SU741175A1

SU741175A1 - Active power and energy measuring device

Info

Publication number: SU741175A1
Application number: SU762391145A
Authority: SU
Inventors: Федор Андреевич Зыкин; Игорь Орестович Карпов
Original assignee: Ульяновский политехнический институт
Priority date: 1976-08-01
Filing date: 1976-08-01
Publication date: 1980-06-15

Description

Изобретение относитс к электрическим измерени м, в частности к измерению мощности и энергии переменного тока.The invention relates to electrical measurements, in particular to the measurement of power and AC power.

Известны ваттметровые преобразователи реактивной мощности, основанные на использовании измерительных преобразователей активной мощности, со сдвигом по фазе на 90 напр жени или-тока с помощью фазосдвигающих схем 1.Watt-meter reactive power converters are known based on the use of measuring transducers of active power, with a phase shift of 90 volt or-current using phase-shifting circuits 1.

Однако такие измерительные преобразователи при несинусоидальных режимах измер ют реактивную мощность с погрешност ми, -так как дл всех гармоник не обеспеч; 1ваетс сдвиг пр фазе на 90.However, such measuring transducers measure reactive power with errors in non-sinusoidal modes, since they do not provide for all harmonics; 1 is the phase shift by 90.

Наиболее близким по технической сущности вл етс устройство дл измерени активных мощности и энергии, содержащее два источника переменного нап{ жени , трансформатор тока, два источника посто нных опорных напр жений различной пол рности и логический блок 2.The closest in technical essence is a device for measuring active power and energy, containing two sources of alternating voltage, a current transformer, two sources of constant reference voltage of different polarity, and a logic unit 2.

Недостатком такого устройства вл етс больша погрешность при изменении температуры окружающей среды, а также при старении элементов схемы.The disadvantage of such a device is a large error with a change in ambient temperature, as well as with the aging of circuit elements.

Кроме того, в устройстве такого типа имеет место ошибка дискретности . Это особенно ощутимо при малых значени х тока, когда интервалы времени преобразовател тока будут малы. Поэтом при малых токах точность устройства уменьшаетс .In addition, in the device of this type there is a discrete error. This is especially noticeable at small values of the current, when the time intervals of the current converter will be short. Therefore, at low currents, the accuracy of the device is reduced.

Цель изобретени - повьшение точности измерени при изменении темпе10 ратуры, стабильности во времени, а также исключени дискретных погрешностей .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy with a change in temperature, stability over time, and the elimination of discrete errors.

Указанна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени ак15 тивных мощности и энергии, содержащее два источника измер емого напр жени , трансформатор тока/ два источника посто нных опорных напр жений различной пол рности и логический This goal is achieved by the fact that in a device for measuring active power and energy, containing two sources of measured voltage, a current transformer / two sources of constant reference voltage of different polarity and a logical

20 блок, введены интегратор, компаратор, шесть аналоговых ключей, три инвертора , преобразователь напр жени в частоту , конденсатор, подключенный к выходу первого и входу второго ана25 логовых ключей, управл к цие входы которых первого - непосредственно, а второго - через инвертор, подключены к выходу преобразовател напр жени в частоту, вход которого подключей к источнику измер емого нар жени , выход второго ключа через последовательно соединенные интегратор , резистор и компаратор, выход которого подключен к выходной шине устройства , подключен к выходу логического блока, первый вход которого подключен к шине второго источника измер емого напр жени , а второй вход - к управл ющим входам третьего и четвертого аналоговых ключей непосредственно , и через инверторы - к уп-, равл ющим входам п того и шестого аналоговых ключей, причем входы четвертого и шестого аналоговых ключей подключены к шинам источников посто нных опорных напр жений различной пол рности, а выходы этих ангшоговых ключей через резистор подключены к второму входу компаратора, вход первого аналогового ключа через третий и п тый аналоговые ключи подсоединен к выходным зажимам вторичной обмотки трансформатора тока.20 block, an integrator, a comparator, six analog switches, three inverters, a voltage-to-frequency converter, a capacitor connected to the output of the first and the input of the second analog switches, controlled by inputs of the first, and the second through an inverter, are entered to the output of a voltage to frequency converter, the input of which is connected to the source of the measured discharge, the output of the second switch through a series-connected integrator, a resistor and a comparator whose output is connected to the output bus of the device connected to the output of the logic unit, the first input of which is connected to the bus of the second source of the measured voltage, and the second input to the control inputs of the third and fourth analog switches directly, and through inverters to the control inputs of the fifth and sixth analog switches, the inputs of the fourth and sixth analog switches are connected to the buses of the sources of constant reference voltages of different polarity, and the outputs of these angshog keys through a resistor are connected to the second input of the comparator, the input of the first analog The third key and the third analog key are connected to the output terminals of the secondary winding of the current transformer.

