SU809563A1 - Преобразователь активной мощностиВ цифРОВОй КОд - Google Patents

Description

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах режимной автоматики энергообъектов, в преобразователях мощности и цифровых^ измерителях мощности.

Известен аналого-цифровой измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь напряжения постоянного тока в код следящего уравновешивания , программно-распределительное устройство, переключатели, аналоговое запоминающее устройство и цифроаналоговое множительное устройство 11] .

Недостатком устройства является значительная погрешность преобразования при наличии высших гармоник в преобразуемых напряжении и токе.

Известен также преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий суммирующий и вычитающий блоки, формирователь периода, реверсивный счетчик, импульсный переключатель, блок сравнения, сумматор, триггер, источник напряжения смещения, функциональный генератор напряжения полу параболической АормьЗ, формирователь шага квантования и / блок заполнения интервалов времени [2] .

Однако устройство имеет большую длительность преобразования, достигающую при высокой точности нескольких периодов измеряемых сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий суммирующий и вычитающий блоки, входы которых подключены к шинам преобразуемых напряжений и токов, последовательно соединенные формирователь периода, вход которого соединен с шиной преобразуемых напряжений, формирователь шага квантования и функциональный генератор напряжения полупараболической формы, последовательно соединенные блок заполнения интервала времени, импульсный переключатель и реверсивный счетчик, триггер, первый вход которого соединен с выходом формирователя шага квантования, а второй - с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом функционального генератора напряжения полупараболической формы, а второй - через сумматор э

с источником напряжения смещения, дополнительно введены вторые триггер, блок сравнения и сумматор, блок вычитания временных интервалов и блок определения знака мгновенной мощности, причем первые входы триггеров и блоков сравнения соединены попарно, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго блока,сравнения, второй вход которого через второй сумматор соединен с источником напряжения смещения, второй вход первого сумматора соединен с выходом суммирующего блока, а второй вход второго сумматора - с выходом вычитающего блока, выходы триггеров соединены со входами блока вычитания временных интервалов и блока определения знака мгновенной мощности, выход которого соединен с управляющим входом импульсного переключателя, а выход блока вычитания временных интервалов - со входом блока заполнения интервалов времени.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит суммирующий блок 1 и вычитающий блок 2, входы которых соединены с шинами преобразуемых напряжений и токов, формирова- . тель 3 периода, вход которого соединен с шиной преобразуемых напряжений; источник 4 напряжения смещения, выход Которого соединен с первыми входами сумматоров 5 и 6, причем второй вход сумматора 5 соединен с выходом суммирующего блока 1, а второй вход сумматора 6 - с выходом вычитающего блока 2, формирователь 7 шага квантования, вход которого соединен с выходом формирователя 3 периода, блоки 8 и 9 сравнения, первые входы которых соединены с выходом функционального генератора 10 напряжения полупараболической формы, вход которого соединен с выходом формирователя 7 шага квантования и первыми входами триггеров 11 и 12, выходы которых соединены со входами блока 13 вычитания временных интервалов и входами блока 14 определения знака мгновенной мощности, второй вход триггера 11 соединен с выходом блока 8 сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора 5, а второй вход триггера 12 соединен с выходом блока 9 сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора 6, выход блока 13 вычитания временных интервалов соединен со входом блока 15 заполнения ин20

S0 тервала времени, выход которого соединен со входом импульсного, переключателя 16, управляющий вход которого соединен с выходом блока 14 определения знака мгновенной мощности, а вы- дд хода - со входами реверсивного счетчика 17.

Устройство работает следующим образом.

Преобразуемые сигналы 1'^ ( t) и пропорциональные току и напряжению измеряемой цепи, по соответствующим шинам подаются на входы суммирующего и вычитающего блоков 1 и 2. На первом входе блока 8 сравнения действует напряжение

1Ц ( t) = u₀ + u_t( t) , где U_o — постоянное напряжение смещения, используемое для получения .однополярных сигналов;

ϋς( t) = К_е [U_u ( t) + и,- ( t)] — мгновенное значение выходного напряжения суммирующего блока 1;

К_с — коэффициент передачи этого блока.

На первом входе блока 9 сравнения действует напряжение

U₂( t) = U_o + U_B( t), где U_ft( t) = К₆ [иц( t) - ( t)J — мгновенное значение выходного напряжения вычитающего блока 2;

К_в — коэффициент передачи этого блока.

