Устройство для измерения мощности Советский патент 1985 года по МПК G01R21/06 

I Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании ваттметро переменного тока для измерения акти ной, реактивной и полной мощности в цепях синусоидального тока. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема логического блока; на фиг. 3 - временные диаграммы . работы устройства. Устройство содержит множительный блок I, нуль-органы 2 и 3, фильтр 4 высоких частот, ключ 5, логический блок 6, преобразователь 7 среднего значения напряжения, элементы И 8 II, генератор 12 импульсов, делител 13 частоты на два, делитель 14 част ты на четыре, счетчики 15 и 16, реверсивные счетчики 17 и 18. Логический блок 6 содержит кнопк 19 сброс и 20 пуск, триггеры 21 - 28, элементы И 29 - 31, перекл чатель 32 режимов измерения. Устройство работает следу1адим образом. На выходе блока 1 образуется напряжение, пропорциональное произведению мгновенных значений напряжени и(t) и тока i(t) исследуемой цепи. Есл входные напряжение и тог определяют ся соотношениями U{) . i(il I 5i4wb4), то напряжение на выходе блока 1 (фиг. Зс1 равно: Урп ,.к„и1 x cosM cos(2tot-4)J , где и, 1- действующее значение напря жения и тока; Ч - фазовый сдвиг; Ky,Kj - коэффициенты трансформации масштабных преобразователе напряжения и тока, Кр - коэффициент передачи блока 1. Те же входные сигналы подаются на нуль-органы 2 и .., которыми осуществляется формирование импульсов в моменты переходов этих сигналов через иулевые значения, например из отрицательной области в положительную. Выходные импульсы нуль-ор нов 2 и 3 поступают на первый и второй входы логического блока 6. 22 Через фильтр 4 на вход ключа 5 поступает только переменная составляющая выходного напряжения Un(i) (фиг. 35) блока 1 и() KM К,. К„ и Г cos (Zwt- i/j . () ( Ключ 5 управляющим сигналом блока 6открывается на определенное время в течение каждого периода входных сигналов в зависимости от измеряемой величины: активной, реактивной или полной мощности. В результате через ключ 5 на вход преобразователя 7 поступает кусочно-гармонический сигнал определенной формы. При измерении активной мощности ключ 5 откршается на фазовый интервал от ( до ( + l-l г-де к 0,1,2,... В этом случае на вход преобразователя 7 поступает напряжение Up{i) форма которого приведена на фиг.З в . В режиме измерения реактивной мощности 5 открывается на Лазовый интервал от х 2 до (К-2н- -) и напряжение UgltlHa входе преобразователя 7 имеет форму, приведенную на фиг. 3г. В режиме измерения полной мсицности ключ 5 открьюается на фазовый / - V ), интервал от (КU + форма напряжения Ug(} для этого режима на входе преобразователя 7показана на фиг. ЗЭ. Покажем, что при усреднении кусочно-гармонических напряжений Upil),Ua(tf и UjUl преобразователем 7 постоянное напряжение (или код) образующееся на его выходе, пропорционально соответственно активной Р, реактивной и и полной S мощностям:«f/2tf/1 co5(2u)t-) KUlcosi KP. (i где Up - постоянное напряжение на выходе преобразователя 7; K KuK4KnKy- jj - коэффициент передачи устройства; Р и I cos f - активная мощность; .t),-MHirj

31

)) KUls ntlrKQ ,(3,

где UQ - постоянное напряжение на

выходе преобразователя 7; а и151пЛ- реактивная мощность. f|гtm z J|

)t K,K.

тг

flJ.

ce5(2wi-)tlu)(jr K5 , U1 где Uj- постоянное напряжение на выходе преобразователя 7 - полная мощность.

Таким образом, постоянные напряжения Up, UQ , Uj на выходе преобразователя 7 при усреднении кусочногармонических сигналов Up(t|, и(|| и Ug{i|- соответственно действительно пропорциональны активной, реактивной и полной мощности.

Рассмотрим принцип формирования каждого из трех сигналов управляющих ключом 5 при измерении соответствующих величин.

Режим измерения активной мощности Переключатель 32 находится в положений Р, И кнопкой 19 сброс устройство устанавливается в исходное состояние. Сигнал с выхода нульоргана 2 поступает на первые входы элементов И 29 - 31, а сигнал с выхода нуль-органа 3 - на нулевой вход триггера 21. В исходном состоя НИИ элементы И 29 - 31 закрыты по второму входу управляющими потенциалами триггеров 23 - 25 соответственно. Логический блок 6 находится в нерабочем состоянии.

В рабочее состояние блок 6 переводится нажатием кнопки 20 пуск, тем самым триггера 23 и 24 устанавливаются в единичное состояние, подготавливая к работе злементы И 29 и 30, и осуществляет следующие операции: устанавливает в единичное состояние триггеры 21, 22 и 25 и возвращает в исходное состояние триггер 23. С триггеров 21 и 22 подаются разрешающие потенциалы по второму и третьему выходам логического блока 6 на первые входы элементов И 8 и 9, через которые начинают поступать импульсы на суммирующие счетчики 15 и I б и на регрессивные счетные входы реверсивных счетчиков 18 и 17. Если образцовую чистоту генератора 12 обозначить f, , то импульсы, поступающие на входы счетчиков 16 и 18 с делителя 13 частоты на два, имеют частоту .