Мгновенное значение измер емого напр жени преобразуетс в частоту пр моугольных импульсов, которыми управл ютс аналоговые ключи, поочередно подключа конденсатор, то ко вторичным зажимам трансформатора тока, при этом конденсатор зар жаетс , то ко входу интегратора, при этом конденсатор разр жаетсЯ|(первична обмотка трансформатора тока подключаетс в токовую цепь нагрузки).The instantaneous value of the measured voltage is converted to the frequency of square pulses that control the analog switches, alternately connecting a capacitor, then to the secondary terminals of the current transformer, the capacitor being charged, then to the integrator's input, while the capacitor is discharged | (primary winding the current transformer is connected to a load current circuit).

Таким образом, на выходе интегратора напр жение пр мо пропорционально произведению напр жени , тока и времени, т. е. энергии. При наполнении интегратора производитс изменение пол рности интегрировани тока переключением на другой зажим вторичной обмотки трансформатора тока. Если конденсаторы на входе и в обратной св зи интегратора однотипны, то вли ни изменени параметров их при старении , при изменени х температур взаимно компенсируютс .Thus, at the integrator output, the voltage is directly proportional to the product of voltage, current, and time, i.e., energy. When the integrator is filled, the polarity of the current integration is switched by switching to another terminal of the secondary winding of the current transformer. If the capacitors at the input and in the feedback of the integrator are of the same type, then the effects of changes in their parameters during aging and with changes in temperature are mutually canceled.

На чертеже приведена структурна электрическа схема устройства.The drawing shows a structural electrical circuit of the device.

В устройстве дл измерени активных мощности и энергии шина источника измер емого напр жени U подключаетс к; преобразователю 1 напр жени в частоту пр моугольных импульсов выход которого подключаетс к управл ющим , входам аналоговых ключей 2 и 3 причем, к ключу 3 через инвертор 4. Вход ключа 2 подключаетс через аналог 3вые ключи 5 и б к одному из зажимов вторичной обмотки трансформатора тока 7, а выход - к конденсатору 8. Вход ключа 3 подключен к конденсатору 7, а выход - ко входу интегратора 9, который состоит из операционного усилител с конденсатором в обратной св зи.In the device for measuring active power and energy, the bus of the source of the measured voltage U is connected to; a voltage-to-frequency voltage converter 1 whose output is connected to control inputs of analog switches 2 and 3, the key 3 through an inverter 4. The input of key 2 is connected via analog 3 keys 5 and b to one of the secondary terminals of the current transformer 7, and the output to the capacitor 8. The input of the key 3 is connected to the capacitor 7, and the output to the input of the integrator 9, which consists of an operational amplifier with a capacitor in feedback.

К выходу интегратора 9 подключен один из входов компаратора 10, вторюй же вход компаратора подключаетс к шинам источников опорных напр - жений +UP или -Up соответственно через ключи 11 или 12. К выходу компаратора подключаетс логический блок 13 к выходу которого подключены управл кмцие зажимы ключей 6, 11 (непосредственно ) и 5, 12 - через инверторы 14, 15.One of the inputs of the comparator 10 is connected to the output of the integrator 9. The second input of the comparator is connected to the buses of the sources of reference voltages + UP or -Up, respectively, via keys 11 or 12. A logic block 13 is connected to the output of the comparator; 6, 11 (directly) and 5, 12 - through inverters 14, 15.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Измер емые напр жени и и U в начальный момент времени положительны. При этом ключи 5 и 12 открыты, а 6 и 11 закрыты. Ключи 2 и. 3 при .воздействии чередующихс сигналов преобразовател 1 напр жени в частоту поочередно то подключаютс к напр жению +и, то ко входу интегратора 9. Выходное напр жение интегратора компаратором сравниваетс с опорным напр жением +UQ ,The measured voltages and u at the initial moment of time are positive. In this case, the keys 5 and 12 are open, and 6 and 11 are closed. Keys 2 and. 3 when alternating signals of voltage-to-frequency converter 1 are alternately connected to voltage + and then to input of integrator 9. Comparator compares output voltage of integrator with reference voltage + UQ,

При наполнении интегратора 9 на выходе компаратора 10 измен етс знак напр жени , логический блок 13 закрывает ключи 5 и 12 и открывает ключи б и 11. Таким образом, конденсатор 8 подключаетс к напр жению -и, а выходное напр жение интегратора 9 сравниваетс с опорным напр жением +Uc,.When the integrator 9 is filled at the output of the comparator 10, the voltage sign changes, the logic unit 13 closes the keys 5 and 12 and opens the keys b and 11. Thus, the capacitor 8 is connected to the voltage - and the output voltage of the integrator 9 is compared with the reference voltage + Uc ,.

