей, первые входы элементов сравнения соединены с входами устройства, вторые входы элементов сравнения соединены с выходом сумматора, входы которого подключены к выходам управляемых делителей, причем вход одного управляемого делителя соединен с входом непосредственно, а вход другого управляемого делителя - через квадратурный фазосдвигающий элемент.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного измерителя является наличие интегрирующих звеньев (интеграторов), используемых в качестве регуляторов, обеспечивающих работу управляемых делителей, включенных в цепи информационного сигнала. Постоянная времени интеграторов выбирается исходя из обеспечения требуемого качества переходного процесса. В результате этого регулируемая величина достигает требуемого значения через некоторое время, называемое временем установления, и во всем рабочем диапазоне частот измеритель имеет низкое быстродействие, определяемое временем переходного процесса. Кроме того, наличие переходного процесса снижает точность измерителя в переходных режимах.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия и точности измерителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измеритель коэффициента мощности, содержащий квадратурный фазовращатель, интегрирующее звено, сумматор и отсчетное устройство, дополнительно введены амплитудный детектор, блок деления, управляемый фазовращатель, компаратор, счетный триггер, источник задающего сигнала, усилитель-ограничитель, преобразователь частота-напряжение, перемножитель и управляемый усилитель, причем вход сигнала, пропорционального напряжению исследуемой цепи, соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, выход которого подключен к отсчетному устройству, вход сигнала, пропорционального току исследуемой цепи, через квадратурный фазовращатель, соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом счетного триггера, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя и с первым входом сумматора, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, выход перемножителя через интегрирующее звено соединен с входом управляемого усилителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, а второй вход сумматора соединен с выходом источника задающего сигнала.
Существенными отличиями предлагаемого измерителя являются введение амплитудного детектора, блока деления, управляемого фазовращателя, компаратора, счетного триггера, источника задающего сигнала, усилителя-ограничителя, преобразователя частота-напряжение, перемножителя, управляемого усилителя, а также организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия и точности измерителя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя коэффициента мощности, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений uи, ui, u1 - u4, u7, u10, u11 и uвых.
Измеритель (фиг. 1) содержит амплитудный детектор 1, блок деления 2, управляемый фазовращатель 3, квадратурный фазовращатель 4, компаратор 5, счетный триггер 6, сумматор 7, источник задающего сигнала 8, усилитель-ограничитель 9, преобразователь частота-напряжение 10, перемножитель 11, интегрирующее звено (интегратор) 12, управляемый усилитель 13 и отсчетное устройство 14.
Измеритель работает следующим образом.
Сигнал uи=Umusinωt, пропорциональный напряжению исследуемой цепи,
подается на вход амплитудного детектора 1 и на первый вход блока деления 2, на второй вход которого подается амплитуда напряжения Umu, выделяемое амплитудным детектором 1. В результате на выходе блока деления формируется напряжение u1 с единичной амплитудой u1=sinωt.
Одновременно сигнал ui=Umisin(ωt-ψ), пропорциональный току исследуемой цепи, подается на вход квадратурного фазовращателя 4, и на его выходе формируется напряжение u2, сдвинутое по фазе на 90° относительно uи в сторону опережения (фиг. 2):
где ω=2πƒ - круговая частота напряжения сети;
ψ - угол сдвига фаз между напряжением и током исследуемой цепи (фиг. 2).
Напряжение u2 подается на вход компаратора 5, который преобразует это напряжение в напряжение u3 прямоугольной формы (фиг. 2), которое подается на входы преобразователя частота-напряжение 10 и счетного триггера 6.
Счетный триггер 6 делит частоту его входного напряжения u3 на два, и на его выходе формируется напряжение u4 прямоугольной формы с частотой ƒ/2 (фиг. 2).
В сумматоре 7 напряжение u4 суммируется с отрицательным напряжением u5 от источника задающего сигнала 8, величина которого выбирается около половины амплитуды u4. В результате на выходе сумматора 7 формируется переменное напряжение uв прямоугольной формы с частотой ƒ/2 и амплитудой близкой к 2,5 В, которое поступает на вход усилителя-ограничителя 9. Усилитель-ограничитель 9 формирует на своем выходе переменное напряжение u7 прямоугольной формы с фиксированным значением амплитуды, равным +10 В (фиг. 2). Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 11, на второй вход которого поступает напряжение с выхода преобразователя частота-напряжение 10, пропорциональное частоте ƒ исследуемого сигнала измерителя. При этом коэффициент передачи Kп1=U8/ƒ преобразователя частота-напряжение 10 выбирается таким образом, чтобы при максимальной рабочей частоте ƒmax измерителя, максимальное напряжение на втором входе перемножителя 11 не превышал 10 В, т.е. Kп1=10/ƒmax.
