SU789844A1

SU789844A1 - Active power to d.c. voltage measuring converter

Info

Publication number: SU789844A1
Application number: SU792717279A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Лейтман; Виктор Дмитриевич Савченков; Роман Иосифович Агрест; Анатолий Израилевич Дибер; Николай Петрович Тверитин
Original assignee: Смоленский Филиал Московского Ордена Ленина Энергетического Института; Витебский Завод Электроизмерительных Приборов
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1980-12-23

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного ваттметра.The invention relates to electrical engineering and can be used as a high-precision power meter.

Известно устройство, осуществляю- 5 щее преобразование активной мощности в напряжение постоянного тока, выполненное на основе генератора Роера [ 1 ] .A device is known that carries out the conversion of active power into DC voltage, based on the Roer generator [1].

Недостатком такого устройства яв- 10 ляется невысокая точность, обусловленная нестабильностью параметров сердечника трансформатора и его обмоток , а также транзисторных ключей.The disadvantage of such a device is its low accuracy, due to the instability of the parameters of the transformer core and its windings, as well as transistor switches.

Йаиболее близким к предлагаемому и техническим решением является устройство для преобразования активной мощности в напряжение постоянного ток4, содержащее входные согласующие устройства тока и напряжения [2]. эд Недостатком известного устройства является зависимость выходного сигнала от напряжений эталонных источников и длительности управляющих импульсов, т.е. невысокая точность 25 измерения.Closest to the proposed and technical solution is a device for converting active power into DC voltage4, containing input matching devices of current and voltage [2]. ed. A disadvantage of the known device is the dependence of the output signal on the voltages of the reference sources and the duration of the control pulses, i.e. low accuracy of 25 measurements.

' Цель изобретения — повышение точности измерения.'The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Для достижения этой цели в измерительный преобразователь активной мощ-эд ности в напряжение постоянного тока введены ключи, соединенные по мостовой схеме, эталонный конденсатор, ,фильтрующий усилитель постоянного тока, формирователь, источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения в частоту, сумматор, один из входов которого соединен с выходом согласующего устройства напряжения, а второй — с выходом источника .постоянного напряжения, выход сумматора через преобразователь напряжения в частоту соединен с формирователем, к выходам которого подключены управляющие входы ключей, причем эталонный конденсатор включен в одну из диагоналей мостовой схемы, а вторая диагональ мостовой схемы подключена между выходом согласующего устройства тока и входом фильтрующего усилителя постоянного тока.To achieve this goal, switches connected by a bridge circuit, a reference capacitor, a filtering DC amplifier, a shaper, a DC voltage source, a voltage to frequency converter, an adder, one of whose inputs connected to the output of the voltage matching device, and the second to the output of the constant voltage source, the adder output through the voltage to frequency converter is connected to the driver, to Exit which are connected the control inputs of keys, wherein a reference capacitor is connected to one of the diagonals of the bridge circuit, and the second diagonal of the bridge circuit is connected between the output terminal of the matching device and an input current of the filter DC amplifier.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя.The drawing shows a functional diagram of the Converter.

^v На схеме показаны согласующие устройства напряжения 1 и тока 2, источник 3 постоянного напряжения, сумматор 4, преобразователь 5 напряжения в частоту, формирователь 6, ключи 710, эталонный конденсатор 11, фильтрующий усилитель 12 постоянного тока. ^v The diagram shows the matching devices voltage 1 and current 2, a constant voltage source 3, an adder 4, a voltage-to-frequency converter 5, a shaper 6, switches 710, a reference capacitor 11, a filtering DC amplifier 12.

'На чертеже обозначены входные и напряжение и 1 ток, выходные напряжения U_M, U_r, , U2. блоков 1-4 соответственно, входной ток блока 12, входное ди и выходное напряжения блока 12.'The input and voltage and 1 current, output voltages U _M , U _r ,, U2 are indicated in the drawing. blocks 1-4, respectively, the input current of the block 12, the input di and the output voltage of the block 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Входные напряжение П и ток i преобразуются в переменные напряжения U_H и U_T, связанные с входными соотношениями и_н = ψ,, U_T = K₂i, гдеThe input voltage P and current i are converted into alternating voltages U _H and U _T associated with the input relations and _n = ψ ,, U _T = K ₂ i, where

к., и к₂ — коэффициенты пропорциональности. Напряжение и_н суммируется с постоянным напряжением , действующим на выходе источника 3.to., and to ₂ - proportionality coefficients. The voltage and _{n is} summed with a constant voltage acting at the output of the source 3.

