SU789845A1 - Устройство дл измерени активной мощности - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известно устройство, основанное на предварительном преобразовании мгновенных значений тока и напряже- 5 ния во временной интервал и последующем перемножении их с помощью множительного устройства, построенного на базе двоичного умножителя [1].

Недостатками этого технического Ю решения являются низкая точность, обусловленная большими погрешностями такого множительного устройства и высокая сложность.

Известно также устройство для из- 15 мерения активной мощности, содержащее последовательно соединенные фазоинвертор, переключатели, последовательно включенные инвертирующий сумматор, интегратор, элемент сравнения,20 элемент совпадения,реверсивный счетчик, селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фаэоинвертора и входной шиной устройства, один25 из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, один из входов элемента сравнения подключен ко второму выводу формирователя опорных 30 сигналов и одному из входов элемента совпадения, выход элемента соединен с управляющим входом формирователя опорных сигналов [2].

Поскольку в известном устройстве в данном случае отсутствует информация о том, что результат преобразования записан в дополнительном коде,показания прибора будут считаны неправильно. Таким образом, рассмотренный АЦП работоспособен (обеспечивает одно· значность отсчета) лишь тогда, когда результирующие векторы тока и напряжения находятся либо в первом, либо в четвертом квадранте, т.е. данный измеритель активной мощности является двухквадрантным.

Кроме того, дополнительным недостатком известного прибора является низкая точность преобразования, что обусловлено зависимостью преобразования от постоянной интегратора и уровня срабатывания элемента сравнения .

Цель изобретения — расширение функ циональных возможностей и повышение точности преобразования.

Для достижения этой цели в устройство для измерения активной мощности, содержащее последовательно соединен3 )ные фазоинвертор, переключатель, последовательно включенные инвертирующий сумматор, инвертор и элемент сравнения, элемент совпадения и реверсивный счетчик, селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинверто- * ра и входной шиной устройства, один из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, один из вхо- (Q дов элемента, сравнения подключен ко второму выходу формирователя опорных сигналов и одному из входов элемента совпадения, выход элемента сравнения соединен с управляющим входом ·« формирователя опорных сигналов, вве- ^э дены два синхронно работающих переключателя, блок управления, генератор опорной частоты, ключ, счетчик и элемент фиксации нулевого состояния реверсивного счетчика, причем первые 20 сигнальные входы синхронно работающих переключателей соединены с общей шиной устройства, второй сигнальный вход первого синхронно работающего переключателя соединен со входной ши- 25 ной устройства, второй сигнальный вход второго синхронно работающего переключателя соединен с выходом переключателя, управляющие входы 'переключателей соединены с первым выхо- jg дом блока управления, выходы синхронно работающих переключателей подключены ко входам инвертирующего сумматора, первый и второй входы блока уппервого такта в зависимости от значе7 ния эквивалентного угла сдвига фазы*!} между векторами тока и напряжения нагрузки в реверсивном счетчике фиксируется число импульсов либо и ^Uo-^uz-i^UiiU-₁r^ при cos ^70, либо ν' _ при cos Όχο¹, и

ВС втором такте такой же длительности по команде с блока управления ·.„ переключатель 3 переводится в.положение б, переключатели 4, 5 и ключ 13 остаются в прежнем положении, реверсивный счетчик 16 переключается в режим вычитания. В результате за время второго такта в зависимости от знака cos^b реверсивный счетчик 16 поступает число импульсов либо N -к У! ^U°~^IJ^'ⁱ~^2U2.i^IJ'^l'ⁱ~^1J>1''

4^0-1

Сравнивая выражения для и и N₂ можно отметить, что N₁ т N₂ и N4 «г N₂. Это означает, что в том случае, когда cos ? 0_; в течение второго такта реверсивный счетчик 16 не переходит через свое нулевое состояние и по окончании 11 такта в нем фик-

сируется число равления соединены соответственно с выходом селектора периода и с выходом

U-1-j Огт

-КР блока фиксации нулевого состояния реверсивного счетчика, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом ключа и с одним из входов реверсивного 40 счетчика, выходом соединенного со входом блока фиксации состояния, реверсивного счетчика, генератор опорной частоты через ключ соединен со входом счетчика. 45

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит селектор 1периода, фазоинвертор 2, переключатели 3-5, инвертирующий сумматор 6, ин- gg тегратор 7, элемент 8 сравнения, формирователь 9 опорных сигналов, элемент 10 совпадения,' блок управления 11, генератор 12 опорной частоты, клк)ч 13, счетчик 14, блок 15 фикса- „ ци1> нулевого состояния и реверсивный счетчик 16.

