Преобразователь мощности в частоту Советский патент 1985 года по МПК G01R21/00 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТ В ЧАСТОТУ, состоящий из множительного устройства, к входам которого подключены выходы Ьумматоров, к пер Uzii о- вым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения VB частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора непосредственно. 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности при широкополосных входных сигналах, сумматоры с выполнены в виде сумматоров разновременного суммирования управляющие входы которых подключены к дополнительному генератору. }

Фиг.1

Изобретение относится к средствам измерения и наиболее широкое применение может найти при измерении электрической энергии. Возможно использование устройства и для интегри рования произведения любых других величин, преобразованных в электрические сигналы, например, при измерении расхода жидкостей и газов.

Известен преобразователь мощное™ ти в частоту, в котором входные сигналь, пропорциональные току и напряжению контролируемой цепи, подключень X входам множительного устройства напряжение выхода которого преобразуется в частрту посредством подключенного к выходу преобразователя напряжения в частоту Щ.

Недостатком такого решения является низкая точность, так как в нем нормируется относительная погрешность, что предъявляет более жесткие требования по точности, чем в измерительных преобразователйх мощности, где нормируется приведенная погрешностьо С другой стороны, любые методы коррекции погрешностей приводят к усложнению схемы, снижению ее надежности, требования к которой в счетчиках таюке чрезвычайно высоки.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь мощности в частоту, содержащий множительное гстройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигнгглы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения в частоту, выход которого подключен через преобразователь напряжения в частоту к второму входу второго сумматоpaj а второй вход первого сумматора подключен к источнику опорного напряжения zj .

Недостатком известного устройства является необходимость получения хорошо сглаженного напряжения постоякного тока на выходе преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ), так как иначе при ряде частот (значение входного сигнала) пульсации будут пе(ремножаться с. вторым входным сигналом, создавая значительную погрешность. Необходимость в качественном сглаживании напряжения на выходе ЛИЧ усложняет схему и повышает динамическую погрешность, которая при частых изменениях уровня мощности, как на железной дороге при учете потребляемой электровозом энергии, может привести к значительной резултирующей погрешности счетчика.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет снижения динамической погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе мощности в частоту, содержащем множительное устройство, к входам которого подключены выходы сумматоров, к первым входам которых подключены входные сигналы, а выход множительного устройства подключен через интегратор к преобразователю напряжения в частоту, выход преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого сумматора через одновибратор, а к второму входу второго сумматора - непосредственно

С целью повышения точности преобразования при широкополосных входных сигналах в качестве устройств

ввода сигналов целесообразно испольI

зовать сумматоры разновременного

суммирования, управляющие входы котрых подключены к дополнительному генератору

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя мощности в частоту, на фиг.2 - то же, при произвольнь х входных сигналах, на - временные диаграммы, поясняющие работу .устройства.