Выходное напряжение U₄ сумматораOutput voltage U ₄ adder

4, равное и₂ = и_н+и₄ = k^ U+U₁ , (1) поступает на вход преобразователя 5 напряжения в частоту, мгновенное значение f частоты которого пропорционально напряжению Ό₂ с коэффициентом пропорциональности К-з f = к_ги₂= k^K, U+k^Uj+&f _Af>, (2) где Af др. — изменение частоты f, обусловленное дрейфом преобразователя 5. Частота f значительно превышает частоту входных напряжения U и тока ί. Импульсы с выхода преобразователя 5 через формирователь 6 управляют ключами 7-10, соединенными в мостовую схему, в одну из диагоналей которой включен эталонный конденсатор 11, а другая подключена между выходом согласующего устройства 2 тока и входом фильтрующего усилителя 12 постоянного тока. В каждый из полупериодов выходных импульсов преобразователя 5 замкнуты попарно ключи 7 и 10 или 8 и 9. После каждого переключения ключей происходит перезаряд эталонного конденсатора 11, имеющего емкость С, причем к моменту нового переключения конденсатор оказывается заряженным до напряжения, действующего на выходе согласующего устройства 2 тока в момент переключения. Импульсы тока пе-__ резаряда конденсатора ' поступают · на вход фильтрующего усилителя 12, на выходе которого образуется выходное напряжение преобразователя.4, equal to and ₂ = and _n + and ₄ = k ^ U + U ₁ , (1) is fed to the input of the voltage converter 5, the instantaneous frequency value f of which is proportional to voltage Ό ₂ with a proportionality coefficient К-з f = к _г and ₂ = k ^ K, U + k ^ Uj + & f _Af >, (2) where Af dr. is the change in frequency f due to the drift of the converter 5. The frequency f is significantly higher than the frequency of the input voltage U and current ί. The pulses from the output of the converter 5 through the shaper 6 control the keys 7-10 connected to a bridge circuit, one of the diagonals of which includes a reference capacitor 11, and the other is connected between the output of the matching device 2 current and the input of the filtering amplifier 12 DC. In each of the half-periods of the output pulses of the converter 5, the keys 7 and 10 or 8 and 9 are closed in pairs. After each switching of the keys, the reference capacitor 11 is recharged, having a capacitance C, and by the time of the new switching, the capacitor is charged to the voltage acting on the output of the matching device 2 current at the time of switching. The current pulses before -__ of the capacitor’s charge 'arrive at the input of the filter amplifier 12, at the output of which the output voltage of the converter is formed.

Среднее значение тока за период· Т,=1|£ следования ^импульсов пре- 50 образователя 5 при большом коэффициенте усиления фильтрующего усилителя 12/ т.е. при AU я 0, и при условии,что к моменту каждого переключения конденсатор заряжается дО напряжения Ut* определяется выражениемThe average value of the current for the period · T, = 1 | £ following ^ pulses of the pre-converter 5 at a large gain of the filter amplifier 12 / i.e. at AU I 0, and provided that by the time of each switching, the capacitor is charged up to voltage Ut * is determined by the expression

-- ~ j^df-4U_TC£ --4U_TC + ¹⁰ (3)- ~ j ^ df-4U _T C £ --4U _T C + ¹⁰ (3)

Среднее значение (постоянная составляющая) I^cp тока If за период Т входного напряжения U и тока 1 равноThe average value (constant component) I ^ cp of the current If for the period T of the input voltage U and current 1 is

Ср T’J’Scpdl’ 41(QpW φJkhdt + ₊ 4k₂k₃cu (Ь)Cp T'J'Scpdl '41 (QpW φJkhdt + ₊ 4k ₂ k ₃ cu (b)

Второе ц третье слагаемые, пропорциональные интегралу от переменного тока за период, равны нулю, следовательно ф _ч т где Pq't JUidt ~ активная мощность ^То переменного тока.The second and third terms, which are proportional to the integral of the alternating current over a period, are equal to zero, therefore, f _p t where Pq't JUidt is the active power ^T o AC.

Постоянная составляющая тока ig преобразуется фильтрующим усили.телем 12 в пропорциональное постоянное напряжение U_eb|*, высшие гармоники тока i подавляются усилителем. СледовательноThe constant current component ig is converted by the filtering amplifier. 12 into a proportional constant voltage U _eb | *, the higher harmonics of the current i are suppressed by the amplifier. Consequently

-- _ср -- n^x₊cv_a-- kP_a, где k^ — коэффициент пропорциональности; к = Цк₂к₃к₄с, т.е. выходное напряжение преобразователя прямо пропорционально активной мощности.- _cp - n ^ x ₊ cv _a - kP _a , where k ^ is the coefficient of proportionality; k = Ck ₂ to ₃ to ₄ s, i.e. the output voltage of the converter is directly proportional to the active power.

Как видно из (4) ток 3-|_Ср. , а следовательно, и напряжение и_вЬ)Л1не зависит от частоты входных напряжения и тока, а также от начального значения f₀ частоты f, определяемого, согласно (2), выражением fo ^{= +} что позволяет не стабилизировать источник 3 и не принимать меры для уменьшения аддитивной составляющей погрешности преобразователя 5.As can be seen from (4), the current 3- | _With p. and, consequently, the voltage u ( _{b) A1} does not depend on the frequency of the input voltage and current, as well as on the initial value f _{0 of the} frequency f, which is determined, according to (2), by the expression fo ^{= +} which allows not to stabilize the source 3 and not to take measures to reduce the additive component of the error of the Converter 5.

Указанные преимущества повышают точность всего преобразователя. Кроме того, фронты импульсов управляющих ключами 7-10, не влияют на среднее значение З^ср. тока i, поскольку независимо от крутизны фронтов к началу каждого нового полупериода импульсов конденсатор оказывается практически полностью заряженным до нап-v ряжения и_т, так как его перезаряд заканчивается задолго до начала нового полупериода. Это обстоятельство позволяет повысить частоту выходных импульсов преобразователя 5 и увеличить точность измерения мощности при значительном уровне гармоник в кривых напряжения и тока, а также применить преобразователь для измерения мощности в высокочастотных целях.These advantages increase the accuracy of the entire converter. In addition, the fronts of the pulses controlling the keys 7-10 do not affect the average value of 3 ^ cf. current i, since regardless of the steepness of the fronts at the beginning of each new half-cycle of pulses, the capacitor is almost completely charged up to voltage v and _t , since its recharging ends long before the start of a new half-cycle. This circumstance makes it possible to increase the frequency of the output pulses of the converter 5 and to increase the accuracy of power measurement at a significant level of harmonics in the voltage and current curves, as well as to use the converter to measure power for high-frequency purposes.

Claims

1.-Benin V.L. 1 Kizilov V.U. Static measuring transducers of electrical power. M., Energie, 1972, p. 67, fig. 27.

2. USSR author's certificate

4,64841, cl. G 01 R 21/00, 10.29.73.