SU1150568A1 - Преобразователь мощности в частоту - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТ В ЧАСТОТУ, состо щий из множительного устройства, к входам которого подключены выходы Ьумматоров, к пер Uzii о- вым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напр жени  VB частоту , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, выход преобразовател  напр жени  в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора непосредственно . 2. Преобразователь по п.1, о т личающийс  тем, что, с целью повышени  точности при широкополосных входных сигналах, сумматоры с выполнены в виде сумматоров разновременного суммировани  управл ющие входы которых подключены к дополнительному генератору. }

Description

Фиг.1

Изобретение относитс  к средствам измерени  и наиболее широкое применение может найти при измерении электрической энергии. Возможно использование устройства и дл  интегри ровани  произведени  любых других величин, преобразованных в электрические сигналы, например, при измерении расхода жидкостей и газов.

Известен преобразователь мощное™ ти в частоту, в котором входные сигналь , пропорциональные току и напр жению контролируемой цепи, подключень X входам множительного устройства напр жение выхода которого преобразуетс  в частрту посредством подключенного к выходу преобразовател  напр жени  в частоту Щ.

Недостатком такого решени   вл етс  низка  точность, так как в нем нормируетс  относительна  погрешность , что предъ вл ет более жесткие требовани  по точности, чем в измерительных преобразователйх мощности, где нормируетс  приведенна  погрешностьо С другой стороны, любые методы коррекции погрешностей привод т к усложнению схемы, снижению ее надежности, требовани  к которой в счетчиках таюке чрезвычайно высоки .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  преобразователь мощности в частоту, содержащий множительное гстройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигнгглы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напр жени  в частоту , выход которого подключен через преобразователь напр жени  в частоту к второму входу второго сумматоpaj а второй вход первого сумматора подключен к источнику опорного напр жени  zj .

Недостатком известного устройства  вл етс  необходимость получени  хорошо сглаженного напр жени  посто кного тока на выходе преобразовател  напр жени  в частоту (ПНЧ), так как иначе при р де частот (значение входного сигнала) пульсации будут пе (ремножатьс  с. вторым входным сигналом , создава  значительную погрешность . Необходимость в качественном сглаживании напр жени  на выходе ЛИЧ усложн ет схему и повышает динамическую погрешность, котора  при частых изменени х уровн  мощности, как на железной дороге при учете потребл емой электровозом энергии, может привести к значительной резултирующей погрешности счетчика.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  за счет снижени  динамической погрешности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе мощности в частоту, содержащем множительное устройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напр жени  в частоту , выход преобразовател  напр жени  в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор , а к второму входу второго сумматора - непосредственно

С целью повышени  точности преобразовани  при широкополосных входных сигналах в качестве устройств

ввода сигналов целесообразно испольI

зовать сумматоры разновременного

суммировани , управл ющие входы котрых подключены к дополнительному генератору

На фиг.1 приведена функциональна  схема преобразовател  мощности в частоту, на фиг.2 - то же, при произвольнь х входных сигналах, на - временные диаграммы, по сн ющие работу .устройства.

