Устройство для измерения электрических параметров в цепях переменного тока Советский патент 1983 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для измерения напряжений, токов, активной, реактивной и полной мощности, а также коэффициента, мощности в цепях синусоидального то ка. По основному авт. св. №750381 известно устройство для измерения электрических параметров в цепях переменного тока, содержащее трансформаторы напряжения и тока, нульорган, два экстрематора, четыре аналоговых ключа, четыре аналоговых запоминающих устройства, три множительных и одно делительное устройст во Выход трансформатора напряжения соединен с информационным входом первого ключа, входами первого экстрематора и нуль-органа. Выход трансформатора т0ка соединен с входом второго экстрематора и инфор мационными входагли второго, третьег и четвертого ключей, выходы которых соединены соответственно с входами второго, третьего и четвертого аналоговых, запоминающих устройств. Выход первого экстрематора соединен с управляыцшли входами первого и второго , выход второго экстрематора - с управлякхцим входом третьего ключа, выход нуль-органа с управлякядим входом четвертого клю ча, входы первого множительного уст ройства - с выходами первого и второго аналоговых запоминаьвдих устройств, входы второго множительного устройства - с выходами первего и третьего аналоговых запоминакщих устройств, входы третьего множитель ного устройства - с выходами первого и четвертого аналоговых запоминающих устройств. Входы делимого и делителя делительного устройства .соединены с выходами второго и трет его аналоговых запоминающих устройств Cl }. Известное устройство характеризу ется недостаточной точностью опреде лений параметров, обусловленные: изм рением величин напряжения и Тока ис следуемой цепи со значительным инте валом времени между ними. Цель изобретения - повышение быс родействия и точности измерения эле трических параметров в цепях переменного тока.. Поставленная цель достигается те что в устройство для измерения элек трических параметров в цепях переме ного тока, содержащее трансформатор напряжения и тока, нуль-орган, два экстрематора, четыре аналоговых клю ча, четыре анешоговых запоминающих узла, три множительных и одно делительн.ое устройство, выход трансформатора напряжения соединен с информационным входом первого ключа. входами первого экстрематора и нульоргана, выход трансформатора тока соединен с входом второго экстрематора и с информационными входами второго, третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены соответстве 1но с входами второго,, третьего и четвертого аналоговых запоминающих узлов, выход первого экстрематора соединен с управляющими входами первогб л второго ключей, выход первого экстрематора - с управляющим входом третьего ключа, выход . нуль-органа - с управляющим входом четвертого ключа, входы первого множительного блока - с выходами первого и второго аналоговых запоминающих узлов, входы второго множительного блока - с выходами первого и третьего аналоговых запоминающих узлов, входы третьего множительного блока - с выходами первого и четвертого аналоговых запоминающих узлов,, входы делимого и делителя делительного блока - с выходами второго и третьего аналоговых запоминающих узлов, введены дополнительный нульорган и пятый, шестойj седьмой и восьмой ключи, а экстрематора выполнены в виде последовательно соеди- . ненных дифференциаторов и нуль-органов, причем выход второго дифференциатора подключен к входам второго, третьего и четвертого запоминающих узлов соответственно через шестоЛ, седьмой и восьмой-ключи, выход первого дифференциатора подключен к входу первого, аналогового запоминающего узла через пятый ключ, управляющи(1 вход которого подключен к выходу основного нуль-органа и управляющему входу шестого ключа, управляющий вход седьмого ключа подключен через дополнительный нуль-орган к выходу трансформатора тока, а управ-ляющий вход восьмого ключа соединен с выходом первого экстрематора. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит трансформатор 1 напряжения, трансформатор 2 тока, нуль-орган 3, первый экстрематор 4, содержащий последовательно соединенные первый дифференциатор 5 и нуль-орган 6, дополнительный нульорган 7, второй экстрематор 8, содержащий последовательно соединенные второй дифференциатор 9 и нульорган 10, а такие анашоговые ключи 11-18, аналоговые запоминающие узлы (АЗУ) 19-22, множительные блоки 23-25 и делительный блок 26. Выход трансформатора 1 напряжения соединен с входом нуль-органа 3, входом первого экстрематора 4 и информационным входом ключа 11, выход которого связан с входом анапогово- го запоминагацего узла 19, а упавлякций вход - с выходом первога экстрематора 4 и с управлямцими ходами ключей 12 и 18. Выход диференциатора 5 связан с входом нульоргана б и информационныгл входом ключа 15, выход Которого соединен с входом аналогового запоминающего узла (АЗУ) 19, а управляющий вхоД. с вы;:одом нуль-органа 3 и с упреивяюцкмя входами ключей 14 и 1б« Вы- . ход трансформатора 2 тока связан с входом нуль-органа 7, входом второго экстрематора 8 и информационными входагли ключей 12, 13 и 14, выходы. которых соответственно соединейы с входами АЗУ 20, 21 и 22, а управляющий вход ключа 13 сЛзязан с выходом второго экстрематора 8. Выход дифференциатора 9 связан с входом нульг органа 10 и информационными входами ключей 16, 18, выходы которых соединены соответственно с входами АЗУ 20, 21 и22, а управлягаций вход ключа 17 связан с выходом нуль-органа 7. Выход запоминающего узла 19 связан с первыми входами множительных, блоков 23, 24 и 25, выход запоминающего узла 20 - с вторым входом множительного блока 23 и входом делимого делительного блока 26, выход запоминающего узла 21 - с вторым входом множительного блока 24 и входом делителя делительного блока 26, выход запоминающего узла 22 с вторым входом множительного блока 25.