574724

а импульсы, поступающие на вход счетчиков, 15 и 17 с делителя 14 частоты, на четьфе, имеют частоту ,/6. Триггер 21 возвращается в исходное состояние импульсом с выхода куль-органа 3, поступающим на его нулевой вход, а триггер 22 - очередным импульсом с нуль-органа 2, поступающим через элемент И 30 на его счетный вход. Этот же импульс нуль-органа 2 проходит через элемент И 31 на единичные входы триггеров 26 и 27, устанавливая их в единичное состояние. Тем самым триггерами 21 и 22 снимаются разрещающие потенциалы с элементов И 8 и 9 и прекращается поступление импульсов на счетчики 15 - 18. Кроме того, выходным сигналом триг ера 22 возвращается в исходное состояние триггер 24.

Таким образом, длительность разрешающих сигналов, поступакицих на элементы И 8 и 9, равна соответственно интервалу времени t между переходами напряжения и тока через одноименные нулевые значения и периоду Т. Тогда в счетчики 15 и 17 запишется количество импульсов

f.

М -4 0 -

a в с етчики 16 и

N,.T

С единичных выходов триггеров 26 и 27 подаются разрешающие потенциалы по четвертому и пятому выходам логического блока 6 соответственно на элементы И 10 и П, через которые импульсы частоты д с генератора 12 поступают на прогрессивные счет- ные входы реверсивных счетчиков 17 и 18 до переполнения каждог го из них. Очевидно, счетчик 17 переполнится при поступлении на него N( ю пульсов, а время их поступления определяется по формуле

i -2Ii..l±

«что соответствует фазо

вому сдвигу.ч/2.

Счетчик 18 переполнится при поступлении на него N испульсов, а

время счета равно .1 - 1. что

2-17

соответствует фазе U/4.

Сигналы переполнения реверсивных счетчиков 17 и 18 подаются на их 5 же входы управления записью и па третий и четвертый входы логическог блока 6. Тем самым кодым,.и м счетчиков 15 и 17 записываются в реверсивные, счетчики 16 и 18 соответственнно. В блоке 6 сигналы переполне ния реверсивных счетчиков 16 и 18 подаются соответственно на нулевые входы триггеров 26 и 27, возвращая их в исходное состояние и снимая разрешающий потенциал с элементов И 0, II. Выходные сигналы реверсивных счетчиков 16 и 18 подаются также соответственно на единичный и нулевой входы триггера 28. Тем самым на выходе триггера 28 формиру ется разрешающий сигнал, подаваемый по первому выходу блока 6 на управляющий вход ключа 5. Длительность этого сигнала находится в фазовом интервале Ч/2- /Г/А, что и требуется для измерения активной мощности. Последующие управляющие сигналы формируются аналогично с приходом каждого импульса с нуль-органа 2 через элемент И 31 н-а единичные входы триггеров 26 и 27. Режим измерения реактивной мощности. Принцип формирования управляющих сигналов, подаваемых на ключ 5 с первого выхода блока 6 (с выхода триггера 28 ) в основном аналогичен предыдущему, Отличие состоит в том, что переключатель 32 нахо дится в положении Q. При этом триггер 27 в работе не участвует,а следовательно реверсивным счетчиком 18 не формируются сигналы, срответс вующие фазе . Триггер 28 в единичное состояние устанавливается ка дым выходным импульсом нуль-органа а в нулевое состояние - выходным сигналом реверсивного счетчика 17, 26 поступающим по третьему входу блока 6. Это значит, что на выходе триггера 28 формируется последовательность уплапляющих сигналов длительностью, соответствующей фазовому интервалу ч 0-- т , что и требуется для измерения )еактивной мощности. Режим измерения полной мощности. В этом режиме отличия в работе блока 6 состоят в следующем. ПepeкJпoчaтeль 32 находится в положении з. В этом случае триггер 27 переводится в единичное состояние выходным сигналом реверсивного счетчика 17, т.е. при равенстве фазы (к в эти моменты подает разрешающие потенциалы на элемент И II, открывая доступ импульсов с генератора 12 на прогрессивный счетный вход рейерсивного счетчика 18, которым по-прежнему вьщеляется фазовый интервал - ,но к 2;) --). Тем фазы ( относительно самым на выходе реверсивного счетчика 18 управляющие сигналы формируются при равенстве фазы ( у .), Триггер 28 переводится в единичное состояние выходным сигналом реверсивного |счетчика 17, т.е. при ( ,а {возвращается в нулевое состояние выходным сигналом реверсивного счетчика 18, т.е. при ( |-,|, Управляющие сигналы, задаваемые триггером 28 и поступающие по первому выходу блока 6 на. управляющий вход ключа 5, расположены р фазовом интервале мeждy(27; I K(f 2irf -FJ--|, что необходимо при измерении полной мощности.

Фиг.

f. 7 2 V

Фцг.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЙВЖРЕНИЯ МОЩНОСТИ, содержащее два нуль-органа, логический блок, а также носледовательно соединенные множительный блок, фильтр высоких частот, ключ и преобразователь среднего значения напряжения, причем первый вход множительного блока подключен к первой входной шине, а второе вход - к второй входной шине и через первый нуль-орган - к первому входу логического блока, первый выход которого подключен к управляющему входу ключа, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены четыре элемента И, два счетчика, два реверсивных счетчика, а также последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты на два и делитель частоты на четыре, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом логического блока, второй вход которого подключен через второй нульорган к первой входной шине, а третий вход - к выходу переполнения и входу управления записью первого реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами первого счетчика, perрессивный счетный вход - с счетным входом первого счетчика и выходом первого элемента И, а прогрессивный счетный вход - с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к третьему выходу логического блока, а второй вход - к выходу генератора импульсов и первому вхо(Л ду третьего элемента И, второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока, четвертый вход которого подключен к выходу переполнения и входу управления записью второго реверсивного счетчика, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетСП чика, прогрессивный счетный вход с выходом третьего элемента И, а 4ib регрессивный счетный вход - с счетным входом второго счетчика и выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты на два, а второй вход к пятому выходу логического блока.