Способ определения активной и реактивной мощности и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R21/06 

Итобретение относится к измерению электрических переменных Величин, а точнее к измерению электрической работы или мощности, основанному на измерении токов и напряжений, и может быть использовано при измерении составляющих мощности в электрических цепях, в частности, в случаях, когда токи и напряжения имеют пе- риодический характер и произвольную форму, а величина периода напряжения и тока изменяется во времени, например при измерениях в -цепях управляемых статических преобразователей час тоты.

Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих полной мощности в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода тока и напряжения изменяется во времени.

На фиг. 1 приведены диаграммы исходных кривых тока и напряжения, эквивалентных синусоид тока, напряжения и мгновенной мощности для пояснения предлагаемого способа из- 1 мерения активной и реактивной MODJHOCJ- тн; на фиг. 2 - структурная схема устройства для реализации способа измерения активной и реактивной мощности.

Способ измерения активной и реактивной мощности заключается в еле- дующем.

Измеряют мгновенные значения напряжения и тока (диаграмма 1 на фиг. 1). Дальнейшие производимые операции показаны не для исходных кривых напряжения и тока (диаграмма 1), а для эквивалентных синусоид напряжения и тока (диаграмма 2). Мгновенные значения тока и напряжени перемножают (диаграмма 3). Затем перемноженные сигналы разделяют по знаку (диаграммы 4 и 5) и интегрирую раздельно, например, с помощью преобразования напряжения в частоту следования импульсов и подсчета их числа за время измерения (диаграммы 6 и 7). Одновременно задаются временем измерения либо контролируют его в течение произвольного целого числа периодов сигналов (диаграмма 8) Момент начала отсчета времени может быть произвольным. Например, в качестве начала отсчета можно принять момент перехода напряжения че

рез ноль. На основании полученных чисел (диаграмма 6), (диаграмма 7) и (диаграмма 8) определяют разность (П - П) и отношение Н+/П. По полученной разности судят о величине активной мощности, которую определяют по формуле

CD

Р ПС По разности интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигнала мгновенной мощности и по их отношению судят о величине реактивной мощности, которую определяют на основании формулы

ОЦ - П) Q .к

(2)

0

5 0

г

о

5

где К - коэффициент, удовлетворяющий соотношению

П. К - arctgK Ъ( --- - 1) . (3)

Таким образом, по отношению (П+/П) СУДЯТ о величине коэффициента реактивной нагрузки.

Устройство для измерения активной и реактивной мощности, осуществляющее предлагаемый способ, содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, перемножитель 3, селектор 4 положительной составляющей сигнала, селектор 5 отрицательной составляющей сигнала , первый и второй преобразователи 6 и 7 напряжения - частота, первый и второй счетчики 8 и 9 импульсов, фильтр 10, компаратор 11, одновибратор 12, блок 13 индикации, переключатель 14 и вычислительный блок 15, в котором условно выделены блок 16 управления, генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 времени и вычислитель 19. Причем выходы датчиков 1 и 2 тока и напряжения подключены к входам перемножителя 3, выход которого через селектор 4 положительной составляющей сигнала и первый преобразователь 6 напряжение - частота подключен к счетному входу первого счетчика 8 импульсов, а через селектор 5 отрицательной составляющей сигнала и второй преобразователь 7 напряжение- частота - к счетному входу второго счетчика 9 импульсов, информационные выходы первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов подключены к

первому и второму информационным входам вычислительного блока 15, содержащего вычислитель 19, к первому управляющему выходу которого подключен блок 16 управления, к второму управляющему выходу - вход параллельной записи счетчика 18 времени, а к третьему и четвёртому информационным входам вычислителя 19 подключены соответственно информационный выход счетчика 18 времени и переключатель 14, к входам которого подключены выход одновибратора 12 и выход переноса счетчика 18 времени, к счетному входу которого подключен генератор 17 тактовых импульсов, к информационному выходу вычислительного блока 15 подключен блок 13 индикации, а к входу одновибратора 12 через компаратор 11 и фильтр 10 подключен выход датчика 1 тока, выход блока 16 управления подключен к управляющим входам счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18 времени. Устройство работает следующим

образом, i

Фильтр 10 выделяет основную гармонику входного сигнала, компаратор 11 определяет момент перехода первой гармоники входного сигнала через нуль, одновибратор 12 и в этот момент выдает короткий импульс, по которому вычислитель 19 формирует начало интервала измерения мощности, т.е. выдает на блок 16 управления импульс, по которому блок 16 управления, являющийся по существу однобитовым выходным регистром вычислительного блока 15, снимает сигнал запрета счета с управляющих входов первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18. Первый счетчик 8 импульсов начинает интегрировать количество импульсов, поступающих на его вход с выхода первого преобразователя 6 напряжение - частота. Частота следования импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение - частота пропорциональна мгновенному значению положительной составляющей произведения мгновенных значений тока и напряжения на входе устройства.