Устройство работает следующим , образом.

При синусоидальных кривых напряжения и тока в цепи выходные сигналы дифференциаторов 5 и 9 также являются синусоидальньми, но опережают соответствующие выходные сигналы на 90. Выбором коэффициента передачи дифференциаторов равншл Кд 1/Шр, где Що- частота напряжения и тока цепи, обеспечивают равенство амплитуд выходных и входных сигналов дифференциаторов.

В момент t прохойщения сигналом трансформатора 1 напряжения нулевого значения на выходе нуль-органа 3 возникает сигнал, поступаиадий на упавлявшие входы ключей 14, 15 и 16, на информационные входы которых поданы сигналы, пропорциональные соответственно току i (t) и производным напря хёния и(1)и тока i(t). Поэтому на входы АЗУ 19, 20 и 22 поступают сигналы, пропорциональные соответственно амплитуде .напряжения ff,, произведению амплитуды тока фазы. Jj на коэффициент модности cos-Ч, где - угол сдвига фаз между напряже- нием и током цепи, и произведению fn sin If. Напрях ения с АЗУ 19 и 20, ропорциональные U, и 3,cosf, постугиот на входы множительного блока

23, на выходе которого напряжение пропорционально активной мощности фазы.

Kp-aulcosV,

где Кр - коэффициент пропорциональности ;

и, О - действующие значения напряжения и тока фазы.

0 Напряжения с АЗУ 19 и 22; пропорциональные и и , поступают .на входы множительного блока 25, на выходе которого напряжение пропорционально реактивной мощности 5 фазы ,

(jVm e

где Kg- коэффициент пропорциональности.

Таким образом, активная и реактивная мощности фазы вычисляются по мгновенным значениям производной напряжения, тока и его производной, - определенным сяновременно в момент t.

В момент t2 прохоходения выходным сигналом трансформатора 2 тока нулевого значения на входе нуль-органа 7 возникает сигнал, открывакций ключ 17, на информационный вход ко0 торого с выхода дифференциатора 9. поступает сигнал, пропорциональный производной тока i(t). Поэтому на вход АЗУ 21 йроходит сигнал, пропорциональный апплитуде тока 3,

5 Выходной сигнал с АЗУ 21 поступает

на вход делителя делительного бло. ка 26, на входе делимого которого

присутствует определенный в момент

t сигнал, пропорционал1Л1ый .

0 .Следовательно, в момент 2 входе делительного блока 26 присутствует напряжение, пропорциональное коэффициенту мощности cosV.

Одновременно выходной сигнал с

с АЗУ 21, пропорциональный амплитуде тока 3„,, подается на второй вход множительного блока 24, на первом входе которого в момент t образовался сигнал, пропорциональный амплитуде напряжения U,.

