Преобразователь активной мощности в код Советский патент 1984 года по МПК G01R21/06 

1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетическгк измерительных информационных системах, устройствах режимной автоматики энергообъектов и в цифровых ваттмет рах. Известен преобразователь интегральных характеристик переменных напряжений и мощности в интервал времени, содержащий перемножитель, входы которого подключены к источни кам напряжения и тока контролируемо цепи, выявитель периода, вход которого соединен с одним из входов перемножителя, и интегрирующее устрой во ij; Недостатками этого устройства яв ляются низкое быстродействие, обусл ленное многократным разновременным сравнением (в течение интервалов вр мени, кратных периоду напряжения ко тролируемой цепи) выходного сигнала множительного устройства и образцов го сигнала; низкая точность в силу потери информации в интегрирующем устройстве в режиме запоминания в т чение времени, кратном периоду, и п этапного преобразования выходного сигнала множительного устройства сн чала в интервал времени, а потом времени в код при необходимости получения кода. Известен также преобразователь мощности в код, содержащий перемножитель , выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход которого Соединен с выходом цифрового делителя, входы которого подключены к выходам источника постоянного напряжения и блока выявления знака, другой выход и первый вход которого соединены с третьим входом и выходом интегр тора, а второй вход через выявитель периода - с одним из входов перемножителя 2j . Данный преобразователь имеет низ кое быстродействие (время одного преобразования составляет 9-12 пери дов входного сигнала в зависимости ОТ системы представления выходного кода) . Цель изобретения - повышение быс родействия. Поставленная цель достигается те что в преобразователь активной мощности в код, содержащий перемножите 0 входы которого соединены с входными шинами напряжения и тока контролируемой цепи, выявитель периода, вход которого подключен к одному из входов перемножителя, и интегратор, дополнительно введены сумматор, ячейка выборки и хранения, преобразователь напряжение - код, вычислительный блок, преобразователь код - напряжение и умножитель частоты, причем вход интегратора через ячейку выборки и хранения подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, а второй вход с выходом преобразователя код - напряжение, кодовые входы которого подключены к входам вычислительного блока и выходам преобразователя напряжение - код, вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующие входы ячейки выборки и хранения, преобразователя напряжение - код и вычислительного блока подключены через умножитель частоты к входу выявителя периода, выход которого соединен с входом сброса интегратора и дополнительным тактирующим входом вычислительного блока; На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 (а-е) - временные диаграммы его работы. Преобразователь содержит перемножитель 1 ,, входы которого соединены с входными шинами напряжения и тока контролируемой цепи, сумматор 2, первый вход которого подключен к выходу перемножителя ,1 , ячейку 3 вы- борки и хранения, вход которой подключен к выходу сумматора 2, интегратор 4, вход которого соединен с выходом ячейки 3, преобразователь 5 напряжение - код, вход которого подключен к выходу интегратора 4, вычислительный блок 6 и преобразователь 7 кЪд - напряжение, кодовые входы которых соединены с выходами преобразователя 5, умножитель 8 частоты, вход которого подключен к одному из входов перемножителя 1, а выход - к тактирующим входам ячейки 3, преобразователя 5 и вычислительного блока 6, выяв итель 9 периода, вход которого подключен к входу умножителя 8 частоты, а выход - к входу сброса интегратора 4 и к дополнительному тактир тощему входу вычислительного блока 6, причем выход преобразователя 7 соединен с вторым входом сумматора 2, Преобразователь работает следующим образом. Сигналы L (t) и U, (t) , пропорциональные напряжению и току контролиру мой цепи, по соответствующим шинам (Поступают на входы перемножителя 1, выходное напряжение Uu(t) SU(t),(t) которого пропорционально мгновенной мощности P(t)l(t)-U -(t) , где S - коэффициент передачи перемно житёля 1 (фиг.2 а,б). Умножитель 8 частоты генерирует тактирующие импульсы с частотой - JJ TV превышаюп);ей частоту преобviв М раз разуемого напряжения где М - количество измерений мгновен ных значений преобразуемых сигналов за период Т, (фиг.2 в,г) . При поступлении первого импульса от умножителя 8 частоты в момент на выходе ячейке 3 времени t выборки и хранения формируется импульс напряжения Ug(t, )(t,) постоянной длительности LQ , который поступает на вход интегратора 4 Сфиг.2д). К концу интервала времени L на выходе интегратора 4 устанавливаетс напряжение (фиг.2е. -Ч-Г t ,(.t - постоянная времени интеграто ра 4. Для простоты анализа полагаем. ЧТО коэффициент пропорциональности -f:- 1 и амплитуда выходных импуль сов ячейки 3 выборки и хранения за время CQ не изменяется в силубо Т.. При этом получаем е,,-«-и g(t,.)Uh ( Выходный код N преобразователя эквивалентный напряжению В, поступает на кодовые входы преобразовате ля 7 и вычислительного блока 6. При поступлении второго импульса от умножителя 8 частоты в момент вр 2Тх„ о . --- на выходе ячейки 3 вымени t 2 М борки и хранения формируется импуль напряжения длительности (-о и амплиту Ug(t,,) UyCtp+u,. Здесь и, - выходное напряжение преобразователя 7 , соответствующее коду Выходное напряжение интегратора 4, соответствующее импульсу напряжения Ug(t2.), будет .