Преобразователь активной мощности в код Советский патент 1989 года по МПК G01R21/06 

1

(61) 1126890

(21)43640А2/24-21

(22)14.01.88

(46) 1 5о12.89. Бнш. № 46

(71)Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова

(72)ИоМоАбдуллаев и А.Д.Оруджев

(53)621.317.38(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 239681, кл. G 01 R 21/06, 1968.

Авторское свидетельство СССР № 1126890, кл. G 01 R 21/06, 1984.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В КОД

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в знергетических информационных системах, устройствах режимной автоматики и в цифровых ваттметрах. Целью изобретения является повышение

точности Преобразователь содержит перемножитель 1, первую 3 и вторую 6 ячейки выборки-хранения, сумматор 2, первый 4 и второй 7 интеграторы, вы- читатель 5, преобразователь 8 напряжение - код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код - напряжение, первую 11 и вторую 12 линии задержки, умножитель 13 частоты, выявитель 14 периода. Преобразователь позволяет осуществить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масштабе времени с высокими показателями по быстродействию и с большей точностью, что достигается путем коррекции погрешности преобразования разностными алгоритмами более высокого порядка. 1 ил.

(Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетических информационных системах, устройствах режимной автоматики и в цифровых ваттметрах. Целью изобретения является повышение точности. Преобразователь содержит перемножитель 1, первую 3 и вторую 6 ячейки выборки-хранения, сумматор 2, первый 4 и второй 7 интеграторы, вычитатель 5, преобразователь 8 напряжение - код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код - напряжение, первую 11 и вторую 12 линии задержки, умножитель 13 частоты, выявитель 14 периода. Преобразователь позволяет осуществить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масшабе времени с высокими показателями по быстродействию и с большей точностью, что достигается путем коррекции погрешности преобразования разностным алгоритмами более высокого порядка. 1 ил.

ел to

;0

Изобретение относится к электроизмерительной технике и быть использовано п энергетических информационных системах, устройствах режимной автоматики и в цифровых ваттметрах.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Преобразователь актр.вной мощности в код содержит перемножитель 1, сумматор 2, первую ячейку 3 выборки- хранения, первый интегратор 4, вы- читатель 5, вторую ячейку 6 выборки-хранения, второй интегратор 7, преобразователь 8 напряжение - код, вычислителт.ньгй блок 9, преобразователь 10 код - напряжение, первую и вторую линии 11 и 12 задержки, умножитель 13 частоты, выянитель 14 пе-

иодао Входы перемьюжителя 1 соедиены с соответствующими шинами напряения и тока контролируемой цепи, его выход - с неинвертирующим вхоом вычитателя 5, вь ход которого соединен с входом второй ячейки 6 выборки-хранения, выход которой подключен к входу второго интегратора 7, выход которого соединен с тервым входом сумматора 2, выход которого соединен с входом nepiu- A ячейки J выборки-хранения. Выход riftpBoii ячейки 3 выборки-хранения 1(1;,ключен к входу первого И)1Гегрг1тор,; 4, выход которого соединен с вХодоь; преобразователя 8 напряжение - код, кодовые выходы после днего подключены к кодовым входам вычислительного блока 9 преобразователя 10 код - напряжение, выход которого Сиедипен с инвертирующим входом вычитятеля 5 и с вторым входом сумматора 2 Объединенные входы выявителя 14 периода и умножителя 13 частоты подключены к одному из входов перемножител « Выход выявителя 4 периода соединен с входами сброса первого и второго интеграторов 4 и 7, а также с тактирующими входами вь:числительного блока 9. Выход умножителя 13 частоты соединен с тактирующим входом второй ячейки 6 выборки-хранения и входом первой линии 11 задержки, выход которой подключен к тпктируюи .е- му входу первой ячейки 3 выборки- хранения и входу второй линии 12 задержки, выход ;тослехпнсй соединен

с тактирующим входом преобразователя 8 напряжение - код и дополнительным тактирующим входом вычислительного блока 9 о

Преобразователь работает следующим образом.

Сигналы Uy(t .) и U,(t), пропорциональные напряжению и току контролируемой цепи, по двум шинам поступают на входы перемножителя 1, выходное напряжение

U(t) S. Ujt) Ui(f)

которого пропорционально мгновенной

мощности

P(t) Ujt) . U;(t),

г де S - коэффициент передачи переМНОЖИТЙЛЯ 1,

Умножитель 13 частоты генерирует тактовые импульсы с частотой

М f i, превышающей частоту преобра1

зуемого напряжения F в М раз,

где М - количество измерений мгновенных значений преобразуемых сигналов за период Т.

При поступлении первого импульса от умножителя 13 частоты в момент

Т

времени t j-j на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения формируется импульс напряжения

U,(t,) U,(t,) - ,

постоянной длительности i , который поступает на вход второго интегратора 7.

