Преобразователь активной энергии трехфазной сети в цифровой код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования в цифровой код активной энергии в трехфазных и однофазных электрических системах.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства5 на фиг,2 - схема формирователя нормированных напряжений для одного канала| на фиг.З и 4 - временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь активной энергии трехфазной сети в цифровой код содержит формирователь I нормированных напряжений, аналоговые коммутаторы 2- 7, операционные усилители-инверторы 8 и 9, преобразователи 10 и 11 напря- жения в частоту, которые имеют импульсы ст абильной длительности, инверторы 12-14, преобразователи 15 и 16 напряжения в частоту, генератор 17 тактовых импульсов, триггеры 18- 20, мультиплексоры 21 и 22, реверсивный счетчик 2.3 импульсов, нуль-орган 24 и элементы 25 и 26 равнозначности

Формирователь 1 содержит в одном канале (фиг.2) калиброванный резистор 27, конденсаторы 28 и 29, компенсирующие резисторы 30 и 31, резисторы 32 и 33 цепей обратной связи усилителей, усилители 34 и 35 постоянного тока и трансформаторы 36 и 37 тока. На входы двухканального входн&го устройства подключается одна пара сигналов, например Чд и 1д, контролируемой трехфазной сети. При этом в первичных обмотках трансформаторов 36 и 37 гальванического разделения протекают соответственно прямо пропорциональный Upm и 1д . Трансформаторы 36 и 37 нагрух ены на усилители 34 и 35 постоянного тока, охваченные отрицательной обратной связью через резисторы 32 и 33. При больших значениях коэффициентов усиления усилителей 34 и 35 обеспечиваются практически Одинаковые режимы работы трансформаторов 36 и 37 и, следовательно минимальньй дополнительный сдвиг между выходными сигналами i д который дополнительно компенсируется вводом резистора 30 или 31 в цепь с менычим угловым сдвигом между Пдц и

V

И К

Дпя независимости

компенсации от температуры резисторы 30 и 31 выполняют из того же материа63482

ла

1Г

2о

, что и обмотки трансформаторов 36 и 37,

Преобразователь активной энергии „ трехфазной сети в цифровой код работает следующим образом.

Формирователь I осуществляет гальваническое разделение контролируемой сети и электрической схемы преобра- 10 зователя, а также преобразование входных напряжений Кд, 1 и токов 1д, ic в нормированные напряжения К Ufte К , К; ift, К,- i; (фиг. За,б, в,г), прямо пропорциональные им.

Нуль-орган 24 и триггер 18 выделяют такт работы преобразователя, состоящий из двух периодов Т и TX колебания сигналов контролируемой электрической сети (фиг.3,д).

В течение периода Т аналоговые коммутаторы 2 и 3 подключают к входам операционных усилителей-инверторов 8 и 9, аналоговых коммутаторов 6 и 7 напряжения и . соответст- 25 венно, а аналоговые коммутаторы 4

и 5 - напряжения К;-1дИ К; ij, к вхо- .дам соответственно преобразователей 10 и 11, где эти напряжения преобразуются в последовательности Пд 30 (фиг.Зе) и П(, (фиг.Зж) импульсов стабильной длительности Т с частотами следования, линейно от них зависимыми. В течение импульсов Т;; последовательностей ПдИ п в периоде Т, на выходах элементов 25 (фиг.Зз) и 26 (фиг.Зи) соответственно устанавливаются нулевые потенциалы и аналоговые коммутаторы 6 и 7 пропускают на входы преобразователей 15 и 16 напряжения K4 Uflg, (фиг.Зк) и Кд-Uec (фиг.3л) соответственно. В паузах между Т;. на выходах элементов 25 и 26 устанавливаются единичные потенциалы и аналоговые коммутаторы 6 и 7 пропускают на входы преобразователей 15 и 16 напряжения ( И) и (- (.) соответственно. Преобразователи 15 и 16 преобразуют поступающие на их входы напряжения в последовательности Пдц (фиг. 3м) и Пр;. (фиг.Зн) импульсов с частотами следо35