На вторые входы блоков 8 и 9 срав- . нения подается напряжение от функционального генератора 10 напряжения полупараболической формы запускаемого с помощью формирователя 7 шага _т квантования в моменты времени t_K где Т — период напряжения измеряемой цепи;

М — число измерений мгновенных значений напряжения на первых входах блоков 8 и 9 сравнения за один период напряжения измеряемой цепи;

К = 1—Н — индекс, показывающий моменты измерения мгновенных значений выходных сигналов суммирующего и вычитающего блоков.

В течение шага квантования At = = на выходах триггеров 11 и 12 получаются сигналы соответствующих Т_ли Τχ длительностей, равных интервалам времени между моментами запуска функционального генератора 10 и срабатываний блоков 8 и 9 сравнения соответственно. Эти сигналы подаются на входа блока 13 вычитания временных интервалов, на выходе которого получается разность длительностей ДТ = • (Т»~Tjt ) » заполняемая импульсами стабильной частоты в блоке 15 и записывается в реверсивом счетчике 17. Направление счета последнего зависит от того, какой из блоков 8 и 9 сравнения сработал первым, что определяется блоком 14 определения знака мгновенной мощности.

Таким образом, на реверсивном счетчике 17 фиксируется количество импульсов, эквивалентное разности длительностей Δ Т₍ = (Т_к-Т^ ), пропорциональное мгновенному значению мощности измеряемого сигнала.

Интегрирование цифровых эквивалентов йТ_к за один период Т измеряемых сигналов, осуществляемое на реверсивном счетчике, дает код активной мощности измеряемой цепи.

Длительность Т_к и T# триггеров 11 и 12 определяется из условия динами-, ческой компенсации напряжений (t) и U_A(t) раэвертывайщим напряжением полупараболической форил U_n(t) = = K_nVF от функционального генератора 10 ^ТК = -Ц- и* ( t_u), ^кп где К_п — коэффициент развертывающего напряжения.

С учетом 1Ц ( t) и Ujt t) интервал времени дТ\ = (Т^—т£) пропорционален разности квадратов сум№ и разности напряжения и тока измеряемой цепи, т. е. мгновенному значению мощности .

Блок 14 определения знака мгновенной мощности осуществляет логическую обработку выходных сигналов триггеров 11 и 12 следующим образом. Если мгновенная мощность имеет положительный знак, то Τ|ς > Т £ и первым срабатывает триггер 12, а вторым триггер 11. При этом выходным сигналом блока 14 определения знака мгновенной мощности импульсный переключатель 16 устанавливается в верхнее положение и реверсивный счетчик 17 работает в режиме сложения.

Если мгновенная мощность имеет отрицательный знак, получается < tJ. и первым срабатывает триггер 11, а вторым - триггер 12. При этом импульсный переключатель 16 устанавливается в нижнее положение и реверсивный счетчик 17 работает в режиме вычитания.

Таким образом, к концу периода Т на реверсивном счетчике накапливается число, пропорциональное активной мощности Р

Блок 14 определения знака мгновенной мощности и блок 13 вычитания интервалов представляют собой блоки логической обработки выходных сигналов триггеров 11 и 12.