В результате перемножения напряжений u7 и u8 в перемножителе 11, на его выходе и на входе интегратора 12 формируется прямоугольное напряжение, амплитуда которого U9m пропорциональна текущей частоте ƒ входного сигнала измерителя:
где Kп1=10/ƒmax - коэффициент передачи преобразователя частота-напряжение 10;
Kп2=0,1 - коэффициент передачи перемножителя 11;
U7m=10 В - амплитуда выходного напряжения усилителя-ограничителя 9.
Интегратор 12 преобразует его входное напряжение u9 прямоугольной формы в переменное напряжение треугольной формы, амплитуда которого определяется выражением:
где T=1/ƒ - период входного сигнала измерителя.
Так как амплитуда входного напряжения u9 интегратора 12 пропорциональна частоте ƒ, то его выходное напряжение u10 треугольной формы имеет стабильную амплитуду U10m=5 В и не зависит от частоты ƒ входного сигнала измерителя.
Отсюда следует, что для выбора параметров времязадающих элементов R и С схемы интегратора 12 необходимо выдержать следующее соотношение:
Выходное напряжение u10 интегратора 12 треугольной формы с частотой ƒ/2 подается на вход управляемого усилителя 13, на управляющий вход которого подается напряжение u4 прямоугольной формы с выхода счетного триггера 6. Это напряжение приводит к переключению полярности выходного напряжения u10 управляемого усилителя 13. Причем наличие напряжения u4 на выходе счетного триггера 6 приводит к изменению полярности выходного напряжения u10 интегратора 12 на противоположную, а его отсутствие - не изменяет полярность напряжения u10. Коэффициент передачи управляемого усилителя 13 выбран, равным единице, поэтому в один полупериод выходного напряжения u4 счетного триггера 6 он работает как инвертор, а в другой - как повторитель (фиг. 2).
В результате на выходе управляемого усилителя 13 формируется переменное пилообразное напряжение амплитудой равной U11m=5 В и частотой ƒ. Это напряжение u11 подается на управляющий вход управляемого фазовращателя 3 (фиг. 2).
В устройстве применен управляемый фазовращатель 3, который позволяет линейно изменять фазу ψ входного сигнала от -180° до +180° при изменении величины управляющего напряжения от -5 В до +5 В (фиг. 2). Это пилообразное управляющее напряжение u11, воздействуя на управляемый фазовращатель 3, изменяет фазу ψ его входного сигнала от -180° до +180° с частотой ƒ напряжения uи (фиг. 2).
Учитывая то, что напряжение uи исследуемой цепи отстает от выходного напряжения u10 интегратора 12 на угол (90° - ϕ), на выходе управляемого фазовращателя 3 и на выходе измерителя, формируется выходное напряжение uвых:
В результате на выходе измерителя формируется постоянное напряжение uвых, пропорциональное коэффициенту мощности cosϕ исследуемой цепи. Напряжение uвых подается на вход отсчетного устройства 14, проградуированного в значениях коэффициента мощности исследуемой цепи.
Таким образом, применение в измерителе амплитудного детектора 1, блока деления 2, управляемого фазовращателя 3, компаратора 5, счетного триггера 6, источника задающего сигнала 8, усилителя-ограничителя 9, преобразователя частота-напряжение 10, перемножителя 11 и управляемого усилителя позволяет добиться требуемого технического результата - повышение быстродействия и точности измерителя.
