Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код Советский патент 1990 года по МПК G01R21/133 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных - информационных системах для преобразования и кодарования информации.

Дель изобретения - рас1цирение частотного диапазона и повьшение точности устройства.

35

На чертеже представлена струк- 25 урная электрическая схема преобра- ователя активной мощности трехфаз - ной электрической цепи в цифровой

код.

Преобразователь активной мощное- о ти содержит первый инвертирующий усилитель 1, двухполярш-гй источник 2 эталонного напряжения, второй инвертирующий усилитель 3, первьй, второй и третий аналоговые ключи 4-6, суммирующий интегратор 7, первую и вторую схемы 8 и 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения, пороговый элемент 11, первый, второй и четвертьй триггеры 12 - 14, логичес- кий элемент 2И-НЕ 15, нуль-орган 16, умножитель 17 частоты, логический элемент 2И 18, двоичный счетчик 19, третий триггер 20, генератор 21 стабильной частоты, логический элемент ЗИ 22, двоично-десятичный счетчик 23 с цифровой индикагщей, два пассивных сумматора 24 и 25, шины 26 и 27 источников напряжений измеряемой цепи, шины 28 и 29 источников соответствующих фазных токов и шину

30 Пуск.

Входные шины 26 и 27. фазных напряжений соединены с входами инверти- усилителей 1 и 3 и первым, пятым входами суммирующего интеграто-, ра 7, второй, третий и четвертый входы которого подключены к выходам первого, второго и третьего аналого50

5

20

35

25

о

-, 50

вых ключей 4-6. Вход первого аналогового ключа 4 соединен с выходом первого инвертирующего усилителя 1. Вход второго аналогового ключа 5 подключен к положительному выводу источника 2 эталонного напряжения. Вход третьего аналогового ключа 6 cue-;- динен с выходом второго инвертирующего усилителя 3. Первые входы первого и второго пассивных сумматоров 24 и 25 объединены и подключены к отрицательному выводу источника 2 эталонного напряжения, их вторые входы соединены с 28 и 29 источника соответствующих фазных токов. Выходы первого и второго пассивных сумматоров 24 и 25 соединены с входами схем 8 и 9 сравнения, выходы которых подключены к первым входам первого и второго триггеров 12 и 13, вторые входы которых объединены и подключены к соединенным вместе выходу элемента 2И и входу двоичного счетчика 19. Вторые входы схем 8 и 9 подключены к ВЬЕОДУ генератора 10 пилообразного напряжения, управляющий вход которого подключен к второму входу четвертого триггера 14 и выходу элемента 2И-НЕ 15, входы которого соединены с первыми выходами первого и второго триггеров, вторые выходы подключены к управляющим входам третьего и первого аналоговых ключей 6 и 4. Вход нуль-органа 16 соединен с шиной 27 фазного напряжения, а выход через умножитель 17 частоты подключен к первому входу элемента 2И, второй вход которого соединен с объединенными входами третьего триггера 20, первым входом элемента ЗИ 22 и входом Сброс двоично-десятичного счетчика 23. Первый вход третьего триггера 20 подключен к выходу двоичного

счетчика 19, а второй его вход - к не Пуск.Выход суммирующего интегратора 7 соединен через пороговый элемент 11 с первым входом четвертого триггера 1А, выход которого подключен к второму входу элемента ЗИ 22, третий вход которого соединен с генератором 21 стабильной частоты, а выход - со счетным входом двоично-десятичного счетчика 23.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении сигнала Пуск либо от оператора, либо от генератора 31 импульсов (показано пунктиром) на соответствующие входы логических элементов 2И 18 и ЗИ 22 поступает разреиающий сигнал от третьего триггера 20 и показания двоично-десятич- ного счетчика 23 сбрасываются. Пер-, вый же импульс от умножителя 17 частоты переключает через элемент 2И 18 первый и второй триггеры 12 и 13 и тем самым через элемент 2И-НЕ 15 запускается генератор 10 пилообразного напряжения. На первый и пятьп1 вхоДы суммирующего интегратора 7 поступают напряжения U(t) и IJg(t), пропорциональные соответствующим линейным напряжениям трехфазной цепи, которые предварительно сум1 руются с постоянным напряжением U, с целью получения однополярных сигналов:

U(t) U,c(t) - и„; ,

Ug(t)

и„, (t) - и

ее

О

(1)

k.S

чк

гк.

