Устройство для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок Советский патент 1986 года по МПК G01R21/06 

элемент И 8 и генератор 9 опорной частоты. Структурная схема функцио нального преобразователя 5 приводится в описании изобретения. Синх1

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной мощности в цепях питания двигателей переменного тока и постоянного тока с тиристорным приводом, требующих компактности оборудования, повьш1ения надежности, в частности, в системах числового программного управления технологиче КИМ оборудованием.

Цель изобретения - повьшение надежности устройства путем сокращения числа используемого в нем оборудования и связей между элемента- ми.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок; на фиг„2- временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на |фиг, 3 - структурная схема функционального преобразователя на фиг. 4 - график зависимости погрещности измерений,

Устройство.для измерения активной мощности в цепях питания э.лек- трических установок (фиг, l) содержит преобразователь 1 тока в напряжение, вход которого является пер-

вым входом устройства, а выход соединен с первым входом синхронного детектора.2, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора 3, первый вход которого соеди- нен с общей щиной, а второй вход - с вторым входом устройства и входом вьтрямителя 4, выход которого соединен с входом функционального преобразователя 5, выход которого соеди- нен с первым входом цифроаналогово- го преобразователя (ЦДП) 6, второй вход которого соединен с выходом счетчика 7 импульсов, первый вход кторого является третьим входом устронный детектор 2 отфильтровывает четные гармоники, что исключает их влияние на точность измерения мощности, 4 ил,

ройства, а второй вход счетный) соединен с.выходом устройства и выходом элемента И 8, первый вход которого соединен с выходом генератора 9 опорной частоты, второй вход - с выходом первого компаратора 10, первый вход которого соединен с выходом синхронного детектора 2, а второй вход - с выходом ЦАП 6.

Функциональньй преобразователь 5 (фиг« 3} содержит первый резистор 11 первьш вьшод которого соединен с входом функционального преобразователя 5р а второй вьшод - с вторьм резистором 12 и инвертирующим входом операционного усилителя 13, неинверти- рующий вход которого соединен с выходом источника 14 опорного напряжения, а выход - с вторым концом резистора 12 и выходами функционального Преобразователя 5.

Устройство работает следующим образом.

Второй компаратор 3 фиксирует моменты перехода через ноль синусоидального напряжения (фиг. 2я), пропорционального напряжению сети, и формирует импульсы управления синхроным детектором 2 (фиг. 2).

Синхронный детектор 2 преобразует сигнал, поступающий с выхода преобразователя 1 тока в напряжение, в сигнал с напряжением, пропорциональным входному току (фиг,- 28). Вьтря- 1членный сигнал имеет форму, соответствующую (фиг. 22). Синхронньш детектор 2 вьщеляет также постоянную составляющую этого сигнала (фиг.2а), которая подается на первый вход первого компаратора 10.

При подаче строб-сигнала на первый вход (вход установки счетчика в ноль счетчика 7 импульсов информация на его информационном выходе становится равной нулю, т.е. на выоде ЦАП 6,а следовательно,и на втором входе первого компаратора 10 анало-- гичный сигнал также равен нулю. сли на выходе синхронного детектора 2 и на первом входе первого компаратора 10 напряжение отлично от

уля, первый компаратор IО срабатывает и на второй вход элемента И 8 подается 1, которая дает разрешение на прохождение импульсов от генератора 9 опорной частоты на выход устройства и счетный (второй) вход счетчика 7 импульсов. Число, записанное в счетчике 7 импульсов, .а следовательно, и напряжение на выхое ЦАП 6 увеличивается до того момента, пока оно не сравняется с напряжением на выходе синхронного

детектора 2, после ч., го первый компаратор 10 срабатывает и на втором входе элемента И 8 появляется нуль, запрещаняций прохождение импульсов от генератора 9 опорной частоты.

Выходное напряжение ЦАП 6 зави- сит от числа, записанного в счетчике 7 импульсов, и от величины опорного напряжения на ЦАП 6. Это обстоятельство используется для коррекции выходной информации по величине напряжения сети переменного тока. Напряжение, пропорциональное напряжению сети, подается на выпрямитель 4, а затем постоянная составляющая - на функциональный преобразователь 5 (фиг. З), воспроизводящий функцию:

(W

/

где Ugp - напряжение, поступающее на неинвертирующий вход операционного усилителя 13 от источника 14 опорного напряжения; и..- напряжение на выходе функЬО X

ционального преобразователя 5; Ug - напряжение, поступающее

на инвертирующий вход операционного усилителя 13 от вьтрямителя 4 через резистор 11 (параллельно операционному усилителю 13 включен резистор 12). Выходное напряжение функциональого преобразователя 5 является опорным напряжением для ЦАП 6, которое подается на его первый вход.