40

45

50

55

вания, линейно зависимыми от этих напряжений. Фронты импульсов последовательностей Пдд (фиг. 4м) и п ее (фиг.4н) с целью обеспечения правильной работы реверсивного счетчика 23 (разделения во времени импульсов, поступающих на его входы сложения и вычитания) триггерами 19 (фиг.4п) и 20

31363482

(фиг,4р) соответственно привязываются п к положительному и отрицательному фронтам соответственно тактовых импульсов с выходи генератора 17 (фиг.4о), после чего импульсы Пдц и

. . N 1 fo/S;K;i«)T,U,,+

4

мультиплексорами 21 ветственно пропускаются жения и вычитания ревер чика 23 (фиг.4м,и). В п Т, накапливается число

Г f.

о7з,к.1д W

S.+

-Ки-и.ь)

f,,dt - f {(f,+S;K;ij T,.K,.u,, (ГТГГГ J о01 1 I I

)s,+f,,dt.

- т,„) (-К

U Use

де

fo, и S

соответственно выходная частота при нуле на входе (нулевая) и крутизна преобразователей 10 и П;

и Sj - соответственно нулевая частота и крутизна пре образователей 15 и 16. С учетом того, что

01

cm

1/2 f

Ol

N,2S,,, 1 -i.-U,

iAUA6-c 6c ) ° (3)

в течение периода Tj, (фиг.Зд) коммутаторы 2 и 3 подключают к входам операционных усилителей-инверторов 8 и 9 и аналоговых коммутаторов 6 и 7 напряжения К; 1д и К; i соответст- венно, а аналоговые коммутаторы 4 и 5 - напряжения и KyUg к вхоN.

(.-5..к„иф(-к,1„) . 1-д-:-к-:и - ToJ(K,-i.)

S,,dt.-H f (fo,+S,K,.U,,)T,(-K; ij + --оО

-TC.)(K; ic)s,.

с учетом выражения (2)

N, 2S,S,K;.K,T, f (ift-Upe - - i, Ug,)dt. i (5)

Тогда за T + T в реверсивном счетчике 23 с учетом того, что Ugc -Uj. , накапливается число импульсо

г,.т.,г. 2S,S,. К,. fdVUfte + icU,)-dt.(6)

Преобразователь активной энергии трехфазной сети в цифровой код имеет значительно меньшие погрешности от неравенства периодов такта работы преобразователя и неидентичности цепей преобразования токов и напряжени Действительно, при точном соответст2

п

4

мультиплексорами 21 и 22 соответственно пропускаются на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 23 (фиг.4м,и). В последнем за Т, накапливается число импульсов

Г f.

W

S.+

-Ки-и.ь)

(ГТГГГ (1)

15

20

25

дам преобразователей 10 и 11 соответственно. В течение импульсов Т. последовательностей с выходов преобразователей 10 (фиг.3с) и 11 (фиг.Зж), управляющих через элементы 25 (фиг.Зз) и 26 (фиг.Зи) и инверторы 2 и 13 аналоговыми коммутаторами 6 и 7 соответственно, на входы преобразователей 15 и 16 поступают напряжения К,- 1д и К; ic соответственно, а в паузах меж- ДУ Ttm - инверсии ЭТ1ГХ напряжений (фиг.3к,л соответственно). Импульсные последовательности с выходов преобразователей 15 и 16 после привязки к фронтам тактовых импульсов с выхода генератора 17 подключаются мультиплексорами 21 и 22 соответственно к входам сложения и вычитания ревер- ,сивного счетчика 23 (фиг.3м,н соответственно). При этом в последнем за период Ту,. прибавляете я число импульсов

(4)

45

ВИИ нулевой частоты преобразователей 15 и 16 значению f погрешность-от неравенства периодов полностью исключается.

