Коммутационный преобразователь электрической мощности Советский патент 1987 года по МПК G01R21/00 

.1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерительного преобразования активной и реактивной мощности цепей переменного тока в постоянное напряжение для систем контроля и регулирования электрической мощности и энергии.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия коммутационного преобразователя электрической мощности.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого коммутационного преобразователя электрической мощности.

Преобразователь содержит входной преобразователь 1 напряжения и входной преобразователь 2 тока нагрузки в низковольтные напряжения, первый автоматический переключатель 3, сумматор 4, аналоговый перемножитель 5, второй автоматический переключатель 6, инвертор 7, интегратор 8, ключ 9, запоминающий конденсатор 10, повторитель 11 напряжения, формирователь 12 однополярных импульсов, триггер 13, одновибратор 14, формирователь 15 управляющих импульсов, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения и квадратурный фазовращатель 17, причем выход входного преобразователя 1 напряжения нагрузки через первый вход первого автоматического переключателя 3 и его выход соединен с первым входом аналогового перемнилителя 5, выход входного преобразователя 2 тока нагрузки соединен с первым входом сумматора 4, выход которого соединен с вторым входом аналогового перемножителя 5, выход которого соединен с входом второго автоматического переключателя 6, вход инвертора 7 соединен с пер- вьв4 выходом второго автоматического переключателя 6, а выход - с вторым выходом этого переключателя и входом интегратора 8, выход которого через ключ 9 соединен с запоминающим конденсатором 10 и повторителем 11 напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя 3, управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера 13, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго автоматического переключателя 6 и входом одновибратора 14, выход ко3487432

торого через формировател 15 управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа 9, счетный вход тригц гера 13 через формирователь.12 одно- полярных импульсов, подключен к выходу входного преобразователя 1 напряжения нагрузки, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения

10 подключен к второму входу сумматора 4, а квадратурный фазовращатель 17 включен между входным преобразователем 2 и сумматором 4.

Коммутационный преобразователь

15 электрической мощности работает следующим образом.

Низковольтные напряжения U,

K,U sinQt и и KjI sinCot-if) пропорциональные напряжению U, и току

20 IH нагрузки с выхода входных преобразователей 1 и 2 нагрузки поступают на сумматор 4 и аналоговый перемножитель 5. При указанном положении автоматических переключателей 3 и 6 на

25 первый вход аналогового перемножителя 5 поступает переменное напряжение U(, а на второй вход через сумматор - 4 - переменное напряжение Uj и постоянное напряжение U, от источника 16

30 стабилизированного постоянного напряжения. Выходное напряжение аналогового перемножителя 5 усредняется интегратором 8. Время интегрирования определяется временем переключения

2g триггера 13, которое задается временным интервалом между однополярными импульсами формирователя 12 однополярных импульсов и равно периоду Т перемножаемых переменных

4Q напряжений U и U.

Связь выходного напряжения аналогового перемножителя 5 с входными напряжениями имеет вид

45 ,(H-ff5)(U,U,+U,U, ), , (1)

1 де Kj - масштабный коэффициент

перемножителя, относительная мультипли50

55

кативная погрешность масштабного коэффициента аналогового перемножителя 5; Од - абсолютная аддитивная погрешность нуля аналогового перемножителя 5, Мультипликативная jfj и аддитивная §5 погрешности множительного преобразования в основном определяются температурной и временной нестабильностью параметров интегрального перемножителя и изменяются медленно относительно периода коммутации.

Изменение напряжения на интеграторе 8 за время нахождения автоматических переключателей 3 и 6 в указанном положении равно

т

i K,K,(U|f,)(, (и,и,)

о

|,dt + ,K,,Kg(,)U,I,cos( + Sj + Sg,(2)

f.

где Kg - постоянная времени интегратора 8;

мультипликативная и аддитивная погрешности интегратора 8;

усредненные значения аддитивных погрешностей за время интегрирования. В следующий полупериод коммутации Т, при котором автоматические переключатели 3 и 6 находятся в противоположном положении, перемножаются напряжения U и Uo с выходным напряжением повторителя 11 напряжения. С учетом инвертирования выходного напряжения аналогового перемножителя 5 инвертором 7 интегрирование происходит в обратном направлении, и изменение напряжения на интеграторе 8 равно2т

1 К5Кв(1)(ну8) (и,и,) +

т (3)

+ ydt-bS K K,(U5,-byg)u,, и,+8,-ь8,,

где и,, - напряжение повторителя 1 1

напряжения.

Выходное напряжение интегратора 8, пропорциональное разности интегрируемых напряжений uUg Ug - Ug , изменяет напряжение на запоминающем конденсаторе 10 при замыкании ключа 9. Замыкание ключа 9 происходит по импульсу формирователя 15 управляющих импульсов, задержанных одновибратором 14 на время, несколько меньшее периода перемножаемых напряжений Т, т.е. в момент предшествующий очередному периоду коммутации . Выходное напряжение U,, изменяется до тех пор, пока среднее значение напряжения за период коммутации Т, на выходе 55 конце предыдущего периода коммутации.