Устройство работает следующим образом.

Работа осуществляется в три такта, В первом такте, длительность которо- 60 го Т_т, посредством селектора периода и блока 11 управления задается кратной целому числу периодов сигнала, переключатели 3-5 находятся в положении а, ключ 13 закрыт. По окончании 55

В том же случае, когда cos <0, течение второго такта реверсивный счетчик переходит через ·’0¹’ и по окончании второго такта в нем фикси-

При этом сигнал о том, что реверсивный счетчик 16 переходил через нулевое состояние, формируется посредством блока фиксации нулевого состояния и поступает на блок управления.В третьем такте по команде блока 11 управле>ния контакты переключателей 4 и 5 ус танавливаются в положение б и открывается ключ 13.В зависимости от того,пос тупал или не поступал во втором такте сигнал о переходе реверсивного счетчика через ^{1 1}0 ^{1 1} , последний по команде блока 11 управления устанавливается соответственно либо на сложение, либо на вычитание.

В этом случае напряжение на выходе сумматора 6

U = и_о, а напряжение на выходе интегратора изменяется по закону ⁼ V© t.

При достижении выходным сигналом интегратора 7 порогового уровня пос5 οι · повторяется, выходных положив 0 ледний срабатывает и изменяет полярность напряжения и₀ и U, шем цикл работы ния для чаототы можно получить, ⁽³> % = ^UU1- =

В дальнейВыражеимпульсов в формуле

- ΐιθΑΔ

Uo ^£1^:КМи_ои_о; 4U_O1

Импульсы, следующие с этой частотой, поступают в реверсивный счетчик. В зависимости от знака cos 4½ они либо вычитаются из числа N, либо складываются с числом N*. Концом третьего такта является момент обнуления реверсивного счетчика 16, фиксируемый посредством блока фиксации нулевого состояния. При этом в любом случае (при любом знаке cos^) справедливо равенство |ς · _и ^Ν' ^υο^υοι ^:£1^ТЪТ, где Τ_ν — время третьего такта.

Из выражения	(9) имеем
Т3<		1 .
р ^0^01
или с учетом (8)
	Ки „	4 Uq-i	4 η
*	UOUO1	ил и '

По окончании третьего такта ключ 13 закрывается, таким образом, в счетчике 14 оказывается зафиксированным число .. _т „ 4 ^υο где — частота импульсов генератора 1 2 .

