SU495614A1 - Способ измерени электрической мощности - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано при создании цифровых ваттметров переменного тока.

Известны способы измерени  электрической мощности в цеп х синусоидального тока путем измерени  мгновенных значений мощности в п точках периода.

Недостатком известных способов  вл етс  невозможность одновременного измерени  активной и реактивной мощности.

Цель изобретени  - одновременное измерение активной и реактивной мощности. Это достигаетс  тем, что значени  мгновенной мощности, измеренные в п точках периода, умножают на соответствующие значени  ортогональных функций двойного угла в этих точках и полученные произведени  суммируют с учетом знака.

Сущность способа заключаетс  в следующем .

Пусть кривые тока и напр жени  в общем случае имеют вид:

f/(0 , + E,(/),(1)

г(0 48ш(ш + о) + ДО.(2)

где ф - угол сдвига фаз между напр жением и током;

1 (0.2(О-высокочастотные помехи в кривой тока и напр жени , нескоррелированы друг с другом.

Мгновенна  мощность, поступающа  в цепь,

равна

р (f) Ю cos Vf-IU cos (2(0/ + р- + 1 (f) i (О + J(f)U(f} + ,(t}l,(t).(3)

Величина N равна

(,)sin(2a)/f + p),(4)

i-l

, . 2 

где ti Iмомент времени измерени ;

Пш

п - количество измерений на период; (- номер измерени  (, 2.

...,«);

3 - произвольный угол, величина которого будет определена позднее.

Подставл   выражение (3) в выражение (4), получают

V. - Ш, sin (р - ср) с, (ti) i (t) X

X Sin ( + 3) + 2 E, (ti) и (fi) sin ( + 8) +

; i

(5)

+ VE,(/,);,()sm(24 + P).

i -Л

30 Как видно из выражени  (5), последние три члена (дл  случа  высокочастотной помехи.

т. е. если гранична  частоте спектра помехи выше частоты сигнала со), малы. Малость зтих членов обеспечиваетс  коррел ционной фи,тьтрацией помехи, реализуемой соотношением (5). Таким образом, получают отфильтрованный

сигнал:

/V

(P.-o,)Принима  в этом выражении 8 -, имеют

Л/, г. -1/с;„СОЗср .Р,(6) где Р - активна  монхность. Дл  этого случа  выражение (4) приобретает N V Я(i.)cos2i; г i В случае i3 0 получают N, ::---- -- IU sin Cf. г ; А . Q, где Q - реактивна  мошность. Зна  активную и реактивну)о мощности, несложно определить полную MOHI,HOCTI 5 (8) и коэффициент мощности cos ср :.: - .(9) Подставл   выражени  (6) и (7) в формулу (8), получают S - |/Р + 0 Таким образом, нредлагаемый способ позвол ет получить активную и реактивную мощности при наличии высокочастотной помехи в кривых тока н напр жени . Дл  этого значени  мгновенной мощности p(ti)- измерен . . 7 ные в моменты времени /i i-, неооходимо умножить на значени  ортогональных функций cos2mti и sin2co(i в этих же точках ti и полученные значени  произведений нросуммировать с учетом знаков согласно выражению (4). Поскольку ортогональные функции измен ютс  с двойной частотой, то за один период исследуемого тока значени  ортогональных функций повтор ютс  дважды, т. е. в течение каждого нолупериода исследуемого тока. Данный снособ позвол ет определ ть также активную и реактивную мощности первой гармоники при наличии посто нных составл ющих в кривых тока п напр жени . В этом случае в кривой p{t присутствуют добавочные члены: /oL/o + ,„ sin ш1 + 0о/,„ sin (ш( + с) + + + o .(0-(10)