интегратора 8 не станет равным нулю ().

В установившемся режиме среднее значение напряжения на выходе интегратора 8 за интервал времени, определяемый периодом коммутации автоматических переключателей 3 и 6, равно нулю. Тогда приравнивая (2) и (3), получаем

K,K,U,I,coscp

и„и„.

(4)

10 откуда выходное напряжение

К Цц Incos ч

и„

КРд

и„

(5)

где К К, коэффициент пропорциональности, определяемый масштабными коэффициентами входных преобразователей 1 и 2 напряжения и тока нагрузки, , tp - активная мощность.

При включении в схему преобразователя квадратурного фазовращателя 17, поворачивающего фазу напряжения на 90 , выходное напряжение интегратора равно

К и и IHSIHCP LIJL

п

(6)

где Р Uj I sinqi - реактивная мощность.

Напряжение источника 16 стабилизирования постоянного напряжения выбирают равным номинальному значению амплитуды Uj, которое пропорциональ-гrt.

но току нагрузки I

Выход повторителя 11 напряжения является выходом коммутационного преобразователя активной и реактивной мощности.

Напряжение на запоминающем конденсаторе 10, а следовательно, и на выходе повторителя 11 напряжения, обновляется после каждого периода коммутации автоматических переключателей 3 и 6 на момент завершения формирования разностного напряжения Ug - Ug на выходе интегратора 8 перед очередным переключением. При этом напряжение повторителя 11 напряжения

в течение каждого периода коммутации, равного удвоенному значению периодов перемножаемых напряжений (2Т), сохраняется постоянньм и равно значению активной или реактивной мощности в

Из формулы (5) и (6) следует,что результат преобразования электрической мощности не зависит ни от мультипликативной, ни от аддитивной по

грешностей аналогового перемножителя 5 и интегратора 8. Поскольку выходным сигналом преобразователя является выходное напряжение повторителя 11 напряжения, которое автоматически устанавливается пропорциональным измеряемой мощности, то его мультипликативная у,д и аддитивная S,g погрешности запоминания также не влияют на результат преобразования.

Благодаря синхронизации работы автоматических переключателей 3 и 6 частотой преобразуемых сигналов,время преобразования активной и реактив- ной мощности при включении коммутационного преобразователя составляет 8-10 периодов этих сигналов. В режиме слежения за изменениями мощности время преобразования не превышает 2-4 периодов перемножаемых сигналов. Поэтому при контроле мощности в цепях переменного тока промьшшенной частоты время слежения за изменениями мощности не превьш1ает 40-80 мс. Формула изобретения

Коммутационный преобразователь электрической мощности, содержащий входные преобразователи тока и на- пряжения нагрузки в низковольтные напряжения, два автоматических переключателя, ключ, сумматор, аналоговый перемножитель, причем выход входного преобразователя напряжения через первый вход первого автоматического переключателя и его выход соединен с первым входом перемножителя, выход входного преобразователя

Составитель С.Сафохин Редактор Ю.Середа Техред м. Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 5185/44 Тираж 729Подписное

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

тока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с входом второго автоматического переключателя,о т - личающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и быстродействия, введены источник стабилизированного постоянного напряжения, формирователь однополярных импульсов, триггер, одновибратор, формирователь управляющих импульсов, интегратор, запоминающий конденсатор с повторителем напряжения и инвертор, вход которого соединен с первым выходом второго автоматического переключателя , а выход - с вторым выходом этого переключателя и входом интегратора,, выход которого через ключ соединен с запоминающим конденсатором и повторителем, выход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя, управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго автоматического переключателя и входом одновибратора, выход которого через формирователь управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа, счетный вход триггера через формирователь однополярных импульсов подключен к выходу преобразователя напряжения, источник постоянного напряжения подключен к второму входу сумматора, а выход повторителя напряжения является выходом коммутационного преобразователя.

Изобретение может быть использовано для измерительного преобраг зования активной и реактивной мощности цепей переменного тока в постоянное напряжение для систем контроля и регулирования электрической мощности и энергии. Коммутационный преобразователь (П) электрической мощности содержит входной П 1 напряжения и входной П 2 тока нагрузки в низковольтные напряжения, автоматические переключатели 3, 6, сумматор 4, аналоговый перемножитель 5, инвертор 7, интегратор 8, ключ 9, запоминающий конденсатор 10, повторитель 11 напряжения, формирователь (Ф) 12 однополярных импульсов, триггер 13, одновибратор 14, Ф 15 управляющих импульсов, источник 16 стабилизированного постоянного напряжения и квадратурный фазовращатель 17. Изобретение повышает точность и быстродействие коммутационного П.1 ил. сл со СХ) оо