При практической реализации предлагаемого измерителя амплитудный детектор 1 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Блок деления 2 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ), включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Управляемый фазовращатель 3 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №206198 РФ, G01R19/22. Управляемый фазовращатель, опубл. 30.08.2021 г.). Квадратурный фазовращатель 4 можно выполнить по схеме (Патент РФ №127554, Н03В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов, опубл. 27.04.2013 г.). Компаратор 5 можно выполнить на микросхеме К554СА3. В качестве счетного триггера 6 можно использовать микросхему К561ТВ1. Сумматор 7 представляет собой неинвертирующий сумматор на ОУ. Источник постоянного напряжения 8 представляет собой обычный источник стабильного напряжения. Усилитель-ограничитель 9 может быть выполнен по схеме (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. -М.: БИНОМ, 1994, стр. 267, рис. 11.10). В качестве преобразователя частота-напряжение 10 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1. Перемножитель 11 можно выполнить на микросхеме КР525ПС3. Интегратор 12 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. Управляемый усилитель 13 можно выполнить по схеме управляемого усилителя (Патент на ПМ №168550 РФ, МПК G01R 25/00, опубл. 8.02.2017 г.).
Claims (1)
- Измеритель коэффициента мощности, содержащий квадратурный фазовращатель, интегрирующее звено, сумматор и отсчетное устройство, отличающийся тем, что в него дополнительно введены амплитудный детектор, блок деления, управляемый фазовращатель, компаратор, счетный триггер, источник задающего сигнала, усилитель-ограничитель, преобразователь частота-напряжение, перемножитель и управляемый усилитель, причем вход сигнала, пропорционального напряжению исследуемой цепи, соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, выход которого подключен к отсчетному устройству, вход сигнала, пропорционального току исследуемой цепи, через квадратурный фазовращатель, соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом счетного триггера, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя и с первым входом сумматора, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, выход перемножителя через интегрирующее звено соединен с входом управляемого усилителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, а второй вход сумматора соединен с выходом источника задающего сигнала.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU214462U1 true RU214462U1 (ru) | 2022-10-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU708250A1 (ru) * | 1977-10-03 | 1980-01-05 | Предприятие П/Я М-5651 | Измеритель коэффициента мощности и синуса угла сдвига фаз |
US4609983A (en) * | 1984-05-04 | 1986-09-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for determining active and/or reactive current and/or the power thereof in an inverter with a given input d-c voltage, especially in a pulsed inverter |
SU1721529A1 (ru) * | 1990-01-30 | 1992-03-23 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Способ измерени электрической мощности и устройство дл его осуществлени |
RU2673335C2 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Устройство аналогового датчика реактивной составляющей переменного тока |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU708250A1 (ru) * | 1977-10-03 | 1980-01-05 | Предприятие П/Я М-5651 | Измеритель коэффициента мощности и синуса угла сдвига фаз |
US4609983A (en) * | 1984-05-04 | 1986-09-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for determining active and/or reactive current and/or the power thereof in an inverter with a given input d-c voltage, especially in a pulsed inverter |
SU1721529A1 (ru) * | 1990-01-30 | 1992-03-23 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Способ измерени электрической мощности и устройство дл его осуществлени |
RU2673335C2 (ru) * | 2017-02-20 | 2018-11-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Устройство аналогового датчика реактивной составляющей переменного тока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU214462U1 (ru) | Измеритель коэффициента мощности | |
Kolanko | Accurate measurement of power, energy, and true RMS voltage using synchronous counting | |
RU168700U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
RU213443U1 (ru) | Измеритель коэффициента мощности | |
RU168431U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
RU215007U1 (ru) | Преобразователь активной мощности в напряжение постоянного тока | |
RU196044U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
RU211214U1 (ru) | Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU2520409C2 (ru) | Преобразователь периодического сигнала в частоту и период | |
RU187664U1 (ru) | Измеритель частоты гармонического сигнала | |
RU143538U1 (ru) | Устройство аналогового датчика коэффициента мощности | |
RU213442U1 (ru) | Преобразователь коэффициента мощности в напряжение | |
RU168701U1 (ru) | Измеритель частоты гармонического сигнала | |
RU2644612C1 (ru) | Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU212274U1 (ru) | Фазочувствительный измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU211821U1 (ru) | Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU214610U1 (ru) | Преобразователь активной мощности в напряжение постоянного тока | |
RU206669U1 (ru) | Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения | |
RU206074U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
RU206323U1 (ru) | Делитель частоты гармонического сигнала | |
RU222700U1 (ru) | Измеритель частоты гармонического сигнала | |
RU163765U1 (ru) | Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
RU2349922C1 (ru) | Способ измерения угла диэлектрических потерь | |
RU196115U1 (ru) | Измеритель частоты гармонического сигнала | |
RU196223U1 (ru) | Измеритель частоты гармонического сигнала |