Однако при умножен ш на синусоиду двойной частоты в соответствии с формулой (4) и дальнейшем суммировании но п точкам отсчета эти члены обращаютс  в нуль в силу услоВ1П ортогональности. Поэтому посто нные составл ющие , нрисутствующие в кривых тока н напр жени , не вли ют на результат измерени  мощности переменной составл ющей. Это обсто тельство целесообразно использовать при реализации дапного способа дл  построени  преобразователей аналог-код и схемы управлени . Это означает, что могут быть использованы преобразователи аналог-код со смещением нулевого уровн  входного напр жени  дл  обеснечени  его однозначности. Кроме того, упрощаетс  схема управлени  режимами интегрирующих счетчиков активной п реактивной мощности, поскольку в этом случае режим их работы (суммирование или вычитаиие) определ етс  только знаком соответствующей ортогональной функции. На чертеже приведена упрощенна  схема устройства, реаиЧизугоптего данный способ. Основными элементами устройства  вл ютс  преобразователь 1 напр жение-врем , преобразователь 2 ток-частота, ключ 3, задатчики 4, 5 значений ортогональных функций в цифровом коде, множительные устройства 6, 7, интегрирующие счетчики 8, 9 и блок унравлени  10. В исходном состо нии напр жение U(t) и ток i(t} подаютс  на входные зажимы устройства . Преобразователь 1 служит дл  преобразовани  напр жени  во временной интервал, нроиорциональный мгновенному значению и (t) в точке измерени  -., K,U(f,}.(И) Преобразователь 2 нреобразует ток i(t) в пройорциональную ему частоту f(t,),i(tt).(12,) В выражени х (11) и (12) через Ki и Kz обозначены коэффициенты преобразовани  соответствующих преобразователей. Если временной интервал т; занолн ть импульсами частоты f(ti), открыва  на врем  т; ключ 3, то количество импульсов на выходе ключа пропорционально мгновенной мощности p(ii) в точках измерени  fi. Затем импульсы, нропорциональные p(fi), поступают на множительные устройства 6 и 7, где выполн етс  онераци  умножени  p(ti) на cos2cut; и sin2Mt(, т. е. .V, г..: K,K,i (t и (li) COS ,(13) .V, K,K,i (ii и ti sin (14) В интегрирующих счетчиках 8, 9 результаты вычислений суммируютс  по всем п измерени м согласно выражению (4). Блок управлени  10 служит дл  задани  моментов измерени  мгновенных значений мощности и синхронизации работы всех устройстз прибора.

Задатчики 4, 5 служат дл  задани  значений cos2(iti и sin2co ; в моменты времени /, измерений мгновенных значений мощности, а также управлени  режимами интегрирующих, счетчиков 8 и 9.

Работа устройства начинаетс  в момент времени 0- Блок управлени  10 формирует сигналы , запускающие преобразователь 1 в момен2  . .. 1

ты i. Преобразователь 1, в свою очередь,

формирует временные интервалы Тг в точках

„ 2г. . измерении - i и открывает на это врем 

электронный ключ 3, через который импульсы от преобразовател  2 проход т на входы множительных устройств 6, 7, где происходит перемножение числа импульсов, пропорционального мгновенному значению мощности в каждой точке, на значени  ортогональных функций cos2coii и sin2(i)ii в этих же точках, заданных в цифровом коде.

Число импульсов, пропорциональное произведению p(ti)cos(i)fi и p(ti)smci)ti в каждой

точке, с выхода множительных устройств поступает пп и тегрирующт1е счетчики 8 и 9. Режимы работы этих счетчиков на суммироваj;H ie или вычитание задаютс  задатчиками 4 и 5 значений ортогональных функций и измен ютс  в моменты изменени  знаков ортогональных функций.

По окончании процесса измерений показани  счетчиков 8 и 9 пропорциональны соответственно измер емым активной и реактивной мощности согласно выражени м (6) и (7).

Предмет изобретени 

Способ измерени  электрической мощности путем измерени  мгновенных значений мощности в п точках периода, отличающийс  тем, что, с целью одновременного измерени  активной и реактивной мощности, значени  мгновенной мощности, измеренные в п точках периода, умножают на соответствующие значени  ортогональных функций двойного угла в этих точках и полученные произведени  суммируют с учетом знака.