0

5

0

5

0

При этом соотношение между диапазоном мощностей и числом разрядов ЦАП 6 определяется как

PIT PiMfijCC

. 2

где Р - номинальное значение активной мощности, т.е. наибольшая мощность, которую может рассевать в заданных условиях предлагаемое устройство;

лакс зксимально допустимое зна- - . чение мощности, определяемое емкостью (разрядностью), счетчика 7 импульсов и разрядностью ЦАП 6, причем Рf лояткко быть больше максимально допустимой мощности, потребляемой объектом (двигателем);

NJ, - число импульсов, поступающих на ЦАП 6, соответствующее номинальному значению активной мощности; . п - число разрядов ЦАП 6, Выходное напряжение ЦАП 6 Ue,, N, где N - число импульсов, поступающих на ЦАП 6 (счетный вход счетчика 7 импульсов)., соответствующее измеряемой активной. мощности.

Отношение , выбирают равным I

35

и

Uej

,(2и„-и),

отсюда

l ,).,.I.cos(f,

где К -I-cosq - постоянная составляющая напряжения на выходе синхронного детектора 2, пропорциональная активной составляющей тока (согласно разложению в ряд Фурье);

К, Kj - коэффициенты пропорциональности,

м .2syL K(2Uj,-U)

Отношение К|/К выбирают таким, чтобы при номинальных значениях тока, напряжения и фазового сдвига N было равно Ng (N определяет дискретность измерения активной мощности), т.е.

Ба .. к

отсюда

.

N . Н-И

о I,. cosq

UM -I- COSlP

о (). I -cosq., Действительное N,,

N N,

1 M .P M.

N

. P, « U,- (pH где P, U, I, cosq - фактические знчения активной мощности, Напржения сети,ток сети и cos ср ;

Р, Пц J 1ц, ссзсУц- номинальные знчения этих парметров.

Погрешность измерения определяется формулой:

п -Л

U/-UH График зависимости погрешности

измерений S от -- приведен на фиг.

Введение такой коррекции обеспечивает погрешность, измерения активной мощности не более 1-2% при изменении напряжения на 10-15%.

Разложение в ряд Фурье функции, изображенной на фиг, 2г, показывает, что постоянная составляющая пропорциональна актирной составляющей тока.

При измерении мощности в цепи питания двигателя постоянного тока с тиристорным приводом форма сиг- нала имеет вид, показанный на фиг, пунктиром. Разложение в ряд Фурье функции, изображенной на фиг.2г. пунктиром, показьюает помимо постоянной составляющей наличие только четных гармоник. Синхронный детектор 2 отфильтровьтает чегтные

гармоники, поэтому они не влияют на точность измерения мощности.

Формула изобретения

Устройство для измерения активной мощности в цепях питания электрических установок, содержащее преобразователь тока в напряжение, вход которого является первым входом устройства, первый компаратор, счетчик импульсов и генер атор опор- . ной частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения ,надежности устройства путем сокращения числа используемого в нем оборудования, в него введены второй компаратор, выпрямитель, функциональный преобразователь, цифроаналоговый

преобразователь, элемент И и синх

ронный детектор, первьй вход которого соединен с выходом преобразова- теля тока в напряжение, а второй вход - с выходом второго -компаратора, первый вход которого соединен с общей шиной, второй вход - с вторым входом устройства и входом выпрямителя, выход которого соединен с входом функционального преобразо-

вателя, соединенного своим выходом с первьпч входом цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, первый вход которого соеди-

ней с третьим входом устройства, а второй вход - с выходом устройства и выходом элемента И, .тервый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй входс выходом первого компаратора, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя при этом второй вход первого компаратора соединен с выходом синхронного детектора.

(риг. 2

Иэобр етение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение при построении измерителей активной мощности в цеЛ./ пях питания двигателей переменного и постоянного тока с тиристорным приводом, требующих компактности и надежности оборудования, например, в системах числового програм-v много управления технологическим оборудованием. Целью изобретения является повышение надежности устройства, что достигается сокращением числа используемого в нем оборудования и связей между элемента- ми. Устройство содержит преобразователь 1 тока 3 напряжение, синхронный детектор 2, компараторы 3 и 10, вьтрямитель 4, функциональный преобразователь 5, цифроаналоговый преобразователь 6, счетчик 7 импульсов. (Л 8юе ls5 ОЗ 1 00

i/Bx

11

(puf.3

Соетайитель А.Заборня Редактор А.Огар Техред Л.Сердюкова Корректор Т,Колб

Заказ 3284/45 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4