Выходное напряжение e(t) суммирующего интегратора 7 достигает значения ( гк

) (1,) dt+ I Ug(t)dt,

о о (2) где Т л- - интервал времени, соответствующий большему из Т, и Т,

моменты измерения мгновенных значении напряжений U/t) и llsCt); количество внутрипериод- ных измерений; период измеряемых сигналов,

Интервалы

tK

Т,., определяются

гк

промежутками времени между моментами запуска генератора 10 пилообразного напряжения и срабатываний соответствующих схем 8 и 9 сравнения, т.е.:

-1к

2 Uo)J(2a);T,,

г597759

где

10

CU,B(tx)- UoJ, U.,(t) HU.(t) К, (26)

напряжения про- порциональные токам фаз А и В соответственно;

коэффициент линейного напряжения.

К. концу интервалов времени Т и , срабатывают схемы 8 и 9 сравнения, выходные сигналы которых пере- брасьшают, первый и второй триггеры 12 и 13 в исходное состояние, и замыкаются аналоговые ключи 4 и 5. Через них на второй и четвертьй входы суммирующего интегратора 7 с выходов инвертирующих усилителей 1 и 3 поступают инвертированные значения входных сигналов ) и Ug(t). Одновременно на первый и пятый входы продолжают поступать прямые значения напряжений ) и UgCt). ,

,

,

в,

30

35

45

50

55

К

концу интервала времени . выходной сигнал логического элемента 2И-НЕ 15 перебрасывает четвертый триггер 14 и возвращает генератор Ю пилообразного напряжения в исходное состояние. Выходной импульс четвертого триггера 14 замыкает аналоговьпЧ ключ 5, и на третий вход суммирующего интегратора 7 поступает постоянное напряжение U(,f, положительной полярности. При этом выходное напряжение суммирующего интегратора 7 изменяется в обратном направлении по. закону

40

e(t) е() -«- К, S U(t)dt +

лТкЛТк о

U|(t)dt - Kg I U(t)dt - Л

- К.

,(t)dt л

.

(3)

Ив

с о

В момент перехода выходного напряжения суммирующего интегратора 7 через нуль пороговый элемент 11 срабатывает и перебрасьгаает четвертый триггер 14 в исходное состояние, а аналоговый ключ 5 размыкается и прекращается поступление импульсов от генератора 21 стабильной частоты в двоично-десятичный счетчик 23. При. поступлении очередного импульса от умножителя 17 частоты происходит аналогичный процесс преобразования мгновенного значения мощности измеряемой цепи в интервал впемени.

Интервал времени 4. Tj; соответствующий Длительности рыходного сигнала . .яетвертого триггера 14 при К-м шаге

квантования,определяют из уравнения с

(3) с учетом e(t) 0:j j е(Т.) + K,jU(t)dt + KjUe(t)dt , дТко ЛТк

h K3jU(t)dt - K U Ctydt - 1 0,«0Ito

откуда с учётом вьфажения (2) ikTjK

.ЛТ (t)dt 4-jU,(tpdt..(4)

on

С учетом длительности шага кванто- 15- вания и.выражений (2а) и (26) из (4)

получаем

1

Т- 2И;и:; лс(;.) (t - Uo3 + UgcCtJ - UjtU,.g(t) - UJ. 20

(5)

Выходной сигнал четвертого триггера 14 длительности ЛТ к заполняется импульсами с частотой fon от генератора 21 стабильной частоты и в двоич- - но-десятичный счеТчик 23 записывается

число

N fon- 4Т,.

. Таким образом, за время интегри- рования Тунт- п-Т в счетчике 23 на- кашщвается следующее количество им- пульсов-

Л-М

N NK NO + Np

Л- 1

г.