Второй счетчик 9 импульсов интегрирует количество импульсов, поступающих с выхода второго преобразователя 7 напряжение - частота, частота их следования пропорциональна модулю мгновенного значения отрицательной

1479886

составляющей произведения мгновенных значении тока и напряжения на входе устройства. Счетчик 18 времени счи- г тает импульсы, поступающие с выхода стабилизированного генератора 17 тактовых импульсов. Вычислитель 19 в это время анализирует поступление импульсов с выхода одновибратора 12. Период их следования равен периоду

измеряемых сигналов. По приходу П-го импульса (произвольное целое число импульсов задается предварительно), т.е, по окончанию П периодов входно5 го сигнала, вычислитель 19 считывает с информационных выходов первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18 времени записанное в них к этому моменту число импульсов, со0 ответственно И+, П и П., и выдает сигнал на блок 16 управления, по которому он устанавливает в ноль первый и второй счетчики 8 и 9 импульсов и счетчик 18 времени. Таким

5 образом, цикл измерения в этот момент завершается. Затем по считанной информации П+, П и П, вычислитель 19 определяет разность (П.,.- П), отношение Пц./П, производит функцио0 нальное преобразование отношения в соответствии с формулой (3), после чего вычисляются значения составляющих полной мощности по выражениям (1) и (2). Результат по информационс ному выходу вычислительного блока 15 выдается на блок 13 индикации. Переключатель 14 переводит вычислительный блок 15 в режим, при котором моменты начала и конца измерения

о определяются не по импульсам с выхода одновибратора 12, а произвольно. В этом случае интервал t Т определяется предварительно с помощью установки счетчика 18 времени по выхое ДУ параллельной записи от вычислителя 19. При этом счетчик 18 времени переводится в режим таймера (обратного счета времени). Б этом режиме при измерении активной и реактивной мощности не требуется никаких измерений временных интервалов, характеризующих входные сигналы тока и i напряжения,что значительно упрощает гГроцесс измерения и повышает его точность. Формула изобретения

1. Способ определения активной и реактивной мощности, заключающийся

0

в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, перемножают их, разделяют перемноженные сигналы по знаку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода напряжения и тока изменяется во времени, интегрируют раздельно за произвольное целое число периодов или за время, значительно большее величины периода, разделенные по знаку составляющие сигнала мгновенной мощности, определяют разность и отношение получаемых интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигналов мгновенной мощности и по их разности судят о величине активной мощности, а по разности и отношению - о величине реактивной мощности, при этом составляющие мощности вычисляют по формулам

.1 ( Р+ р).

О - -Ј4 , t ( Р+- Р),

де Р - среднее значение активной

мощности за время измерения;

О - среднее значение реактивной мощности за время измерения;

Р,- интегральное значение положительной составляющей сигнала мгновенной мощности за время измерения; модуль интегрального значения отрицательной составляющей сигнала мгновенной мощности за время измерения; время измерения, равное , времени интегрирования;

К - коэффициент реактивной нагрузки, удовлетворяющий соотношению

К - arctgK

ад- -г

5

0

5

2. Устройство для определения активной и реактивной мощности, содержащее датчики тока и напряжения, блок индикации и вычислительный блок, выход которого соединен с входом блока индикации, а выходы датчиков тока и напряжения соединены с входами перемножителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих полной мощности в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода и тока и напряжения изменяется во времени, в него введены селекторы положительной и отрицательной составляющих сигнала, первый и второй преобразователи напряжение - частота, первый и второй счетчики импульсов, фильтр, компаратор, одновибратор и переключатель, причем выход перемножителя подключен через селекторы положительной и отрицательной составляющих сигнала, первый и второй преобразователи напряжение - частота и информационные входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к первому и 5 второму информационным входам вычислительного блока, третий информационный вход которого подключен к выходу переключателя, первый вход которого через одновибратор, компаратор и фильтр подключен к выходу датчика тока, а второй - к выходу временного переноса вычислительного блока, управляющий выход которого подключен к управляющим входам первого и второго счетчиков импульсов.

0

0

5

t

Фаг.1

Изобретение может быть использовано при измерении составляющих мощности в электрических цепях при синусоидальных и периодических токах и напряжениях. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих полной мощности. Для определения активной и реактивной мощности интегрируют разделенные по знаку составляющие сигнала мгновенной мощности. Интегрирование проводят либо за произвольное целое число периодов, либо за время, значительно большее величины периода. По разности интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигнала мгновенной мощности определяют величину активной мощности, а по разности и отношению - реактивную мощность. Устройство для осуществления способа содержит датчик 1 тока и датчик 2 напряжения, перемножитель 3, селекторы положительной 4 и отрицательной 5 составляющих сигнала, первый 6 и второй 7 преобразователи напряжение - частота. Первый 8 и второй 9 счетчики импульсов, фильтр 10, компаратор 11, одновибратор 12, блок 13 индикации, переключатель 14 и вычислительный блок 15, включающий блок 16 управления, генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 времени и вычислитель 19. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.