SU1758573A1 - Устройство дл измерени электрической энергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении высокоточных цифровых счетчиков электроэнергии. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  электрической энергии. Цель достигаетс  введением второго блока 4 выбор тТЬ ки и хранени , цифроаналогового преобразовател , интегратора 10, усилител  11 и соответствующих им св зей. Устройство также содержит измерительные преобразователи тока 1 и напр жени  2, первый блок 3 выборки и хранени , первый и второй мультиплексоры 5, 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, источник 8 опорного напр жени , блок 12 обработки информации . В устройстве АЦП 7 последовательно преобразует ток и активную мощность. При этом величина активной мощности формируетс  в перемножающем ЦАП 9, фильтруетс  интегратором 10 и усиливаетс  усилителем 11. Это обеспечивает преобразование АЦП 7 сигнала активной мощности, не содержащего переменной составл ющей , и использование всей разр дности шкалы АЦП 7. 1 з. п. ф-лы,- 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении высокоточных цифровых счетчиков электроэнергии.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  электрической энергии.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство дл  измерени  электрической энергии (см. фиг. 1) содержит измери- тельный преобразователь 1 тока, измерительный преобразователь 2 напр жени , первый и второй блоки 3 и 4 выборки и хранени , первый и второй мультиплексоры 5 и 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, источник 8 опорного напр жени , цифроаналоговый преобразователь 9, интегратор 10, усилитель 11 и блок 12 обработки информации. Блок 12 обработки информации содержит первый инвертор 13, интегрирующую цепь 14, первый логический элемент 2И-НЕ 15, первый счетчик 16, первый логический элемент 2ИЛИ- НЕ 17, регистр 18, накапливающий сумматор 19, генератор 20, второй счетчик 21, вторые инвертор 22 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23 и третий инвертор 24.

Измерительный преобразователь 1 тока и измерительный преобразователь 2 напр жени  подключены к входам блоков 3 и 4 выборки и хранени  соответственно, первый из которых выходом соединен с вторым и четвертым входами мультиплексора 5, а второй - с первым и третьим входами мультиплексора 6. Выход мультиплексора 5 подключен к входу АЦП 7, вход опорного напр жени  которого соединен с выходом источник 8 опорного напр жени , а информационный выход - с входом ЦАП 9, который выходом через интегратор 10 и усилитель 11 подключен к первому и третьему входам мультиплексора 5. Второй и четвертый входы мультиплексора б соединены с общей шиной, а его выход - с входом опорного напр жени  ЦАП 9. Первый, второй , третий и четвертый выходы блока 12 обработки информации соединены соответственно с управл ющими входами блоков 3 и 4 выборки и хранени , с управл ющими входами мультиплексоров 5 и 6, с управл ющим входом АЦП 7 и с входом записи ЦАП 9. Первый и второй входы блока 12 обработки информации подключены соответственно к выходу Конец преобразовани  АЦП 7 и к его информационному выходу.

Первый вход блока 12 обработки информации подключен к входу интегрирующей цепи 14 и через инвертор 13 - к счетному

входу счетчика 16 и к первому входу логического элемента 2И-НЕ 15. Второй вход последнего соединен с выходом интегрирующей цепи 14, а выход - с первым

входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 17 и с первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23 подключен к первому входу блока 12 обработки информации и через

0 инвертор 24 - к входу записи регистра 18, вход которого подключен к второму входу блока 12 обработки информации, а выход- к входу накапливающего сумматора 19. Выход счетчика 16 соединен с вторым выходом

5 блока 12 обработки информации, через инвертор 22 - с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23 и с вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ 17, выход которого подключен к четвертому выходу блока 12 обра0 ботки информации. Выход генератора 20 соединен с входом записи накапливающего сумматора 19 и со счетным входом счетчика 21, который выходом подключен к третьему выходу блока 12 обработки информации.

5 Дл  управлени  переключением мультиплексоров 5 и 6 используютс  два выходных разр да счетчика 16, младший из которых соединен с первым входом элемента 2ИЛИ- НЕ 17 и с входом инвертора 22.

0 Устройство дл  измерени  электрической энергии работает следующим образом. Синхронизаци  и работа основных блоков устройства происход т под управлением блока 12 обработки информации,

5 который также осуществл ет накопление полученных данных.

Работу устройства удобно рассматривать со второго цикла (номер цикла определ етс  в соответствии с номером

0 подключаемого канала мультиплексоров 5 и 6). В начале второго цикла блок 12 обработки информации выдает на первом выходе управл ющий импульс и в блоках 3 и 4 выборки и хранени  осуществл етс  кратко5 временна  выборка сигналов тока и напр жени , после чего они привод тс  в режим хранени . На втором выходе блока

12обработки информации установлен код единицы, поэтому на вход АЦП 7 поступает

0 сигнал тока, а на вход опорного напр жени  ЦАП 9 - нул . Под управлением импульсов на третьем выходе блока 12, определ емых частотой генератора 20 и счетчика 21, в АЦП 7 происходит аналого-цифровое преобразо5 вание выборки тока. По его окончании на выходе Конец преобразовани  АЦП 7 по вл етс  импульс отрицательной пол рности . Этот импульс, проход  через инвертор

13на счетный вход счетчика 16, вызывает подключение следующего, третьего канала

мультиплексоров 5 и 6. Далее с некоторой задержкой, определ емой параметрами интегрирующей цепи 14, данный импульс через элементы 2И-НЕ 15 и 2ИЛИ-НЕ 17 поступает на вход записи ЦАП 9 и в его внутреннем регистре запоминаетс  полученный ранее в АЦП 7 код тока.