Преобразователь мощности в частоту содержит множительное устройство 1, к входам которого подключены выходы сумматоров 2 и 3, к первым входам которых подключены входные сигналы Uj(t) и ), пропорциональные .напряжению и току контроХ1ируемой цепи. Выход множительного устройства 1 через интегратор 4 подключен к преобразователю напряжения в частоту (ПНЧ) 5. Выход ПНЧ 5 подключен к второму входу сумматора 2 через одновибр.атор 6, а к второму входу сумматора 3 - непосредственно. Одновибратор 6 имеет на выходе полярность импульсов, соответствующую полярности напряжения на выходе ПНЧ 5. На фиг.2 сумматоры 2 и 3 раз новременного суммирования выполнены в виде переключателей, попеременно подключаемых к входным сигналам U(t) или к выходу ПНЧ 5 и одновибратора 6. К управляющим входам переключателей 2 и 3 подключен выход генератора 7, который может быть синхронизирован с ПНЧ или с входными сигналами преобразователя На фиг.З а - приведены входные напряжения О, и 0, когда они являю ся напряжениями постоянного тока, б - напряжение на выходе ПНЧ 5i в на выходе одновибратора 6. Рассмотрим работу схемы, когда входные напряжения (J,(i) и (J2(1 являются напряжениями постоянного тока Эти напряжения U(t)«U, U(t)U2 поданы на первые входы cy в aтopoв 2 и 3, на вторые входы которых под ны напряжения ui(tj и (i) с выхода ПНЧ 5 и одновибратора 6. Кривые эт напряжений приведены -на фиг.З, где видно, что « (i и/ (t) ортогональ на периоде ,,/{, И ). ПНЧ 5, т.е. 1+Т„i4To . j U, 0-, j l,f(t) (} t t . i+fo I U2titj 3t 0) I Uzpit). t Если функция преобразования множительного устройства z ic, XY, где Z - мгновенное значение выходного сигнала X ,У - мгновенные значения входных сигналов множительног устройства, то в схеме на фиг.2 выходной сигнал множительного устройства 1 : (bK,)(((t)).в силу наличия обратной связи в установившемся режиме среднее зна чение напряжения на входе интеграто ра 4 должно быть равно нулю. С учетом соотношений (1), обозначая среднее значение чертой сверху, получим(,(U,-f(t))(U,(in k,(U,Ua-f5{t)odW из фиг.З, разлагая в ряд Фурье сигналы /5 (-t) Hoc(t) , получим среднее значение произведения: p((, 8 длительность импульса на где выходе одновибратора 6, ОоЛамплитуды напряжений на выходе ПНЧ 5 и одновирратора 6. и (3) получим, что С учетом частота ПНЧ пропорциональна произведению U И т.е.. мощности контролируемой цепи постоянного тока, и не зависит от коэффициентов преобразования умножителя Kj, интегратора 4, ПНЧ 5 и зависит только от стабильности напряжений ио, Up и стабильности временного интервала i одновибратора 6. При наличии в сигналах Ц(t) и переменной составляющей соотношения (1) не выполняются при переменной частоте i по крайней мере при ряде значений сигнала, что приводит к погрешности учета энергии. В этом случае применяется вариант предлагаемого счетчика (фиг.2), где в качестве устройств ввода сигнала используют сумматоры разновременного суммирования 2 и 3. Рассмотрим работу схемы на фиг.2, полагая для простоты, что время t состояния переключателей, когда они подключены к входным сигналам Uy. (-t) и llj(i;), равно времени i , когда переключатели подключены к сигналам (-t) HA(t) и это время T кратно периоду сигналов и примерно кратно периоду ПНЧ 5, что возможно при синхронизации генератора 7 от источника входных сигналов. Последнее-предположение введено для исключения рассмотрения методической погрешности счетчика. При принятых допущениях7(il-Z,ltV2;,,U,ti)U2(,p(iKltb Среднее значение Н.) в установившемся режиме также равно нулю, откуда tiIT, u,WU7UlcJt + (. Следовательно 2UAMo4 2H), (f) а частота колебаний ПНЧ 5 пропорциональна мощности контролируемой цепи т {jU. 2и„иД Из (9) видно, что частота колебаний не зависит от существенных погрешностей элементов схемы: коэффициентов преобразования множительного устройства 1, интегратора 4, ПНЧ 5. Преобразователь допускает различ ные режимы по частоте работы переключателей и ПНЧ 5 Например, частоте сигналов 50 Гц, изменении частоты ПНЧ для произведения входных сигналов в диапазоне t-tOO% от 100 Гц до 10 кГц частота переключателей может составлять 1 или 2 Гц или 50г100 периодов входного сигнала. Но при той же частоте сигналов и частоте ПНЧ 1-100 Гц частота пере ключателей может составлять 10-20 кГ и не синхронизироваться с сигналами элементов счетчика. Таким образом, частота кою утация перекшочателей 2 и 3 должна быть дпя исключения методической погрешности либо значительно выше наивысшей частоты сигнала и ПНЧ 5, либо значительно ниже наименьшей их частоты, т.е. не быть одного порядка с этими частотами. Это известное соотношение для времяимпульсных и коммутируемых устройств. В рассмотренных преобразователях мощности в частоту исключены существенные составлякицие погрешности преобразования. Не следует считать, что исключены все погрешности. Ограничения определяются принятой математической моделью (2) множительного устройства. Отмеченный эффект в соответствии с (2) достигается при отсутствии умножительного устройства аддитивной составляющей погрешности и погрешности нелинейности. Достигнутый эффект инвариантен к характеристике ПНЧ, где допустима существенная нелинейность. Предложенное решение не исключает погрешностей элементов, например, входных трансформаторов тока и напряжения, шунтов, делителей, находящихся вне контуров обратной связи.

а

(rMi

игЮ Uz

U О

фаг.З