Предлагаемое устройство позволяет управлять устройствами режимной автоматики энергообъектов в реальном масштабе времени, а также уменьшает время измерения до одного периода с точностью не менее 0,5%.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и може быть использовано в устройствах режимной автоматики энергообъектов, в преобразовател х мо1цности и цифро измерител х мощности. Известен аналого-цифровой измери тель мощности переменного тока, содержащий преобразователь напр жени  посто нного тока в код след щего ур новешивани , прогрэммно-распределительное устройство, переключатели, аналоговое запоминакмдее устройство и ЦИФРОЙналоговое множительное устрой ство ll . Недостатком устройства  вл етс  значительна  погрешность преобразова ни  при наличии высших гармоник в преобразуемых напр жении и токе. Известен также преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий суммирующий и вычитающий блоки, формирователь периода, ревер сивный счетчик, импульсный переключатель , блок сравнени , сумматор, триггер, источник напр жени  смещени , функциональный генератор напр жени  полупараболической формЫ, формирователь шага квантовани  и блок заполнени  интервалов времени 2. Однако устройство имеет большую длительность преобразовани , достигающую при высокой точности нескольких периодов измер емых сигналов. Цель изобретени  - повышение быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий суммирующий и вычитающий блоки, входы которых подключены к шинам преобраayshcjx напр жений и токов, последовательно соединенные формирователь периода, вход которого соединен с шиной преобразуемых напр жений, формирователь шага квантовани  и функциональный генератор напр жени  полупараболической формы, последовательно соединенные блок заполнени  интервала времени, импульсный переключатель и реверсивный счетчик, триггер , первый вход которого соединен с выходом формировател  шага квантовани , а второй - с выходом блока сравнени , первый вход которого соединен с выходом функционального генерАтора напр жени  полупараболической фрркш, а второй - через сумматор с источником напр жени  смещени , дополнительно введены вторые триггер, блок сравнени  и сумматор, блок вычитани  временных интервалов и блок определени  знака мгновенной мощности причем первые входы триггеров и блоков сравнени  соединены попарно, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго блока,сравнени  второй вход которого через второй сум матор соединен с источником напр жени  смещени , второй вход первого сумматора соединен с выходом суммирующего блока, а второй вход второго сумматора - с выходом вычитающего блока, в1Ё1ходы триггеров соединены со входами блока вычитани  временных интервалов и блока определени  знака мгновенной мощности, выход которого соединен с управл ющим входом импульсного переключател , а выход блока вычитани  временных интервалов - со входом блока заполнени  интервалов времени. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит сукмирующий блок 1 и .вычитающий блок 2, входы которых соединены с шинами преобразу ,емых напр жений и токов, формирова- . таль 3 периода, вход которого соединен с шиной преобразуемых напр жений источник 4 напр жени  смещени , выход которого соединен с первыми входами сумматоров 5 и 6, причем второй вход сумматора 5 соединен с выходом суммирующего блока 1, а второй вход сумматора 6 - с выходом вычитающего блока 2, формирователь 7 шага квантовани , вход которого соединен с выходом формировател  3 периода, блоки 8 и 9 сравнени , первые входы которых соединены с выходом функционального генератора 10 напр жени  полупараболической формы, вход которого соединен с выходом формировател  7 шага кванто вани  и первыми входами триггеров 11 и 12, выходы которых соединены со вхо дами блока 13 вычитани  временных интервалов и входами блока 14 определени  знака мгновенной мощности, второй вход триггера 11 соединен с выходом блока 8 сравнени , второй вход которого соединен с выходом сумматора . 5, и второй вход триггера 12 соединен с выходом блока 9 сравнени , второй вход которого соединен с выходом сумматора б, выход блока 13 вычитани  временных интервалов соединен со входом блока 15 заполнени  интервала времени, выход которого соеднней со входом импульсного, переключател  16 управл ющий вход которого соединен с выходом блока 14 определени  знака мгновенной мощности, а выходщ - со входами реверсивного счетчика 17. Устройство работает следующим образом . Преобразуемые сигналы U( t) и Uo(t), пропорциональные току и напр жению измер емойцепи, по соответствующим шинам подаютс  на входы суммирующего и вычитающего блоков 1 и 2. На первом входе блока 8 сравнени  действует напр жение и( t) и + Ос,( t) , где UQ - посто нное напр жение смещени , используемое дл  получени  однопол рных сигналов; Uc(t) ,(t) + и,-( t) - мгновенное значение выходного напр жени  суммирующегоблока If KC - коэффициент передачи этого блока. На первом входе блока 9 сравнени  действует напр жение ( t) Ug + Ug( t)/ где Ug(t) (t) - U ( t)J -мгновенное значение выходного напр