К концу интервала времени l на выходе второго интегратора 7 устанавливается напряжение

0

-f u,,(t,)dt .i(u,(t,)-,),

(1).

где

- постоянная времени интегратора 5;

Ед- дрейф нуля преобразователя 8 напряжение - код. Для простоты анализа периодами времени выборки и сброса ячеек 3 и 6

5

выборки-хранения пренебрегаем, полас

гаем, что - 1 и амплитуда выходных импульсов ячеек 3 и 6 выборки- хранения за период времени С не изменяется в силу t) « Т. При этом получаем

1, -UB,(tJ. -U,(t,) -bf .

( la)

Учитывая, что тактирующий импульс для ячейки 3 выборки-хранения запаздывает на t o моменту времени t, -ь Z Jg на выходе первого интегратора 4 устанавливается напряжение

t/

11

- .L%)

f

i.t-o - НИ)

(2)

где sy( ti) - импульс напряжения на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения в момент времени t,

Т -

И -о

Причем, U5(t, е,+ о. Из последнего выражения имеем

п

- -UaJt,) -(ей + о)

(-u,,(t,) + г ) u,,(ti ) - .(2а)

После установления напряжения на входе первого интегратора 4 тот же тактирующий импульс после задержки во второй линии 12 задержки на время Со осуществляет запуск преобразователя 8 напряжение - код и тактирует вычислительный блок 9,. Выходной код преобразователя 8 напряжение - код соответствует

N, е„+ , и/ t,) н-г:, -

(3)

где , - погрещность преобразователя 8 напряжение - код при первом преобразовании. Код N поступает на кодовые входы преобразователя 10 код - напряжение и вычислительного блока 9.

При поступлении второго импульса от умножителя 13 частоты в мо2Тмент времени t, г,- на выходе втоt м

29140

рой ячейки 6 выборки-хранения фор- мируется импульс напряжеиия длительности t и амплитуды

5 UB,(t,) Uy(tj) - U

U( - U(t,) - , + , (4)

где U - напряжение, эквивалентное 10 коду N.

Выходное напряжение второго интегратора 7, соответствующее импульсу напряжения Uj (t) равно

15 е; -(U,(t) - и, ) -U,,(t,) + + U,,(t,) + , - . . (5)

С учетом наличия в памяти второго 20 интегратора 7 напряжения е . во

втором такте на его выходе к моменту времени tj + t окончательно устанавливается напряжение

25

11

е„+ е;, -U,(t,) + е

- U(t) + U,(t,) + е, -

-u,(tj) + , -г;.(6)

Аналогично, на выходе первого интегратора 4 к концу t;j + 2 fg имеем

10 «it- U,,(t,) - 2fc + + UjCt,) - U,,(t,) - 2, + 3Eo U,(t,) - 2, +,0(7)

Код на выходе преобразователя 8 напряженне - код после второго такта равен

N Uv,(t) + j- 2, , (8)

где j - погрешность преобразователя 8 напряжение - код, соответствующее моменту време2ТИ г М-1Код N поступает на кодовые вхо- Ды преобразователя 10 код - напряжение и вычислительного блока 9, При поступлении третьего импульса от умножителя 13 частоты в момент времеЗТ

ни t, п- на выходе преобразовате- М

ля 10 код - напряжение устанавливается напряжение U, эквивалентное коду N. Поэтому на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения имеем

,) и,(гз) - u

и,,(1з) - U,(t) - ,+ 2, . (9)

К концу интервала в третьем такте на выходе второго интегратора 7 устанавливается напряжение, равное

13 б,, е

13

-U.(t) + , - о + U,,(tj) + г - I yCt) - 2, + + о -(tj) + f - , .

Аналогично на выходе первого интегратора 4 имеем

13

72+ е;з U.,(t2) - 2,

U,(t,) - fо + UyCt,) - U,(tj) - 2 -и 3,

о UJt) - ,

(11) 20

Код на выходе преобразователя 8 напряжение - код на третьем такте

N3 и(з) + з - + ,, (12)

где ,- погрешность на третьем такте преобразования напряжения в код о

Далее процесс повторяется периодически через интервалы дискретизаТ

ции (Л и, начиная с второго, для любого (К-го) такта выходной код N преобразователя 8 напряжение - код, соответствующий мгновенному значению мощности

(tj) иц(1 J.U,-(t J

т/тп

момент времени t |Ц «- равен N, U.,(tJ +f, - ,-ь,,

fl3)

где К 2,3... .

Последнее выражение можно представить в виде

N. UJt)

где и ц- конечная разность второго порядка от погрешности преобразования напряжения в код.