Как видно из описания работы устройства, оно обладает расширенными функциональными возможностями — позволяет осуществлять преобразование активной мощности при любом взаимном расположении векторов тока и напряжения (при любом знаке cos¹/?), т.е. 40 является четырехквадрантным.Кроме того, как видно из выражения (10), устройство принципиально обладает более высокой точностью, поскольку результат преобразования не зависит от постоянной интегратора К^ и уровня срабатывания блока сравнения П_о^.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электроизмерительной технике. Известно устройство, основанное на предварительном преобразовании мгновенных значений тока и напр жени  во временной интервал и последую щем перемножении их с помощью множительного устройства, построенного на базе двоичного умножител  1. Недостатками этого технического решени   вл ютс  низка  точность, обусловленна  большими погрешност ми такого множительного устройства и высока  сложность. Известно также устройство дл  измерени  активной мощности, содержащее последовательно соединенные фазо инвертор. Переключатели, последовательно включенные инвертирующий сумматор , интегратор, элемент сравнени  элемент совпадени ,реверсивный счетчик , селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинвертора и входной шиной устройства, оди из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирова тел  опорных сигналов, один из входов элемента сравнени  подключен ко второму фО15мировател  опорных сигналов и одному из входов элемента совпадени , выход элемента соединен с управл ющим входом формировател  опорных сигналов 2. Поскольку в известном устройстве в данном случае отсутствует информаци  о том, что результат преобразовани  3anHcjiH в дополнительном коде,показани  прибора будут считаны неправильно . Таким образом, рассмотренный АЦП работоспособен (обеспечивает однозначность отсчета) лишь тогда, когда результирующие векторы тока и напр жени  наход тс  либо в первом, либо в четвертом квадранте, т.е. данный измеритель активной мощности  вл етс  двухквадрантным. Кроме того , дополнительным недостатком известного прибора  вл етс  низка  точность преобразовани , что обусловлено зависимостью преобразовани  от посто нной интегратора и уровн  срабатывани  элемента сравнени  . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности преобразовани . Дл  достижени  этой цели в устройство дл  измерени  активной мощности, содержащее последовательно соединен )ные фазоинвертор, переключатель, пос ледовательно включенные инвертирующи сумматор, инвертор и элемент сравнен элемент совпадени  и реверсивный сче чик, селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинверто ра и входной шиной устройства, один из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формировател  опорных сигналов, один из вхо дов элемента, сравнени  подключен ко второму выходу формировател  опорных сигналов и одному из входов элемента совпадени , выход элемента сравнени  соединен с управл ющим входом формировател  опорных сигналов, введены два синхронно работающих переключател , блок управлени , генератор опорной частоты, ключ, счетчик и элемент фиксации нулевого состо ни  реверсивного счетчика, причем первые сигнальные входы синхронно работающих переключателей соединены с общей шиной устройства, второй сигнальный вход первого синхронно работающего переключател  соединен со входной ши ной устройства, второй сигнальный вход второго синхронно работающего переключател  соединен с выходом переключател , управл ющие входы переключателей соединены с первым выходом блока управлени , выходы синхрон но работающих переключателей подключены ко входам инвертирующего сумматора , первый и второй входы блока уп равлени  соединены соответственно с выходом селектора периода и с выходо блока фиксации нулевого состо ни  ре версивного счетчика, второй и третий выходы блока управлени  соединены со ответственно с управл ющим входом кл ча и с одним из входов реверсивного счетчика, выходом соединенного со входом блока фиксации состо ни , реверсивного счетчика, генератор опорной частоты через ключ соединен со входом счетчика. На чертеже представлена структурна  схема устройства. Устройство содержит селектор 1.пе риода, фазоинвертор 2, переключатели 3-5, инвертирующий сумглатор 6, интегратор 7, элемент 8 сравнени , фор мирователь 9 опорных сигналов, элемен7 10 совпадени , блок управлени  11, генератор 12 опорной частоты, клк|ч 13, счетчик 14, блок 15 фиксаци нулевого состо ни  и реверсивный счетчик 16. Устройство работает следующим образом . Работа осуществл етс  в три такта В первом такте, длительность которого Т, посредством селектора периода и блока 11 управлени  задаетс  крат .ной целому числу периодов сигнала, п реключатели 3-5 наход тс  в положе нии а, ключ 13 закрыт. По окончании первого такта в зависимости от значе7 ни  эквивалентного угла сдвига между векторами тока и напр жени  нагрузки в реверсивном счетчике фиксируетс  число импульсов либо В ..