жени  вычитающего блока 2; Kg - коэфлнциент передачи этого блока. На вторые входы блоков 8 и 9 срав- . нени  подаетс  напр жение от функционального генератора 10 напр жени  полупараболической формы запускаемого с помощью формировател  7 шага квантовани  в моменты времени t где Т - период напр жени  измер емой цепи; М - число измерений мгновенных значений напр жени  на первых входах блоков В и 9 сравнени  за один период напр жени  измер емой цепи; К а - индекс, показывающий моменты измерени  мгновенных значений выходных сигналов суммирующего и вычитакадего блоков. В течение шага квантовани  At на выходах триггеров 11 и 12 получаютс  сигналы соответствующих Tj и Т длительностей, равных интервалам времени между момент гили запуска функционального генератора 10 и срабатываний блоков 8 и 9 сравнени  соответственно. Эти сигналы подаютс  на входы блока 13 вычитани  временных интервалов, на выходе которого получаетс  разность длительностей 4Т (Тц-TJ ) , заполн ема  импульсами стабильной частоты fg в блоке 15 и записываетс  в рзверсивом счетчике 17. Направление счета последнего зависит от того, какой из блоков 8 и 9 сравнени  сработгш первым, что определ етс  блоком 14 определени  знака мгновенной мощности. Таким образом, на реверсивном счетчике 17 фиксируетс  количество импульсов, эквивалентное разности длительностей Л ( ), пропорциональное мгновенному значению мощности измер емого сигнала. Интегрирование цифровых эквивале тов ЛТ за один период Т измер емых сигналов, осуществл емое на реверсив ном счетчике, дает код активной мощности измер емой цепи. Длительность Т, и Tj триггеров 11 и 12 определ етс  из услови  динами . ческой компенсации напр ж.ений 1) ( t) и Ui(t) развертывайщим напр жением полупараболической Up(t) КрТГ от функционального генерато ра 10 и (tJ а (tv), где К - коэффициент развертывакхцего напр жени . С учетом Щ ( t) и и ( t) интервал времени ATjj () пропорционален разности квадратов сум№1 и разности напр жени  и тока измер емой цепи, т. е. мгновенному значению мощ ности. Блок 14 определени  знака мгновенной мощности осуществл ет логичес кую обработку выходных сигналов триг геров 11 и 12 следующим образом. Если мгновенна  мощность имеет положительный знак, то Т Tj и первым срабатывает триггер 12, а вторым триггер 11. При этом выходным сигналом блока 14 определени  знака мгновенной мощности импульсный переключатель 16 устанавливаетс  в верхнее положение и реверсивный счетчик 17 работает в режиме сложени . Если мгновенна  мощность имеет от рицательный знак, получаетс  Тц Тц и первым срабатывает триггер il, а вторым - триггер 12. При этом импуль сный, переключатель 16 устанавливаетс  в нижнее положение и реверсивный счетчик 17 работает в режиме вычитани . Таким образом, к концу периода Т на реверсивном счетчике накапливаетс  число, пропорциональное активной мощности Р VgJVV - e VbP Блок 14 определени  знака мгновен ной мощности и блок 13 вычитани  интервалов представл ют собой блоки логической обработки выходных сигналов триггеров 11 и 12. Предлагаемое устройство позвол ет управл ть устройствами режимной автоматики энергообъектов в реальном масштабе времени, а также уменьшает врем  измерени  до одного периода с точностью не менее 0,5%. Формула изобретени  Преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий суммирующий и вычитающий блоки, входы которых подключены к шинам преобразуемых напр жений и токов, последовательно соединенные формирователь периода, вход которого соединен с шиной преобразуемых напр жений, формирователь шага квантовани  и функциональный генератор напр жени  полупараболической формы, последовательно соединенные блок заполнени  интервала времени , импульсный переключатель и реверсивный счетчик, триггер, первый вход которого соединен с выходом формировател  шага квантовани , а второй с выходом блока сравнени , первый вход которого соединен с- выходом (Функционального генератора напр жени  полупараболической формы, а второй через сумматор с источником напр жеотличающийни  смещени , с   тем, что, с целью повЕлиени  быстродействи , в него дополнительно введены вторые триггер, блок сравнени  и сумматор, блок вычитани  временных ин.тервалов и блок определени  знака мгновенной мощности, причем первые входы триггеров и блоков сравнени  соединены попарно, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго блока.сравнени , второй вход которого через второй сумматор соединен с источником напр жени  смещени , второй вход первого сумматора соединен с выходом суммирующего блока, а второй вход второго сумматора - с выходом вычитающего блока, выходы триггеров соединены со входами блока вычитани  временных интервалов и блока определени  знака мгновеннрй мощности, выход которого соединен с управл ющим входом импульсного переключател , а выход блока вычитани  времени интервалов - со входом блока заполнени- интервалов времени. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 290226, кл. Н 03 К 13/02, 29.07.69.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 497726, кл. Н 03 К 13/20, 05.07.74 (прототип).