SU739736A1 - Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код - Google Patents

Description

(54) ПРЮБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

. - . 1 . .

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных информационных системах дл  преобразовани  и кодировани  информации.

Преобразование активной мощности в. цифровую форму  вл етс  актуальной: задачей информационно-измерительной техники и необходимо дл  измерени , регистрации , ввода в ЭЦВМ и передачи на рас- ,Q сто ние, а улучшение метрологических характеристик и конструктивных параметров преобразователей данного назначени  дл  определени  наивыгодного режима работы энергетических систем, блоков и ус- js тановок.

Известен преобразователь мощности трехфазного тока в частоту, содержащий три генератора Холла, модул тор, демодул тор , преобразователь напр жение-час- 20 тота типа мультивибратора Роэра и триггер . Преобразование активной мощности трехфазной цепи в частоту осуществл етс  путем преобразовани  мгновенных знав ЦИФРОВОЙ код

чений мощности отдельных фаз в напр жение с помощью генераторов Холла, выходные сигналь/которых поступают на преобразователь напр жение-частота с пр€ дварительным усилением Fll .

Такой преобразователь имеет недостаточную стабильность из-за значительной зависимости параметров элементов Холла от вли ни  ок{эужающей среды и низку ю точность (погрешнрсть преобразовани  не меньше 0,5-1%) вследствие многократного преобразовани  информации о мощности (сначала в аналоговую форму , затем в частоту импульсов).

