Измерительный преобразователь активной мощности Советский патент 1987 года по МПК G01R21/00 

113

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в информационно- измерительных системах в качестве высокочастотного ваттметра.

Цель изобретения - повьшение точности и упрощение преобразователя.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя.

Измерительный преобразователь активной мощности содержит пятиобмо- точный трансформатор , включаюшлй в себя токовую обмотку 2, подключенную к токовым зажимам исследуемой цепи, две встречные обмотки 3 и 4 напряжения, соединенные вместе, обмотку 5 обратной связи и выходную обмотку 6, переключатель-ключ 7 и то- коограничивающий резистор 8, соединенные соответственно с объединенными обмотками 3 и 4, усилитель 9 переменного тока, термопреобразователь 10, состоящий из нагревателя 11 и терморегулятора 12, запоминающие блоки 1 3 и 14, блок 15 выделения разности напряжений и блок 16 управления . Выходы блока 16 управления соединены с управляющими входами переключателя-ключа 7 и запоминающими блоками 13 и 14. Выходная обмотка 6 соединена с входами усилителя 9 переменного тока, выход которого последовательно соединен с нагревателем 11 термопреобразователя и обмоткой 5 обратной связи о Подвижный контакт переключателя 7 и второй вывод, то- коограничивающего резистора 8 подключаются к зажимам напряжения исследуемой цепи. Выводу, термопары-терморегулятора 12 соединены с входами запоминающих блоков 13 и 14, выходы которых связаны с входами блока 15 выделения разности напряжения. Выход блока 15 является выходом устройства

На чертеже обозначены входные ток I и напряжение U; выходное напряжение Ua|j,,( устройства; ток I, , протекающий по подключенной обмотке напряжения; ток ig, протекающий через обмотку обратной связи; напряжение U, на входе усилителя; выходное напряжение UTH термопреобразователя; выходные напряжения .ц U.y запоминающих блоков и сопротивление R резистора 8.

Измерительный преобразователь активной мощности работает следующим образом.

62

По сигналам блока 6 управления, поступающим на управляющий вход переключателя 7, последний поочередно подключает в цепь напряжения одну из

обмоток 3 или 4 напряжения. По окончании переходных процессов в схеме блок управления вырабатывает сигнал, поступающий на управляющий вход одного из запоминающих блоков 13 или

14, и выходное напряжение U термо- преобразоваталя 10 усиливается и запоминается этим запоминающим блоком. Пусть, например, ключом 7 подключена обмотка 3. Входной ток 1, протекая по обмотке 2, создает магнитный поток Фр. Входное напряжение U вызывает ток I, 5 протекающий через подключенную обмотку 3 и токоограничи вающий резистор 8 и создающий магнитньш поток Фц , Результирующий магнитный поток Ф., создаваемый током I и

напряжением U, равен

25

Фр --- Фу + Ф

(1)

Этот поток компенсируется потоком обратной связи Ф,, , создаваемым током , протекающим через обмотку 5 обратной связи.

Разностный магнитный поток

йФ р - Фо.с и Фг -%... )

наводит ЭДС во всех обмотках транс- форматора 1 , в том числе и в выходной обмотке 6. ВыходноБ напряжение и, на этой обмотке усиливается усилителем 9, выходное напряжение которого создает ток IQ. обратной связи.

При большом коэффициенте усиления Кц, усилителя напряжение U , а следовательно и ЭДС, наводимая в обмотке 6, а таюке и во всех других обмотках, ничтожно малы, что свидетельствует о малости разностного потока ьФ« т.е. практически полной взаимной компенсации потоков и (р. Полагая при большом К, ДФ О, получаем

50

фр Фо.с:.

(3)

л -I- t f) Ф

и 1 о, с

55

Равенство шпчлсов означает и равенство магнитодвижущих сил, следовательно,

о.с. 5 ;

(4)

где число Vj, v, v - числа витков обмоток 2, 3 и 5.

Вследствие малости ЭДС, нанодимых во всех обмотках трансформатора, в том. числе и ЭДС е., в обмотке 3, ток

31,

и - ew, и

Б R

Подставляя 1, в (4) и решая относительно ipg, получаем

1

w

+ ,-i-f R,U,(6)

где К, -К W /(Rvy)

Ток , протекает через нагреватель 11 термопреобразователя 10, на выходе которого образуется напряжение , определяемое выражением

UTH К,, ij i,. at

о

т (K,i + K,U)dt

Пусть после окончания переходных процессов и установления напряжения блоком управления включается запоминающий блок 13, напряжение U-j усиливается с коэффициентом усиления К, и запоминается, т.е. на выходе запоминающего блока образуется напряжение