На третьем цикле изменени  аналогова  выборка напр жени  с выхода блока 4 выборки и хранени  поступает на вход опорного напр жени  ЦАП 9 и умножаетс  на заранее запомненный в его внутреннем регистре код тока. В результате этого на выходе ЦАП 9 формируетс  аналогова  выборка мгновенной мощности,  вл юща с  частью кривой мгновенной мощности. Интегратор 10 выдел ет из нее сигнал активной мощности, который усиливаетс  в два раза в усилителе 11 и далее через третий вход мультиплексора 5 поступает на вход АЦП 7. По окончании аналого-цифрового преобразовани  код мгновенной мощности поступает на вход регистра 18 под управлением импульса записи. Импульс записи в регистре Сформируетс  при прохождении выходного сигнала АЦП 7 Конец преобразовани  через инвертор 13, цепь 14, элемент 2И-НЕ 15 и далее через логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23 и инвертор 24. Далее коды активной мощности поступают из регистра 18 в накапливающий сумматор 19, где суммируютс  под управлением импульсов , поступающих на его вход записи с выхода генератора 20,

Следующий, четвертый цикл, как и второй , начинаетс  с запоминани  выборок напр жени  и тока в блоках 3 и 4 выборки и хранени . При этом их управл ющий сигнал Выборка/хранение формируетс  из выходного сигнала младшего разр да счетчика 16, проход щего через инвертор 22 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23, после чего весь процесс повтор етс  снова.

Таким образом, работа предлагаемого устройства на первом и третьем, а также на втором и четвертом циклах измерени  одинакова .

На фиг. 2 а - е показаны временные диаграммы сигналов на выходе Конец преобразовани  АЦП 7, на первом, второй и на четвертом выходах блока 12 обработки информации (БОИ), на выходе мультиплексора (МП) 5 и на выходе мультиплексора (МП) 6 соответственно.

Использование изобретени  позвол ет полностью исключить методическую погрешность прототипа на высших гармониках , так как несмотр  на то, что в предлагаемом устройстве в качестве перемножител  использован цифроаналоговый

0

0

преобразователь, выражение дл  получаемой мощности имеет вид: Рр LUp Imp cos (fr , где р - номер гармоники; Ump - амплитуда напр жени  р-п гармоники; Imp - амплитуда тока р-й гармоники; рр- фазовый сдвиг тока р-й гармоники относительно напр жени  р-гармоники.

Таким образом, как аддитивна , так и мультипликативна  погрешности полностью устранены.

Кроме того, выделение интегратором 10 посто нной составл ющей, пропорциональной активной мощности, а также последующее усиление этого сигнала о доа раза , позвол ет повысить точность аналого-цифрового преобразовани . Так, например, при максимальных входных сигналах АЦП 7 преобразовывает в код посто нный сигнал, равный по амплитуде верхней точке его шкалы. При этом в АЦП 7 достигаетс  максимальна  точность преобразовани . Благодар  устранению из кривой мгновенной мощности паразитной переменной составл ющей АЦП 7 практически не работает в

нижней части своего диапазона, где погрешности преобразовани  существенно возрастают.

Благодар  использованию ЦАП 9 удалось увеличить число выборок мгновенной мощности за период исследуемого сигнала, что также повысило точность измерени  активной мощности,

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  электриче

ской энергии, содержащее измерительный

преобразователь тока, измерительный преобразователь напр жени , первый блок выборки и хранени , два мультиплексора, аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напр жени  и блок обработки информации, причем выход первого мультиплексора соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , первый выход блока обработки информации соединен с

управл ющим входом первого блока выборки и хранени , второй выход блока обработки информации соединен с управл ющими входами первого и второго мультиплексоров , вход управлени  аналого-цифрового

преобразовател  соединен с третьим выходом блока обработки информации, выход Конец преобразовани  и информационный выход аналого-цифрового преобразовател  подключены к первому и второму входам блока обработки информации соответственно , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  электрической энергии, в него введены второй .блок выборки и хранени , цифроаналоговый преобразователь, интегратор и усилитель , причем выходы измерительных преобразователей тока и напр жени  подключены к входам первого и второго блоков выборки и хранени  соответственно, выход первого из которых соединен с вторым и четвертым входами первого мультиплексора , а вход второго - с первым,и третьим входами второго мультиплексора, выход источника опорного напр жени  сое- динен с входом опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател , информационный выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к входу циф- роаналогового преобразовател , вход записи и вход опорного напр жени  которого соединены с четвертым выходом блока обработки информации и с выходом второго мультиплексора соответственно, а выход через интегратор и усилитель - с первым и третьим входами первого мультиплексора, второй и четвертый входы второго мультиплексора подключены к общей шине, а первый выход блока обработки информации соединен с управл ющим входом второго блока выборки и хранени .

2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что блок обработки информации содержит три инвертора, интегрирующую цепь, логический элемент 2И-НЕ, два счет- АЦП7

чика, два логических элемента 2ИЛИ-НЕ, регистр, накапливающий сумматор и генератор , причем первый вход блока обработки информации подключен к входу интегрирующей цепи и через первый инвертор - к счетному входу первого счетчика и к первому входу первого элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи, выход первого логического элемента 2И-НЕ соединен с первым входом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ и с первым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ, который выходом подключен к первому выходу блока обработки информации и через третий инвертор - к входу записи регистра, вход которого подключен к второму входу блока обработки информации, а выход - к входу накапливающего сумматора, выход первого счетчика соединен с вторым выходом блока обработки информации и через второй инвертор - с вторым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ а также с вторым входом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к четвертому выходу блока обработки информации, выход генератора соединен с входом записи накапливающего сумматора и со счетным входом второго счетчика, который выходом подключен к третьему выходу блока обработки информации .