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи & цифровой код, содерисащий три преобразовател  напр жение-частота четыре аналоговых ключа, источник опорного напр жени , нуль-орган, предназначенный ДЛЯ выделени  периодов измер емого напр жени , триггер, реверсивный счетчик импульсов, устройс гво управлени  направпением преобразовател  счета последнего логические схемы И. Преобразование активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код осуществл етс  следующим образом. Мгновенные значени  на пр жений/ цролоршональных фазным токам преобразуетс  в частоту импульсов с помощью двух преобразователей напр жение частота, Которые управл   аналоговыми ключами, подключенными со своими потенциальными входами к источникам линейных напр жений и опорного напр жеШ , осуществл ют их коммутации ко входу третьего преобразовател  напр жение частота j И тем самым на выходе последнего получаютс  импульсы с частотой, пропорциональной мгновенному значению моШности трехфазной цепи, котора  интегрируетс  в реверсивном счетчике за ем  пропорциональное периоду Г2 . Недостатки устройства заключаютс  в сложности схемы и возможности работы только на фиксированной частоте из- мер емой цепи, что обусловлено необходимостью делени  результата, интегрировани  мгновенного значени  мощности трехфазной цепи на период, Расширеше диапазона по частоте с учетом отклонени  ее от фиксированного .значени  также усложн ет устройство. Цель изобретени  - расщирение частот ного диапазона устройства.. Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь активной мощности тре фазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган, вход которого подключен к шине источника напр жени , измер емой цепи, однопол рныйисточшк эталонного напр жени , две пары аналоговых ключей причем потенциальный вход о дногб клю ча каждой пар ы сое йинен с выходо источника эталонного напр жени , а другого ключа - с выходными шинами соответствующих источников напр жений, триггер и логи ческие элементы И, введены суммирующий интегратор, первые четыре входа которого соединены с выходами двухпар аналоговых ключей, а п тый вход - через дополнительный аналоговый ключ с вь1ходом источника эталонного напр жени  положительной пол рности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напр жени  отрицательной пол рности, а ( ЧЗуГОЙ вход - с выходами источников COO ветствующих фазных токов, две схемы сравнени , кажда  из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом - к выходу генератора пилы, имеющего управл ющий вход, соединенный с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих Триггеров подключены к управл ющим входам соответствующих пар аналоговых ключей, а- один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих схем сравнени , а другой вход - с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним юсодом к выхЬду нуль-органа через умножитель частоть :, и другим входом - к выходу третьего триггера с разделительными входами, соединенными, с выходом элемента И через двоичный счетчик Импульс;Ов и с пусковой щиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс Двоично-дес тичного счетчика с цифровой индикацией и к одному Из входов трехвходового элемента И, другие входы которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и Ьднощ)еменно с уп завл ющим входом дополнительного ключа и с выходом чет-, бертого триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирук щего интегратора через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехвходового элемента И пбдключен к счетному входу. двоично-Дес тичного счетчика. 1 На чертеже представлена структурна  элек рическа  схема преобразовател , активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код. Преобразобатель активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код содержит двухканальный источник эталонного напр жени  1, суммирую щий интегратор 2 с набором аналоговых ключей 3-7 на входах, пороговый элемент 8, триггеры 9, 10 и 11, схемы сравнени  12 и 13, генератор пилы 14, логический элемент 15 И-НЁ, и два пассивных сумматораЛб. и 17, Нуль-сч ган 18, умножитель 19 частоты, логический элемент 20 И, двоичный Счетчик 21 и триггер 22. Генератор -23 стабильной частоты , логический элемент 24 И н двоично-дес тичный счетчик 25 с цифровой ийдикацией , пусковую шину 26, шины 28 и 29 источников напр жений измер емой работы цепи, шины 30 и 31 источников соответствующих фазных токов. Преобразователь работает следующим образом. При поступлении сигнала пуск от оператора, либр от генератора 32 импульсов (показанного пунктиром) на.соответствующие входы логических элементов 20 и 24 И поступает разрешаютщий сигнал от ттриггера 22 и показани  счетчика 25 сбрасываютс . Первый же импульс от умножител  19 частоты перебрасывает через элемент 20 И триггеры 10 и 11, и тем самым аналог6вй5 ключи 3-7 замыкаютс , а.также через элемент 15 И-НЕ запускаетс  генератор пилы 14. На первый и п тый входы интегратора 2 поступают соответствующие напр  жени идс - ) и UBC ПР° °Р ° линейным напр жени м трехфазной цепи, а на второй и четвертый входы - стабильное напр жение. UQ отрицательной пол рности. BbixbliHoe напр жение ) интегратора достигает значени  UT.5r-.). где(У - интервал времени, соответ-; ствующий большему из V tiK- .. ). 4- -Jil - моменты изктерени  мгновен К Ь ных значений напр жений ) и ); М - количество внутрипериодных измерений, Т - период измер емых сигналов. Интерваль времени Т и Т определ ютс  промежутками ,времени i между моментами запуска генератора пилы 14 и срабатываний соответствующих схем сравнени  12 и 13, т.е. : 2 Ь О-ио Vibb V ol , C2d) л гдеЬ. (t) и и Ct)- напр жени , нропорциональные токам фаз А и В, соответственно Ki - коэффициент линейного напр жени . К концу интервалов времениТ ц и Т соответствуюшие пары ключей ( 3 и 4, 6 и 7) размыкаютс  и прекращаетс  поступление , напр жений Ц (-t) и U2C-fc)Ha интегратор 2. ,73 либо. . .6 к концу .ишгервала времени Т, у. ыхоцной сигнал логического элемента 15 И-НЕ перебрасывает триггер 9 и возвращает генератор йнлы 14 в исходное состо ние. Выходной импульс триггера 9 замыкает ключ на третий вход интегратора 2 поступает посто нное напр жение U положительной пол рности. При этом выходное напр жение интегратора 2 измен етСИ в обратном направлении по закону. :e() (3) в момент перехода выходного напр же и  интегратора 2 через нуль пороговый элемент 8 сбрасывает и перебрасывает триггер 9 в исходное состо ние и тем самым ключ 5 размыкаетс  и прекращаетс  поступление импульсов от генератора 23 в счетчик 25. При поступлении очередного импульса рт умнол ител  19 частоты происходит аналогичный процесс преобразовани  мгновенного значени  мощности измер емой контролируемой цепи в интервал времени. Интервал времени лТ,, , соответствующий длительности выходного сигнала с с триггера 9 при К -ом шаге кншнтовани ,, определ ют из уравнеш  (3) с учетом 6 (t)-О, т.е. , ткуда с учетом выражени  (1) Так,1 u2(4 dtjC4) с учетом длительности шага квантоваи  и выражений 2а и 26 из (4) полу (. 4W-UolhB 4 4l) (5) Выходной сигнал триггера 9 длительости ДТ| заполн етс  импульсами с астотой Q от генератора 23 и в счетик 25 записываетс  число оп К (Ь) Таким образом, за врем  интегрироани  - Н-Т в счетчике 25 накапиваетс  следующее количество импуль -SN К.., iJ V- Г Vjг 2. . 7 - . - посто нное число, где ° 7 л -л ПМ 2VWSl .(,,(t..i -число протор ° циональное активной мощ нести трехфазной цепи. Исключение MQ из результатов не прё ставл ет трудности и может быть Достиг нуто путем подключени  между элементом 24 И счетчика 25 двоичноого счетчика с объемом NO , переполнение котор го дает разрешающий сигнал к накопле.нию остальных импульсов в счетчике 25, Как видно из математического выражени  Np, предлагаемое устройство позвол ет осуществить также преобразование активной мощности однофазной цепи без каких-либо изменений в структуре. В этом случае напр жени  иф(Ь) HU..(-fc) пропорциональные соответственно фазным напр жению и току, подаютс  на вход ключа 3 или 7 и на вход пассивных сумматоров 16 или 17. Тогда получаетс  код . , --. .,-..- J .. 1 , , -. , , 2ГТГ (8 Уос к.-1 Количество внутрипериодных измерений М выбираетс  из услови  обеспечени  , нулевой методической погрещности (где Vn - пор док наивысшей четной гармоники , выражаемой в степени с осношнием 2.). ,..-.„,-...,™.,.„„..„,,««..«. Предлагаемый преобразователь оди наково успешно работает и в режиме измерени  мощности цепи посто нного тока с обеспечением однократного и много ...л.,„,,,,,, кратного режимов измерени . В последнем случае в качестве нуль-органа 18 используетс  генератор тактовых импульсов с требуемой частотой. Предлагаемый преобразователь реализуетс  на хорошо разработанных элементах и узлах аналого-цифровой техники с применением интегральных мщсросхем. По предлагаемой структуре изготовлен образец на. интегральных /Микросхемах серий К284, К168, К153, и К155, имеющий основную погрешность не более 0,3% при изменении входных напр жений 0,01-5В, частоты измер емой цепи от долей Гц до 100 Гц и при нал чин у кривых напр жений и токов до 15-й гармоники включительно. При исгюльзо вании входных измерительных тр ан :ф6рматоров этот рабочий диапазон устройст36ва  вл етс  достаточным дл  измерени  мощности от единиц Вт до дес тков кВт Таким образом, в данном устройстве получено новбе решение задачи создани  преобразовател  активной мощности трехфазной электрической иепи в цифровой йод с относительно простой схемой и улучшенными метрологическими характеристиками , заключающеес  в построе-тНИИ его по схеме многоканального интегрирующего функционального аналого-цифрового преобразовател  с промежуточным преобразОван|1ем мгновенного зна 1ени  измер емоймощности в интервал времени . путем равномерной дискретизации процесса преобразовани  с шагом, пропорциональнь1м периоду входного напр жени  и обеспечени  времени- интегрировани ,входных напр жений, пропорциональных линейным напр жени м, в пр мой зависимости от соответствующих фазных токов и с последующим цифровьйу интегриров анием результатов за врем , кратное периоду напр жени  в контролируемой цепи. форм у л а изобретени  ПреобразЬватель активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-брган; вход которого поШспючён источника напр жени  измер емой цепи, однопол рный источник эталонного напр жени , две пары аналоговых ключей, причем потенциальный вход одного ключа каждой пары соединен с выходом источника эталонного напр жени  отрицательной пол рности, а другого ключа - с выходнь1ми шинами соответст- , вующих источников напр жений, тригГер илогические элементы И, о т л и чающийс  тем, что, с целью расширени  частотного диапазона, в него введены сум мир уюший интегратор, первые чеTbtpe входа которого соединены с выходами двух пар аналоговых ключей, а п тый входчерез дополнительный аналоговый ключ с выходом источника« еталонного напр жени  положительной пол рности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напр жени  отрицательной пол рности , а другой,вход - с выходами источников соответствующих фазных токов, две схемы сравнени , кажда  из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом -- к выходу генератора пилы, управл ющий вход которого соедйнен с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управл ю11шм вхоцам соответствующих пар аналоговых ключей , а один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих ,схем сравнени , а другой вход - с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом - к выходу третьего триггера с раздельными входами, соединенными с выходом элемента И через двоичный счетчик импульсов и с пусковой шиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс двоично-дес тичного счетчика с цифровой индикацией к одному из входов трехвходового элемента И, другие входы которого сЬединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и одновременно с управл ющим входом дополнительного аналогового ключа и с выходом 4eTBepToio триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирующего интегратора через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехкодового элемента И подключен к счетному входу двоично-дес тичного счетчика,