U.ij, - - Kj- + K,U)dt

|(К,1

1 -b

По окончании переходных процессов в запоминающем блоке 13 блок управления переключает ключ 7, который подключает к схеме обмотку 4 и отключает обмотку 3. Поскольку обе обмот- ки имеют одинаковое число витков (Vj w ) и включены встречно, это приводит к изменению фазы потока Ф на 180 . Так как поток Ф, своей фазы не меняет, выражения (З), (4) и (б) переписываются в виде

фт - ф Фо.с; 2 - У4

ос 5 о.с. K,i - К,,и

Напряжение П на вь1ходе термопреобразователя О оказывается равным ;

и,„ к I ( - K:.,uf dt. (10)

fO

6)

Т17

После окончания переходных процессов и установления напряжения U блок 16 управления вырабатывает сигнал, поступающий на управляющий вход второго запоминающего блока 14. Последний под действием этого сигнала переходит в режим запоминания, напряжение , им усиливается с тем же коэффициентом усиления Kj и нается. Следовательно, на его выходе устанавливается напряжение

Uj,,,, к,и,, к,„

)dt.

YJ . (II)

25

30

35 40

По окончании переходных процессов в запоминающем блоке 14 блок 16 управления вновь переключает ключ 7 в первоначальное положение и работа схемы повторяется.

Напряжения I j и, и (Цм поступают на вход блока 15 выделения разности напряжений, имеющего коэффициент передачи Kjf. Выходное напряжение этого устройства, представляющее собой выходное напряжение всего преобразователя, равно

UB.,X K,(U,.,,,.-U,yJ .

Т

к,к,к, J (к,1- + K,u) dt i f (K,i - ) dt (12

i

Т J о

4 К,,К,К,„ J Uidt К,Р

О

где К, К,К,К,К,К,,,;

Р - Uidt - активная мощность

rg«

измеряемой иепи.

Как видно из (12), выходное: напряжение предлагаемого преобразователя прямо пропорционально активной мощности Р н не зависит от параметров разделительного трансформатора i (в

устройстве-прототипе на выходной сигнал оказывают влияние амплитудные,. фазовые и нелинейные искажения разделительных трансформаторов входных блоков). Повьшению точности предлагаемого устройства способствует также применение в схеме только одного термопреобразователя, параметры которого не меняются при переходе от одного такта работы к другому.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь активной мощности, содержащий термопре- образователь и блок вьщеления разности напряжений, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в него дополнительно введены переклю- чатель, усилитель переменного тока, токоограничивающий резистор, два запоминающих блока, блок управления и пятиобмоточный трансформатор, содер жа.щий входную токовую обмотку, вклю

Составитель В. Егоров Редактор Л. Лежнина Техред Л.Олийнык Корректор С. Черни

2209/46

Тираж 73 Лодписиое

ВНИИШ Государственного комитета СССР

по делам игэобретеиий и открытт ; 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгпро/г, ул. Проектная, 4

5 0

5

ченную в цепь измеряемого тока, две встречно включенные одинаковые обмотки напряжения, соединенные одним концом между собой и с первым выходом токоограничивающего резистора, а вторым с неподвижными контактами переключателя, подвижный контакт которого и второй вьшод токоограничивающего резистора подсоединены к зажимам измеряемого напряжения, обмотку обратной связи и выходную обмотку, соединенную с входами усилителя переменного тока, вькод которого через нагреватель термопреобразователя связан с обмоткой обратной связи, а выход термопреобразователя соединен с входами двух аналоговых запоминающих блоков, выходы которых соединены с входами блока выделения разности напряжений, выход которого является выходом преобразователя, причем управляющие входы переключателя и аналоговых ч;||||| инаютих блоков соединены с соотнр 1 {-тнующими выходами блока управления.

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах в качества высокочастотного ваттметра. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его точности. Измерительный преобразователь содержит термопреобразователь 10, нагреватель П, терморегулятор 12 и блок 15 выделения разности напряжений. В устройство введены пятн- обмоточный трансформатор 1, включающий токовую обмотку 2 и обмотки 3 и 4 напряжения, обмотку 5 обратной связи и выходнуто обмотку 6, усилитель 9 переменного тока, запоминающие блоки 13 и 14 и блок I6 управления. Это позволяет выходному напряжению устройства быть независимым от параметров пятиобмоточного трансформатора 1 и прямо пропорцио- налыгым активной мощности. Ровьппе- нию точности ус 1 ройства сггособствует тот факт, что в нем используется только один термопреобразователь 10, параметры котпрог о пе меняются ггрп переходе от одного такта работы к другому, I ил. с (Л lac USblX h-O 00 i ьо 05