Систематическая составлягацая погрешности может быть представлена в виде степенного полинома

(t) а.,- +

а, t +

+ a,t

(14)

29140

где

8

10

- постоянные коэффициенты; п - порядок полинома; t - время.

Если учесть, что в реальных условиях оставляют первые два члена полинома аппроксимации, т.е. она может быть представлена в виде

+ a,t.

p(t)

то можно показать, что

.3

& р (t)) г 0.

5

0

5

0

5

0

Приведенный анализ показывает, что в предлагаемом устройстве практически исключена систематическая погрешность преобразователя напряжение - код„ В случае, когда пог- р ешность аппроксимируется полиномом более высокого порядка, путем ввода в предлагаемое устройство дополнительных звеньев, включающих сумматор или вычитатель (в зависимости от порядкового номера звена) ячейку выборки-хранения, интегратор, а также линии задержки для синхронизации можно повысить порядок реализуемой конечной разности от систематической погрешности преобразователя напряжение - код и, тем самым, повысить точность преобразования.

Применительно к случайной погрешности можно выбирать шаг дискретизации и порядок конечной разности, исходя из корреляционных и спектральных свойств сигнала и погрешности.

При работе вычислительного блока 9 в режиме усреднения за период Т нормированное значение суммы кодов преобразователя 8 напряжение .- код эквивалентно активной мошности конт- , ролируемой цепи, Тое.

N,

1 г. N, Р.

М

(15)

Устройство может работать в режиме скользящего усреднения, когда считывание кода N осуществляется по истечении п периодов преобразуемого напряжения. Для этого в вычислительном блоке 9 подсчитывается количество Q тактирующих импульсов от умножителя 13 частоты и считывание осуществляется в моменты времени, когда Q М, 2M,...,qM. Если требуется считывание кода измеряемой активной рощ- ности к концу каждого периода, то

достаточно использовать выходной сигнал выявителя 1А периода, который к концу каждого периода сбрасывает интеграторы 4 и 7 и дает импульс на дополнительный тактирующий вход вычислительного блока 9 об окончании периода Т.

Количество тактов М внутри периода Т выбирается с учетом дифферен- циальных и спектральных свойств сигналов . t), IJj(t) и реализацией погрешности преобразователя (t), исходя из критерия минимизации погрешности численного интегрирования.

При определелии рационального значения С можно пользоваться критерием минимизации динамической погрешности второго рода, оцениваемой по интегралу Дюамеля, а также нера- венством . интервал корреляции случайной погрешности.

При преобразовании активной мощности вычислительный блок 9 представляет собой накапливающий сумма- тор. Преобразователи напряжение - код 8 и код - напряжение 10 двух- полярные и их разрядность определяется точностью преобразования, но требования к точности преобразовате- ля 8 напряжение - код значительно ниже в силу использования коррекции преобразования мощности устройством в целом.

Если объединить входы перемножителя 1 и подключить их либо к источнику преобразуемого напряжения Uj,(t) либо к источнику преобразуемого тока и,(t), то нормированные значения, получаемые на выходе вычислительного блока 9, будут эквивалентны квадрата действукших значений напряжения U или тока I контролируемой цепи соответственно

1 гг W 1

м 1 i

.T

М

(16) (17)

Здесь г U ,(t J, и ,(Ч) эквивалентны соответственно квадратам мгновенных значений преобразуемого напряжения и тока контролируемой цепи. При этом вычислительный блок 9 выполняет помимо нормирования выходных кодов преобразователя 8 напрй- жение - код также следукхцие вычисления: определение действующего значения напряжения

/ и

V N

(18)

или определение действующего значе- чия тока

N, /.

Дальнейшей обработкой кодов, эквивалентных активной мощности и действующих -значений напряжения N и тока N-J, можно определить полную мощность

NS N,- N, реактивную мощность

(20)

N УМ5 - Np,

(21)

коэффициент мощности

W - NP 1 -

(22)

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масштабе времени (за один период) с достаточно высокими показателями по быстродействию (за счет использования метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов) и с большой точностью (благодаря коррекции погрешности преобразования разностными алгоритмами более высокого порядка).

Фо.рмула изобретения

Преобразователь активной мощности в код по авт. св. № 1126890, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные вычитатель, вторая ячейка выборки-хранения, второй ин- TierpaTop, а также последовательно соединенные первая и вторая линии задержки, причем инвертирующий вход вычитателя подключен к выходу перемножителя, а инвертирусхций вход - к выходу преобразователя код - на- пряжение, выход умножителя частоты

tlI5291AO12

соединен с тактрруидим входом вто- образователя напряжение - код и вырой ячейки выборки-хранения непо- числительного блока подключены к

средственно и с тактирующим входом выходу второй линии задержки, вход первой ячейки через первую линию , сброса второго интегратора соединен задержки, а тактирующие входы пре- с выходом выявителя периода.