/

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1 ,Euge г NW, Ttoth. L АЛе951ес 1 Hi k 1968, Jsfc 8.

2, Авторское свидетельство СССР № 347906, 1972.

Claims (1)

1. Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган; вход которого подключён к шине источника напряжения измеряемой цепи, однополярный источник эталонного напряжения, две пары аналоговых ключей, причем потенциальный вход одного ключа каждой пары соединен с выводом источника эталонного напряжения отрицательной/, полярности, а другого ключа - с выходными шинами соответст- , вующих источников напряжений, триггер и логические элементы И, о т пинающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены суммирующий интегратор, первые четыре входа которого соединены с выходами двух пар аналоговых ключей, а пятый входчерез дополнительный аналоговый ключ с выходом источника*»еталонного напряжения положительной полярности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а другой .вход - с выходами источников соответствующих фазных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом - к выходу генератора пилы, управляющий вход которого соеди739736 нсн с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управляющим входам соответствующих пар аналоговых ключей, а один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих схем сравнения, а другой вход - с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом - к выходу третьего триггера с раздельными входами, соединенными с выходом элемента И через двоичный счетчик импульсов и с пусковой шиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией к одному из входов трехвходового элемента И, дру гие входы которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и одновременно с управляющим входом дополнительного аналогового ключа ₅ и с выходом четвертого триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с в'ы ходом суммирующего интегратора· через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехкодового элементе та И подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика.