Устройство для измерения электрической энергии Советский патент 1986 года по МПК G01R22/00 

1

10

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении счетчиков электроэнергии многофазной сети,

Цель изобретения - повышение быст- 5 родействия устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2(а-г), З(а-г) - варианты алгоритма работы блока обработки информации. .

Устройство для измерения электрической энергии (фиг. 1) содержит измерительные преобразователи 1.1,..., 1.п напряжения, измерительные преобразователи 2.1,..., 2.П тока (например, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока). Выходы измерительных преобразователей 1 . 1, . . . , 1 .п подключены к входам мультиплексора 3, а выходы измерительных преобразователей 2.1 ,... ,2.п - к входам мультиплексора 4.

Устройство содержит также блок 5 определения знака,, аналого-цифр.овой

другому входу блока 12 выборки-хранения подключен выход ЦАП 8. К управляющим входам мультиплексоров 3 и 4 подключены первый и второй выходы блока 10 обработки информации, к входам которого подключены информационные выходы АЦП 6.

Устройство работает следующим образом.

При включении.устройства блоком 10 обработки информации вырабатывается адрес, поступающий на управляющие входы мультиплексоров 3 и 4. В результате выходной сигнал измери- fS тельного преобразователя 1.1 напряжения через мультиплексор 3 поступает на вход блока 5 определения знака и на вход А1Щ 6 (первый вход компаратора 9), а выход источника 11 опорного напряжения через мультиплексор 4 подключается к входу опорного напряжения ЦАП 8. Блок 5 определения знака переключает источник 11 опорного напряжения на п лярность, соответ20

преобразователь 6, включающий регистр 25 ствующую поля.рности выходного сигна7 последовательных приближений, цифроаналоговый преобразователь 8 и компаратор 9, блок 10 обработки информации, источник 11 опорного напряжения и блок 12 выборки-хранения. I

Выход мультиплексора 3 подключен

к входу блока 5 определения знака (например, компаратор с нулевьЕь порогом срабатывания) и к входу аналого- цифрового преобразователя (АЦ11) 6. Информационные выходы регистра 7 последовательных приближений подключены к входам цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 8, выход которого подключен к второму входу компаратора 9 .первьй вход которого является входом АЦП 6. Выход компаратора 9 подключен к информационному .входу регистра 7 последовательных приближений, инфор.- мационные выходы которого являются информа1даонными выходами АЦП 6., К входу опорного напряжения ЦАП 8 подключен выход мультиплексора. 4, к дополнительному входу которого подключен выход источника 11 опорного напря- гового (опорного) преобразователя женин, к входу которого подключен 2.1, т.е. сигнал, пропорциоЕ1альньм выход блока 5 определения знака, выход которого подключен также к входу блока 10 обработки информации, выход .которого подключен к управляюще- 55 му входу блока 12 выборки-хранения, выход которого подключен к дополнительному .входу мультиплексора 3. К

измеряемой Мгновенной мощности Р и, , , которьм запоминается в блоке 12 выборки-хранения и полярност которого соответствует полярности сигнала преобразователя 2.1. Управ- ляюшлм сигналом с выхода блока 50 обработки информации блок 12 выборк

10

5

257542 2 .

другому входу блока 12 выборки-хранения подключен выход ЦАП 8. К управляющим входам мультиплексоров 3 и 4 подключены первый и второй выходы блока 10 обработки информации, к входам которого подключены информационные выходы АЦП 6.

Устройство работает следующим образом.

При включении.устройства блоком 10 обработки информации вырабатывается адрес, поступающий на управляющие входы мультиплексоров 3 и 4. В результате выходной сигнал измери- fS тельного преобразователя 1.1 напряжения через мультиплексор 3 поступает на вход блока 5 определения знака и на вход А1Щ 6 (первый вход компаратора 9), а выход источника 11 опорного напряжения через мультиплексор 4 подключается к входу опорного напряжения ЦАП 8. Блок 5 определения знака переключает источник 11 опорного напряжения на п лярность, соответ20

ла преобразователя 1.1.

Далее блок 10 обработки информации вдаабатывает сигьгал, поступающий на стартовый вход регистра 7 последонательных приближений. В результате входное измеряемое напряжение преобразователя 1.1 преоСразуется в цифровой Код. Блоком 10 обработки информации принимается сигнал о завершении

преобразования с выхода регистра 7 последовательных приближений и сиг- кал з.нака измеряемой величины преоб - рабователя 1.1 с выхода блока 5 определения знака.

Затем блоком 10 обработки информации вырабатывается адрес, поступающий на управляю;дие входы мульти- гшексора 4. В результате выходное сигнал преобразователя 2.1 подключается .к входу опорного напряжения ЦАП 8. На выходе по.следнего появляется аналоговое напряжение, пропор- и гюнальное произведению цифрового сигнала преобразователя 1.1 и аналогового (опорного) преобразователя 2.1, т.е. сигнал, пропорциоЕ1альньм

измеряемой Мгновенной мощности Р и, , , которьм запоминается в блоке 12 выборки-хранения и полярность которого соответствует полярности сигнала преобразователя 2.1. Управ- ляюшлм сигналом с выхода блока 50 обработки информации блок 12 выборкихранения переводится в режим хранения ,

: После этого блоком 10 обработки информации вырабатывается адрес,поступающий на управляющие входы мультиплексоров 3 и 4. В результате выходной сигнал блока 12 выборки-хранения через мультипле.:сор 3 поступает на вход блока 5 определения знака

и на вход А1Д1 6 (первый вход компара- 10 зования с выхода регистра 7 последотора 9), а выход источника 11 опорного напряжения через мультиплексор 4 подключается к входу опорного напряжения ЦАП 8. Блок 5 определения знака переключает источник 11 опорно-.(5 го напряжения на полярность, соответствующую полярности сигнала блока 12 выборки-хранения. Блоком 10 обработки информации вьфабатывается сигнал,

вательных приближений (операции 6, 13 первого варианта алгоритма). Во втором варианте алгоритма (фиг.З(а-г) не предусматривается прием блоком 10 сигнала о завершении преобразования. Предполагается, что за время чтения и запоминания знака напряжения или тока (операции 5, 11 второго варианта алгоритма) аналого-цг фровой пре25

поступающий на стартовый вход регист-20 образователь 6 завершит преобразова- ра 7 последовательных приближений. В результате выходной сигнал блока 12 выборки-хранения преобразуется в цифровой код.

С получением сигнала о завершении преобразователя с выхода регистра 7 последовательных приближений блок 10 обработки информации принимает код, пропорциональный измеренной мощности, а также сигнал знака с выхода блока 5 определения знака соответствующий полярности измеренного тока.. Кроме того, блок 12 выборки- хранения переводится в режим выборки.

Блоком 10 обработки информации определяется значение расхода актив ной энергии. Причем значение активной энергии за некоторьш промежуток

30

35

ние входной аналоговой величины в цифровую.

Повышение быстродействия ycTpofiCT- ва достигается за счет исключения из алгоритма работы блока 10 операции перемножения кодов, соответствующих напряжению и току, которая может по времени занимать до половины и более общего времени вьшолнения цикла действия по обработке одного от счета. Повышение быстродействия в данном случае позволяет либо повысить точность измерения за счет более час- ньгх отсчетов, снижая погрешность аппроксимации, либо увеличить число одновременно обрабатываемых каналов измерения.

Формула изобретения

времени Т определяется по выражению

W J p(t)dt,

. о

где p(t; - мгновенное значение мощности.

Так как в предлагаемом устройстве производится преобразование информа- тивных параметров в код, то расход активной энергии за время Т определится

W Т, Np(kT.),

где п -- ;,

Тц - шаг дискретизации , Np(kTц) - кодовое значение мгновенной мощности в момент времени . .55 Причем суммирование кодовых значений мгновен}юй МОЩ1 )сти осуществляется с учетом знака.

75424

Аналогичным образом осуществляется измерение электрической энергии по другим измерительным каналам устройства. Все действия блока 10 обработки информации отражены в двух вариантах алгоритма. В первом варианте алгоритма (фиг. 2(а-г) предусмотрен прием блоком 10 обработки информации сигнала о завершении преобравательных приближений (операции 6, 13 первого варианта алгоритма). Во втором варианте алгоритма (фиг.З(а-г) не предусматривается прием блоком 10 сигнала о завершении преобразования. Предполагается, что за время чтения и запоминания знака напряжения или тока (операции 5, 11 второго варианта алгоритма) аналого-цг фровой пре25

20 образователь 6 завершит преобразова-

30

35

40

0

5

ние входной аналоговой величины в цифровую.

Повышение быстродействия ycTpofiCT- ва достигается за счет исключения из алгоритма работы блока 10 операции перемножения кодов, соответствующих напряжению и току, которая может по времени занимать до половины и более общего времени вьшолнения цикла действия по обработке одного отсчета. Повышение быстродействия в данном случае позволяет либо повысить точность измерения за счет более час- ньгх отсчетов, снижая погрешность аппроксимации, либо увеличить число одновременно обрабатываемых каналов измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической энергии, содержащее источник опорного напряжения, блок обработки информации, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй мультиплексоры, входы которых соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения п тока соответст- венно, выход первого мульт 1плексора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом блока обработки информации, первый, второй п третий выходы которого, подключены к управ- ляюпщм входам первого мультиштексо- ра, второго мультиплексора н аналогj- цифрового преобразователя, о т л и- чающееся тем, что, с целью повьшения быстроде11СТ1--;ия, п него

вЬедень) блок определения знака и блок выборки-хранения, а аналого- цифровой преобразователь содержит регистр последовательных приближений, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, первый вход которого является входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и входу блока выборки- хранения , а выход - к информационному входу регистра последовательных приближений, стартовый вход которого явлг.ется управляющим входом аналого- цифрового преобразователя, а выход - выходом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход блока выборки-хранения подключен-к четвертому выходу блока обработки информации, а выход - к дополнительному входу первого мультиплексора, вход блока определения знака соединен с выходом первого мультиплексора, а вьгход - с дополнительным входом блока обработки информации и входом у йраалет ния полярностью источника bnopHd& o

напряжения, выход которого подключен к дополнительному входу второго мультиплексора, вьгход которого соединен с входом опорного напряжения цифро- аналогового преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу регистра последовательных приближений.

На vfi- /to

г- /

HH tjHa ujati nf/ye/ f n: fjfod . f)

С Ve/77 ,

г- 6

npaff cf Zf/a/ra, J a .ftf. ef/iasotfaf .P c Av4 / -fSucmpc ftoc /Jfdo tfQfT e/fA. /y cff/t J /

. rof/a fi Hfif jff/e/- fJi //а.

MY/ 6frfC/rr 7fitr-(y

fo$a .ЧЛ.

а/г/глл / / с л //A

fH,fi 6/-rrcJirAeiff O/0 #

r- 7 - у a.

fCCL / fL -% f-fi/Mfrre /7/fff:ca

Г-5

tf f/m/rct

fr/7/УГ

f/a jpezf cr / /7ЛГ- . mp/fff f n/ i/tr/4ffff/ef n/ 7

Снятс е ee I //г . Cr/fflT ,

r- -

yrrreMtff v

ju.

УАИ/егг.

(Cf(. JO fffMf a ,(Л a f(), a €i rff cJ t/f- f O t f/fCJ J,

.. ма fjiof ff/ fe:f3tv /

Stffavd fofa

( XL ert eHCfx. (J/r f ffty/ fff /7Vi3 ifoea. JKJt iljta OfoflKOro /to/ -WOMt/j HO, fff/ ffXf/fttffrvf ir- fG.- Bf-fAiyf

г СУ7т/: /7OC fSo Л xv/f/ж / /ivf i f ef-at/ /

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении счетчиков электроэнергии многофазной сети. Цепь изобретения - повышение быстродействия устройства - достигается за счет введения блока 5 определения знака и блока 12 выборки и хранения информации, а также за счет того, что аналого-цифровой преобразователь 6 содержит регистр 7 последовательных приближений, цифроаналоговый преобразователь 8 и компаратор 9. На чертеже показаны измерительные преобразователи 1.1,...,1.П напряжения, измерительные преобразователи 2.1, ..., 2п тока (например, трансформаторы напряжения и тока), мультиплексоры 3 и 4, блок 10 обработки информации, источник 11 опорного напряжения. Повышение быcтpoдe cтвия достигается за счет исключения из алгоритма работы блока 10 операции перемножения кодов, что обеспечивает либо повышение точности измереш- Й, либо увеличение числа одновременно обра- батываеьшк каналов измерения. 3 ил. с S (Л с го СП ел . N фиг. f

/

fpue.2a

J

eЧ1иг b

r-//

Сни/гг(е

/to.

cr/jflr

Si/e) va .

на S/tOK fyffii f - Tfiarff vs -f

RttviJt ja.cff vef(/Ji. fffff ac/ aof /лусте/ fjj a JfOfTAfffffCfrO J.fOVff i/A.

r- /2 - Л ЛЛ-ЙЕ.

ffOfCL ( JMy.

ffn fOf/j fa /ffff /v/z /T/ jefff ffOr tj- / Tranrfi.

r- /J -

nfcrfi ( - ffjfin jf jffe/ A f JiJ f.la. /Of/j. f7ffC,iffafairfm,f/ffje ff/ c./.feJ ff/r e/ t/ 7

f4Yme/ cff ff .

.

c/-j. iz/fofef / V f Otff,ve r/ne/

/s oScri f/jt (fa J, r iff/f/f/x-.

Jfod с f/7T VCfffi.

Jivayf,

с Yef7 yfJA- J

&

. S. z

у

(Pue. 25

( a(глв J

HHtti(.(fftft/ nefief ef-ffft/x : ijfcoff cyc/TyfJ rtZ г) J . aypf. CУffrrYcf : г,

уо. , ка,на/9& rrto/fCL

A d Mtf d/rrun/lfK

cap #

2

. a/fofiz f-fafysfffe aS. ,

.C /f,7fr(f/y J

,Bn$3Ya. xr ftVfi f. /TO, ofjoyr iSfa f afraj лу fHiff f tj tfm/.

f /refc f -f

S/ e/ ff ivajL 3(. fo. Э/tf afi a orofei c

ef/ff o/ra,

yp/. глз

(fJcfri/- jf/taffeMo S f2

rJ6й/(УЛ a.

СТЛРТ f(Z DfilfCfrr foc/r P3o / 3frrf 6 л бгу / /3 f / fffCf/{/(/ 7

4

Cifff a/ ci.

r S -

e/ JffffC (7//(/e

Л й/ У/ ГГл лХ

(риг. За

s

flf. . А-амзfX i Jtyro У ЛР/ 1УЛ At - tcr/J ff-CO/yJ

Siria va jfa на/io uof , HO. yfTumj/r/rPfrof r-S - А/ Э:2уа f ffAfef/rt3 o /fuC/7pBa :i f7f/r6 lUjr ftpifS ff C// j-ff 7

/.

A je/TTw fff a a,

СГ/7Р7 3 Л

us. 3d

-

f/meffuc лнЛ-ка,

moffo.

Offpe f e/ft esMafQ.

HfbusSfi ffifS- nafoiwp/ tf mofffL

и

r- / //г7 / ие и jafo- t/e/Л. Mif offef HOt

fftif

f o iftpaKffe uSL

fje f/ f/ f e/jT:

f avff cfA cvetrrvttffd.

r / ЬыЗауа

6l l6OPff/f Hd .

f/iot: yc/jaHCHuA, iZ

Ч .-ff

XX

(Pus.ZB

6t/yf/fna.fAfe

VffftfA MtffO

fer/ffctf e/j /лг - fi ff/T/reffffOt о veffcfjf

SP. .3 г

Редактор М.Петрова

Заказ 4912/42

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

Составитель С.Кабнков Техред Л.Олейник

Корректор А.Обручар

Тираж 728

Подписное