0

Поэтому в момент t а на выходе множительного блока 24 присутствует напряжение, пропорциональное полной мощности фазы

55

Ф 9Vm2- з

гд« Kg f- коэффициент пропорциональности.

Напряжение с АЗУ 19, появившееся 60. в момент t.,, и напряжение с АЗУ 21, появившееся в момент t.,, пропорциональные амплитудам напряжения тока ,„, позволяют измерять действующие значения напряжения и тока: : ,707 Л.«0,707:„, В момент tj Прохоходения нулевого значения выходным напряжением дифференциатора 5 возникает сигнал на выхсде нуль-органа 6, поступающи на управЛяквдие входы ключей 11, 12 и 18, которые пропускают на входы АЗУ 19, 20 и 22 сигналы, пропорциональные и. V и соответственно. При этом на выходе множительного блока 23 присутствует сигнал, пропорциональный активной мощности фазы Рф, а на выходе множительного блока 25 - пропорциональный реактивной мощности фазы Цф Таким образом, активная Рф и реактивная йф мощности фазы вычисляют по мгновенным значениям напряжения, :тока и производной тока, определенным в один и тот же момент t Определенное в момент t, напряжение, пропорциональное ЗщСозЧ, с выхода ЛЗУ 20 поступает также на вх делимого делительного блока 26, на входе елителя которого присутствует напрях ение, пропорциональное амплитуде тока 3fn определенное в момент 2 поэтому на выходе делительного блока 26 появляется напр жение, пропорциональное .коэффициенту мощности cos V . Определенное в момент t, напря.жение, пропорциональное амплитуде напряжения и,„, с выхода АЗУ 19 поступает на первый вход множительного блока 24, на втором входе которого присутствует напряжение, пропорциональное a 1плитyдe тока 3т, определе ное в момент t2, и пoэтo /Iy на выходе 1множительного блока 24 присутствует напряжение, пропорциональное полной мощности фазы В момент t прохождения выходным сигналом дифференциатора 9 нулевого значения на выходе нуль-орга на 10 возникает сигнал, поступаьадий на управляющий вход ключа 13,который пропускает на вход АЗУ 21 сигнал, пропорциональный амплитуде тока iji. При этом на выходе множительного блока 24 присутствует Напряжение, иропорцибнальное полной мощности Зф, а на В14ходе делительного-блока напряжение, пропорциональное коэффициенту мощности GosV . В следующую половину периода напряжения цикл .работы устройства повторяется. Таким образом, устройство измеряет активную РФ и реактивную йф мощности фазы два раза за половину периода напряжения в моменты t к t, , соответствующие прохожде 1ию через нулевой уровень напряжения и его производной. При этом для вычисления активной и реактивной мощностей каждый раз используют значения напряжения, тока и их производных, определённые в один и тот же момент времени. Полная мощность и коэффициент мощности вычисляют четыре раза за половину периода напряжения в моменt j и 14., причем ты времени t, t, одна из величин, необходимая для определения этих параметров, находится в рассмауриваемый момент времени, а другая - в предыдущий. Напряжение U и ток 3 измеряют поочередно соответственно в моменты t и tj, tj и t4 по два раза за полоЬину периода напря/хения. Таким образом, введение дополнительного нуль-органа, четырех аналоговых ключей и выполнение экстрематоров в виде последовательно соедивенных дифференциатора и нуль-органа, соединенных описанным выше образом, позволяют повысить точность измерения электрических параметров в цепях переменного тока.

УСТРОПСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЙИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГОТОКА ПО авт. св. I 750381, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены дополнительный нуль-орган и пятый, шестой седьмой и восьмой ключи, а экстре- маторы вьшолнены в виде -последовательно соединенных дифференциаторов и нуль-органов, причем выход второго дифференциатора подключен к входам второго, третьего и четвертого аналоговых запоминакхцих узлов соответственно через шестой, седьмой и восьмой ключи, выход первого дифференциатора подключен к входу первого аналогового запоминающего узла через пятый ключ, управляющий вход которого- подключен к выходу основного нуль-органа и управляющему входу шест:ого ключа, управляющий вход седьмого ключа подключен через дополнительный нуль-орган к ВЫХОДУ трансформатора тока, а управляющий вход SS восьмого ключа соединен с выходом сл первого экстрематора.