(t2),,(t)-U(t,) . С учетом того, что к началу напряжение на выходе интегратора 4 равнялось 1 , окончательно к концу Q во втором такте на его выходе уста,глП навливается напряжение -Uy(t,). Код Nj, соответствующий 1, поступает на вход вычислительного блока 6 и преобразователя 7. При поступлении третьего импульса от умножителя 8 частоты в момент времени to на выходе преобразователя 7 Устанавливается напряжение Un , эквивалентное коду Nj-. Поэтому на выходе ячейки 3 выборки и хранения имеет UgCt, )Uy(t3)(t)-U(,(tj). К концу интервала в третьем такте на выходе интегратора 4 устанавливается напряжение 1 17 9 С учетом того, что (ta) -Ub (t,2,) s памяти интегратора 4 имеется напряжение f i,(t i) , к концу Од на его выходе имеем (ti) , llcL выходе преобразователя 5 формируется код Кл, эквивалентный J. Далее процесс повторяется периодически через интервал дискретизаТхции --- . Таким образом, на выходе интегратора 4 к концу К-го такта преобразование устанавливается напряжение ,-,..,+i;,-Uy(t). Соответственно код NI эквивалентный ), будет пропорциональным мгновенному значению мощности, т.е. N,P(t)U,(t ) ) - В момент времени t, Поскольку за период Т)f .выполняется М-тактное преобразование входных сигналов, нормированное значение суммы кодов преобразователя 5 будет эквивалентно активной мощности контролируемой цепи, т.е. . . этом вычислительный блок 6 работает в режиме усреднения. Устройство может работать в режиме скользящего усреднения, когда считывание кода осуществляется по истечении п периодов преобразуемого напряжения. Для этого в вычислительно блоке 6 подсчитывается количество Q тактирующих импульсов от умножителд 8 частоты и считывание осуществляется в моменты времени, когда Q М, ZM, . , ., qM. Если требуется считьшание.кода измеряемой активной мои ности к концу каждого периода, то достаточно использовать выходной сигнал выявителя 9 периода, который к концу каждого периода сбрасывает интегратор 4 и дает тактирующий импульс на дополнительный тактирующий вход вычислительного блока 6 об окончании периодаТу. Количество тактов М ззнутри периода выбирается с учетом дифференциальных и спектральных свойств сигналов и(t)H U|(t), исходя из критерия минимизации погрешности числен кого интегрирования. При определении рационального зна чения IQ можно пользоваться критерием минимизации динамической погрешности второго рода, оцениваемой по интегра лу Дюамеля, . Фулкциональные узлы предлагаемого устройства хорошо разработаны в аналого-цифровой измерительной технике, что обеспечивает достаточно высокую реализуемость использованием современной элементной базы. При преобразовании активной мощности вычислительный блок б представ ляет собой накапливающий сумматор Преобразователи напряжение - код 5 и код - напряжение 7 двухполярные, т.е. способны преобразовывать как по ложительные, так и отрицательные значения кода и напряжения Разрядность преобразователей 5 и 7 определяется требуемой точностью преобразования, но требования:к точности пр образователя 5 значительно ниже в силу использования компенсационного метода преобразования мощности устройством в делом. Дели объединить входы перемножите ля 1 и подключить их либр к источник преобразуемсзго напряжения ); либо же к источнику гфеобразуемого тока (t) 5 то нормированные значения, получаемые навыходе вычислительного блока 6, будут эквивалентны квадратам действующих значений напряжения и или тока.З контролируемой цепи соответственно : 1 ц г N,-:U ; - ZN, М Здееь (t,,) и N, U (t) соответственно эквивалентны квадратам мгновенных значений преобразуемого напряжения и тока контролируемой цепи. При этом вычислительный блок 6 выполняет помимо нормирования.выходных, кодов преобразователя напряжение - код 5 также следующие вычисления; определение действующего значения напряжения N(, ,. (3) или определение действ;/1ощего значения тока NJ -1 (4) Дальнейщей обработкой кодов, эквивалентных активной мощности Np и действующих значений напряжения N(1 и тока N-J, можно определить полную мощность N ,- , реактивную мощность N -fNp7f, коэффициент мощности Таким образом,предлагаемое устройство позволяет осуществить преобра зование основных собственных и взаимшз1х интегральных параметров сиг налов переменного тока в реальной масштабе времени, (за один период) с достаточно высокими показателями по быстродействию, .(за счет использования метода внутрипериодных измерен1-гй и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов) и по точности (благодаря компенсационному методу преобразования информации).

a

Гп .

Фиг.1

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В КОД, содержащий перемножитель, входы которого соединены с входньши шинами напряжения и тока контролируемой цепи, вьшвитель периода, вход которого подключен к од ному из входов перемножителя, и интегратор, отличающийся Фиг.1 тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены сумматор, ячейка выборки и 1хранения, преобразователь напряжение код, вычислительный блок, преобразователь код - напряжение и умножитель частоты, причем вход интегратора через ячейку выборки и хранения подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, а второй вход- с выходом преобразователя код - напряжение, кодовые входы которого подключены к входам вычислительного блока и выходам преобразователя напряжение - код, вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующие входы ячейки выборки и хранения, преобразователя напряжение код и вычислительного блока подключены через умножитель частоты к входу выявителя периода,-выход которого соединен с входом сброса интегратора и дополнительным тактирующим входом вычислительког;о блока.