Формула изобретения

50

Преобразователь активной энергии трехфазной сети в цифровой код содержащий реверсивный счетчик импульсов, первый и второй инверторы, формирователь нормированных напряжений, первый 55 второй, третий и четвертьш входы которого являются одноименными входными шинами, а первьй выход через нуль- орган соединен со счетньм входом первого триггера, инверсный выход кото

5

рого соединен с первыми управляющими входами первого и второго аналоговых коммутаторов, прямой выход - с первыми управляющими входами третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, выход первого аналогового коммутатора соединен с входом первого преобразователя напряжения в частоту, первы и второй операционные усилители-инверторы, выходы которых соединены со отвётстненно с первыми входами пятого и шестого аналоговых коммутаторов выходы которых соединены соответст- венно с входами второго и третьего преобразователей напряжения в частоту, выход второго инвертора соединен с первым управляющим входом.пятого аналогового коммутатора, о т л и.- чающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены четвертый преобразователь напряжения в частоту, второй и третий триггеры, генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы равнозначности, третий инвертор, первый и второй мультиплексоры,выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания ревер

сивного счетчика импульсов, управляю- 30 дом нуль-органа, второй управляющий

щие входы первого и второго мультиплексоров объединены с первыми входами первого и.второго элементов равнозначности, вторыми управляющими входами первого и второго аналоговых коммутаторов и соединены с выходом первого триггера, первые входы первого и второго мультиплексоров объединены и соединены с выходом второго триггера, вторые входы первого и второго мультиплексоров объединены и соединены с выходом третьего триггера, информационные входы второго и третьего триггеров соединены соответственно с выходами второго и третьего 45 которого соединен с выходом первого преобразователей напряжения в часто- преобразователя напряжения в частоту.

5

ту, счетный вход второго триггера объединен с входом третьего инвертора и с выходом генератора тактовых импульсов, выход третьего инвертора соединен со счетным входом третьего триггера, причем второй выход формирователя нормированных напряжений соединен с первыми входами первого и второго аналоговых коммутаторов, третий выход - с вторыми входами первого и второго аналоговых коммутаторов, четвертый выход - с первыми входами третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, выход третьего аналогового коммутатора через четвертый преобразователь напряжения в частоту соединен с вторым входом первого элемента равнозначности, выход которого соединен с входом второго инвертора и вторым управ- входом пятого аналогового коммутатора, второй вход которого объединен с входом первого операционного 5 усилителя-инвертора и соединен с выходом четвертого аналогового коммутатора, второй вход которого и второй вход третьего аналогового коммутатора объединены и соединены с вхо0

вход объединен с вторым управляющим входом третьего аналогового коммутатора и соединен с инверсным выходом первого триггера, выход второго ана25 логового коммутатора соединен с входом второго операционного усилителя- инвертора и с вторым входом шестого .аналогового коммутатора, первый управляющий вход которого соединен с

40 выходом первого инвертора, вход которого объединен с вторым управляющим входом шестого аналогового коммутатора и соединен с выходом второго элемента равнозначности, второй вход

т вчг. 1

на Sun. 3

а

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для преобразования в код активной энергии в трехфазных и однофазных электрических системах. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий формирователь 1 нормированньгх напряжений, аналоговые коммутаторы 2-7, операционные усилители-инверторы 8, 9, инверторы 12, 13, преобразователи II, 15, 16 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 23 импульсов, триггер 18, нуль-орган 24, введены преобразователь 10 напряжения в частоту, элементы 25, 26 равнозначности, генератор 17 тактовых 1а- пульсов, инвертор 14, триггеры 19, 20, мультиплексоры 21, 22. 4 ил. (Л 00 05 ОО J из. i

е п п п п л п п п п п п п п л п п п..

Тст

пп nnnnnnnjnrLnnrmjTJ

3 1 п п JlЛJlJПJПJП rЪllП ПJlЛЛ rlJЛ

tfTnjnJTnJinJl riJl JirLr

к

гШ /Ш1П.ПЛЛ1 пг-/

м jniinillllllllllllliHIIIIinni IJ UJJULLLlim И и м ni 11 r

на РСг21

на „- РСг21 itlMIHIilll illli

/ JiMlilMNllllHIM i III

V

X

на „- PCrBl

.З

на „- РСг21 itlMIHIilll illli

V

ff,

на ,,- РСг21

Редактор А.Огар

Составитель А.Титов Техред Л.Сердюкова

Заказ 6380/54 Тираж 900Подписное

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

Корректор М.Максимишинец