где NO ------- постоянное число,

Krt-U(,o

Np 2к-Г- лс((;). - ) к.1

вс 1 число, пропорционалное активной мощности трехфазной цепи

Исключение NO из результатов не представляет трудности и может быть Достигнуто путем подключения между элементом ЗИ 22 и счетчиком 23 двоичного счетчика с объемом NO, переполнение которого дает разрешающий сигна к накоЛпению остальных импульсов в счетчике 23. А в случае, когда в качестве счетчика 23 применяется ре-- версивный двоично-десятичный счетчик необходимость использования до- полнительного счетчика отпадает.

Как видно из выражения N р пред- : лагаемое устройство позволяет осу- ществить также преобразование актидг

5-

0

5

0

5

40

45

ной мощности однофазной цепи без каких-либо изменений в структуре.

Ф opмyлa изобретения

Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган, вход которого подключен к шине источника напряжения измеряемой цепи, двухполярный источник эталонного на- пряжения, суммирующий интегратор, ури аналоговых ключа, вход второго аналогового ключа соединен с выходом источника эталонного напряжения по- ложительной полярности, два пассивных сумматора, первый вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а второй вход - с вь1ходами источников соответствую- Е{их фазных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключен;3. первым своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а вторым входом - к выходу генератора пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с перпы- ми выходами первого и второго триггеров через элемент 2И-НЕ, другие - выходы этих триггеров подклю тены к управляюпщм входам первого и третьего аналоговых ключей, а первые входы каждого триггера соединены с выходами соответствуюидих схем сравнения , вторые объединены и соединены с выходом элемента 2И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом - к выходу третьего триггера, первый вход которого соединен с выходом элемента 2И через двоичньй счетчик импульсов, а второй - с пусковой шиной, выход третьего триггера подключен также к входу Сброс двоично-десятичного счетчика с цифровой ;индикацией, к одному из входов элемента ЗИ, другие входы которого соединены соответственно с выходом ге- нераторсЧ опорной частоты и объединенными управЛЯЮГ1ИМ входом второго аналогового ключа и выходом четвертого триггера, первый вход которого соединен с выходом суммирующего интегратора через пороговый элемент, а второй - с выходом элемента 2И-НЕ, выход элемента ЗИ подключен к счетному входу двоично-десятичного счет.

91597759

чика с цифровой индикацией, о т-говых ключей, которые соединены с

личаюпийся тем, что, с цельювторым и четвертым входами суммируюрасширения частотного диапазона и по-щего интегратора, третий вход котовышения точности, в него введены дварого соединен с выходом второго ана

инвертирующих усилителя, входы кото- логового ключа, а шины соответствуюрых подключены к шинам соответствую-щих фазных напряжений непосредственщих фазных напряжений, а вьkoд,l -но соединены с первым и пятым входами,

к входам первого и третьего анало- суммирукщего интегратора.

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования активной мощности в цифровую форму. Изобретение расширяет частотный диапазон и повышает точность и позволяет преобразовать активную мощность трехфазной и однофазной электрических цепей в цифровой код. Цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код введены первый и второй инвертирующие усилители 1 и 3 и изменены схемы включения аналоговых ключей 4, 6. В изобретении за счет изменения схемы включения коммутирующих аналоговых ключей 4, 6 и введения инвертирующих усилителей 1, 3 удается коммутировать входное напряжение суммирующего интегратора 7 во втором такте интегрирования таким образом, что погрешность, обусловленная остаточным напряжением ключа, значительно уменьшена. Устройство также содержит двуполярный источник 2 эталонного напряжения, аналоговый ключ 5, первую и вторую схемы 8 и 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения, пороговый элемент 11, первый, второй, третий, четвертый триггеры 12, 13, 20, 14, логический элемент 2И-НЕ 15, нуль-орган 16, умножитель 17 частоты, логический элемент 2И 18, двоичный счетчик 19, генератор 21 стабильной частоты, логический элемент 2И 22, двоично-десятичный счетчик 23, пассивные сумматоры 24 и 25. 1 ил.