-u, ii 11 К,Д Uo,Uo при cos )-7Q, - ,V2U,U,,-U, либо ., при cos /зХО. г-1 4Uo,U Bd втором такте такой же длительности по команде с блока управлени  ,., переключатель 3 переводитс  в.положение б, переключатели 4, 5 и ключ 13 остаютс  в прежнем положении, реверсивный счетчик 16 переключаетс  в режим вычитани . В результате за врем  второго такта в зависимости от знака реверсивный счетчик 16 поступает число импульсов либо N -. I . Щ-ц при cos О н., Л. ,.au,,u,.-u,, S Сравнива  выражени  дл  N и и ы4 можно отметить, что N.) N и N с N. Это означает, что в том случае , когда cos fg 7 0 в течение второго такта реверсивный счетчик 16 не переходит через свое нулевое состо ние и по окончании 11 такта в нем фиксируетс  число 1 UiiUzi N-W-W -К у ll-i-2- --1/р г и, и„и„, в том же случае, когда cos Q, в течение второго такта реверсивный счетчик переходит через О и по окончании второго такта в нем фиксируетс  число (11 и Uni . этом сигнал о том, что реверсивный счетчик 16 переходил через нулевое состо ние, формируетс  посредством блока фиксации нулевого состо ни  и поступает на блок управлени .В третьем такте по команде блока 11 управле ни  контакты переключателей 4 и 5 устанавливаютс  в положение б и открываетс  ключ 13.В зависимости от того,поступал или не поступал во втором такте сигнал о переходе реверсивного счетпоследний по команчика через де блока 11 управлени  устанавливаетс  соответственно либо на сложение, либо на вычитание. В этом случае напр жение на выходе суьматора 6 и Uo, а напр жение на выходе интегратора измен етс  по закону UH K,Vot. При достижении выходным сигналом интегратора 7 порогового уровн  последний срабатывает и измен ет пол р ность напр жени  UQ и и, . В дальне шем цикл работы повтор етс -, выраже ни  дл  частоты выходных импульсов можно получить, положив в формуле 3) . 0. .. г -1/ и о - Up Кп Г 4UoUo,- 4Uoi Импульсы, следующие с-этой часто той, поступают в реверсивный счетчик В зависимости от знака cos f-g они либ вычитаютс  из числа N, либо складываютс  с числом N. Концом третьего такта  вл етс  момент обнулени  реверсивного счетчика 16, фиксируемый посредством блока фиксации нулевого состо ни . При этом в любом случае (при любом знаке ) справедливо равенство. „ L. Г1 , Nгде - врем  третьего такта. Из выражени  (9) имеем Т,- ггтг-Р или с учетом (8) окончании третьего такта ключ 13 закрываетс , таким образом, в счетчике 14 оказываетс  зафиксированньм число . р . С4 iji где ф - частота импульсов генератора 1 2 . Как видно из описани  работы устройства , оно обладает расширенными функциональными возможност ми - позвол ет осуществл ть преобразование активной мощности при любом взаимном расположении векторов тока и напр жени  (при любом знаке созЧ) , т.е.  вл етс  четырехквадрантным.Кроме то го, как видно из выражени  (10), уст ройство принципиально обладает боле высокой точностью, поскольку результ преобразовани  не зависит от посто н ной интегратора К, и уровн  срабатывани  блока сравнени  . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  активной мощности, содержащее последовательно соединенные фазоинвертор, переключатель , последовательно включенные инвертирующий сумматор, интегратор и элемент сравнени , элемент совпадени  И: реверсивный счетчик, селектор периода, формирователь опорных сшналов , вход селектора периода соединен со входом фазоинвертора и входной шиной устройства, один из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формировател  опорных сигналов, один из входов элемента сравнени  подключен к второму выходу формировател  и одному из входов элемента совпадени , выход элемента сравнени  соединен с управл ющим входом формировател  опорных сигналов, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  точности, в него введены два синхронно работающих переключател , блок управлени ,генератор опорной частоты, ключ счетчик и элемент фиксации нулевого состо : и  реверсивного счетчика, причем первые сигнальные входь синхронно работающих переключателей соединены с общей шиной устройства, второй сигнальный вход первого синхронно работающего переключател  соединен со входной щиной устройства, второй сигнальный вход второго синхронно работающего переключател  соединен с выходом переключател , управл ющие входы всех переключателей соединены с первым выходом блока управлени , выходы синхронно работающих переключателей подключены ко входам инвертирующего сумматора , первый и второй входы блока управлени  соединены соответственно с выходом селектора периода и выходом блока фиксации нулевого состо ни  реверсивного счетчика, второй и третий эыходы блока, управлени  соединены соответственно с управл ющим входом ключа и с одним из входов реверсивного счетчика, выходом соединенного со входом блока фик.сации нулевого состо ни  реверсивного счетчика, генератор опорной частоты через ключ соединен со входом сче;гчика. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе Iff BTOpcKoe свидетельство СССР 541129, кл. G 01 R 21/06, 1978. ,
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 420114, кл. G 01 R 21/06, 1978.