При наполнении интегратора зар дами уже с противоположными знаками производитс снова реверс.When the integrator is filled with charges with opposite signs, reverse is performed again.

Работа аналогична и при отрицателных напр жени х.The work is similar with negative voltages.

, Таким образом, на выходе интегратора 9 частотный сигнал, причем числ импульсов, пр мо пропорционально энергии , а их частота следовани - мощное ти.Thus, at the output of the integrator 9, the frequency signal, with the number of pulses, is directly proportional to the energy, and their frequency is a powerful tee.

Ключи 2 и 3 управл ютс преобразователем напр жени в частоту, подключа конденсатор то к напр жению . +и, то к интегратору с частотой пропорциональной мгновенному значению напр жени и.The keys 2 and 3 are controlled by a voltage-to-frequency converter, connecting a capacitor to a voltage. + and then to the integrator with a frequency proportional to the instantaneous value of the voltage and.

При подключении конденсатора 8 к интегратору 9 конденсатор разр жаетс , и весь зар д передаетс на конденсатор обратной св зи.When capacitor 8 is connected to integrator 9, the capacitor is discharged and the entire charge is transferred to the feedback capacitor.

Claims

Thus, the increment of the voltage on the integrator 9 is directly proportional to the output of the frequency and and fu kuu, i.e., on the integrator, the product of two voltages is formed. The voltage increment is summed, therefore, the total voltage at the integrator output is proportional to the energy. When the integrator is filled, i.e. reaches the limit voltage, the comparator 10 is triggered, switching the keys 5 and b (one of them is always open and the other is closed), the capacitor 8 is connected to the reverse polarity U and switching the polarity of the paraparator 10 by switching the keys 11 and 12. At the same time, the capacitor of the integrator 9 is discharged and charged to the limit value of the voltage at the reverse polarity of the integrator. The logical block-13 can be of different execution, the functions performed are as follows. Let the voltage U be positive, and multiply together, while t O, the integrator 9 is not charged. In this case, the key 5 is open, the key 12 is opened, an accumulation of charge occurs. In this interval, the voltage U, negatively, is negative for the integrator. When the sign changes, a positive charge accumulates, i.e., the sign of the charge corresponds to the sign. As soon as it becomes negative, it is required to change the polarity of U. in order to obtain the corresponding polarity of the instantaneous power, i.e., if positive, and the power would be negative for a negative current — positive. But over several periods, the integrator has accumulated positive charges and the negative voltage at the approach of the integrator 9 is equal to Uo and the integrator must be discharged. At the output of the comparator, the voltage is changed to reverse and the logic unit 13 switches the polarities U and U, to. inverse. In this case, negative charges prevail and at the output of the integrator negative voltage accumulates, 5kenia, etc. Thus, the logic unit 13, first, switches the keys 5, 6 with a ± ± key and, depending on the voltage .U, second, from the polarity of the charge of the integrator 8 (according to the output voltage of the comparator) controls the keys 11, 12. The invention The device for measuring active power and energy, containing two; the source of the measured voltage is the current transformer, two sources of constant reference voltage of different polarity, and a logic unit. characterized in that, in order to improve measurement accuracy with temperature, stability over time, and to eliminate discrete errors, an integrator, a comparator, six analog switches, three inverters, a voltage to frequency converter, a capacitor connected to the output of the first and to the input of the second analog switches, the control inputs of which are first directly and the second through the inverter, are connected to the output of the voltage-frequency converter, the input of which is connected to the source bus by measuring The second voltage, the output of the second key through the series-connected integrator, resistor and comparator, the output of which is connected to the output bus of the device, is connected to: the output of the logic unit, the first input of which is connected to the bus of the second source. voltage, and the second input - to the control inputs of the third and fourth analog switches directly, and through the inverters - to the control inputs of the fifth and sixth anilog keys, and the inputs of the fourth and sixth unshipping keys are connected to the buses of constant sources the reference voltages of different polarity, and the outputs of these analog switches are connected via a resistor to the second input of the comparator, the input of the first analog switch through the third and fifth analog switches is connected to the input terminals of the transverse winding current format Sources of information, rintye taken into account during the examination 1. Arutyunov V. O. Electrical measuring devices and measurements. SEI, M., 1958, § 9-4.

2. Authors certificate of the USSR 464841, cl. G 01 R 21/00, 10.29.73.

-4 jN

t