Преобразователь мощности в частоту содержит множительное устройство 1, к входам которого подключены выходы сумматоров 2 и 3, к первым входам которых подключены входные сигналы Uj(t) и ), пропорциональные .напр жению и току контроХ1ируемой цепи. Выход множительного устройства 1 через интегратор 4 подключен к преобразователю напр жени  в частоту (ПНЧ) 5. Выход ПНЧ 5 подключен к второму входу сумматора 2 через одновибр.атор 6, а к второму входу сумматора 3 - непосредственно . Одновибратор 6 имеет на выходе пол рность импульсов, соответствующую пол рности напр жени  на выходе ПНЧ 5. На фиг.2 сумматоры 2 и 3 раз новременного суммировани  выполнены в виде переключателей, попеременно подключаемых к входным сигналам U(t) или к выходу ПНЧ 5 и одновибратора 6. К управл ющим входам переключателей 2 и 3 подключен выход генератора 7, который может быть синхронизирован с ПНЧ или с входными сигналами преобразовател  На фиг.З а - приведены входные напр жени  О, и 0, когда они  вл ю с  напр жени ми посто нного тока, б - напр жение на выходе ПНЧ 5i в на выходе одновибратора 6. Рассмотрим работу схемы, когда входные напр жени  (J,(i) и (J2(1  вл ютс  напр жени ми посто нного тока Эти напр жени  U(t)«U, U(t)U2 поданы на первые входы cy в aтopoв 2 и 3, на вторые входы которых под ны напр жени  ui(tj и (i) с выхода ПНЧ 5 и одновибратора 6. Кривые эт напр жений приведены -на фиг.З, где видно, что « (i и/ (t) ортогональ на периоде ,,/{, И ). ПНЧ 5, т.е. 1+Т„i4To . j U, 0-, j l,f(t) (} t t . i+fo I U2titj 3t 0) I Uzpit). t Если функци  преобразовани  множительного устройства z ic, XY, где Z - мгновенное значение выходного сигнала X ,У - мгновенные значени  входных сигналов множительног устройства, то в схеме на фиг.2 выходной сигнал множительного устройства 1 : (bK,)(((t)).в силу наличи  обратной св зи в установившемс  режиме среднее зна чение напр жени  на входе интеграто ра 4 должно быть равно нулю. С учетом соотношений (1), обознача  среднее значение чертой сверху, получим (,(U,-f(t))(U,(in k,(U,Ua-f5{t)odW из фиг.З, разлага  в р д Фурье сигналы /5 (-t) Hoc(t) , получим среднее значение произведени : p((, 8 длительность импульса на где выходе одновибратора 6, ОоЛамплитуды напр жений на выходе ПНЧ 5 и одновирратора 6. и (3) получим, что С учетом частота ПНЧ пропорциональна произведению U И т.е.. мощности контролируемой цепи посто нного тока, и не зависит от коэффициентов преобразовани  умножител  Kj, интегратора 4, ПНЧ 5 и зависит только от стабильности напр жений ио, Up и стабильности временного интервала i одновибратора 6. При наличии в сигналах Ц(t) и переменной составл ющей соотношени  (1) не выполн ютс  при переменной частоте i по крайней мере при р де значений сигнала, что приводит к погрешности учета энергии. В этом случае примен етс  вариант предлагаемого счетчика (фиг.2), где в качестве устройств ввода сигнала используют сумматоры разновременного суммировани  2 и 3. Рассмотрим работу схемы на фиг.2, полага  дл  простоты, что врем  t состо ни  переключателей, когда они подключены к входным сигналам Uy. (-t) и llj(i;), равно времени i , когда переключатели подключены к сигналам (-t) HA(t) и это врем  T кратно периоду сигналов и примерно кратно периоду ПНЧ 5, что возможно при синхронизации генератора 7 от источника входных сигналов. Последнее-предположение введено дл  исключени  рассмотрени  методической погрешности счетчика. При прин тых допущени х 7(il-Z,ltV2;,,U,ti)U2(,p(iKltb Среднее значение Н.) в установившемс  режиме также равно нулю, откуда tiIT, u,WU7UlcJt + (. Следовательно 2UAMo4 2H), (f) а частота колебаний ПНЧ 5 пропорциональна мощности контролируемой цепи т {jU. 2и„иД Из (9) видно, что частота колебаний не зависит от существенных погрешностей элементов схемы: коэффициентов преобразовани  множительного устройства 1, интегратора 4, ПНЧ 5. Преобразователь допускает различ ные режимы по частоте работы переключателей и ПНЧ 5 Например, частоте сигналов 50 Гц, изменении частоты ПНЧ дл  произведени  входных сигналов в диапазоне t-tOO% от 100 Гц до 10 кГц частота переключателей может составл ть 1 или 2 Гц или 50г100 периодов входного сигнала . Но при той же частоте сигналов и частоте ПНЧ 1-100 Гц частота пере ключателей может составл ть 10-20 кГ и не синхронизироватьс  с сигналами элементов счетчика. Таким образом, частота кою утаци  перекшочателей 2 и 3 должна быть дп  исключени  методической погрешности либо значительно выше наивысшей частоты сигнала и ПНЧ 5, либо значительно ниже наименьшей их частоты, т.е. не быть одного пор дка с этими частотами. Это известное соотношение дл  врем импульсных и коммутируемых устройств. В рассмотренных преобразовател х мощности в частоту исключены существенные составл кицие погрешности преобразовани . Не следует считать, что исключены все погрешности. Ограничени  определ ютс  прин той математической моделью (2) множительного устройства. Отмеченный эффект в соответствии с (2) достигаетс  при отсутствии умножительного устройства аддитивной составл ющей погрешности и погрешности нелинейности. Достигнутый эффект инвариантен к характеристике ПНЧ, где допустима существенна  нелинейность. Предложенное решение не исключает погрешностей элементов, например, входных трансформаторов тока и напр жени , шунтов, делителей, наход щихс  вне контуров обратной св зи.

а

(rMi

игЮ Uz

U О

фаг.З

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ В ЧАСТОТУ, состоящий из множительного устройства, к входам которого пс^ключены выходы Ьумматоров, к пер вым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения пв частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора непосредственно.

2. Преобразователь поп.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при широкополосных входных сигналах, сумматоры о выполнены в виде сумматоров раэновременного суммирования управляющие входы которых подключены к дополнительному генератору.

sssoen ^,o'ns » 1150