Счетчик реактивной энергии Советский патент 1991 года по МПК G01R21/06 

1

(21)4476911/21

(22)24.08.38

(46) 23.01.91. Бюл. К 3

(71)Институт проблем энергосбережения АН УССР

(72)В.Е.Тонкаль, В.Я.Жуиков, С.П.Денисюк, Д.А.Донской

и Ю.А.Яценко

(53)621.317.33 (038.3)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1121626, кл. G 01 R 21/06, 1984.

Лрторгкое свидетельство СССР N 1441325, кл. G 01 R 21/06, 1986.

(54)СЧЕТЧИК РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

(57)Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для оценки эффективности снабжения электроэнергией электрических и

ЭЙР 1 о ИЧИ.Ч1Х Ц(,пеи, Целью изобретения чшд тегся расширение области применения при измерении реактичной и обм {ч и ь систег-р i енера- тор - i мребитьль, а повышение точности измерении. геройство со- дерллт ддтччк 1 напряжения,датчики токе, 2 и 3, поремнсжители 4 и 7,коы- napaicpbi 5, 6 и 3, аналого-цифровые upeoc j. 13опс)гсли 9 и 10, N у п иплек- соры II и 12, сумматорь -накс и геаи 13-7, регистры 13-22, блоки 23-27 сопряже шя, вычислигеаь 3, бпог 29 индикации результатов вычиспения, блок 30 сопряжения, пульт 31 управления, регистр 32, счетный триггер 33, i ен ip 3 тактовых импульсов,

ВЬ1ЧИТПЮЩИИ ДВОИЧНЫЙ СЧГ UHK 35.1 ИЛ.

Ј

(Л

Wl)

w

rf --S tVdtr

N5 ГО

00

to

00

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для оценки эффективности снабжения электроэнергией энергетических и электротехнических цепей.

Цель изобретения - расширение области применения при измерении реактивной и обменной энергии в системе генератор - преобразователь - потре- битель, повышение точности измерения .

На чертеже представлена структурная схема счетчика.

Схема счетчика состоит из датчика I напряжения, первого датчика 2 тока, второго датчика 3 тока потребителя, первого перемножителя 4, второго 5 и третьего 6 двухпороговых компараторов, второго перемножителя 7,перво- го двухпорогового компаратора 8,первого 9 и второго 10 аналого-цифровых преобразователей, первого 11 и второго 12 мультиплексоров, сумматоров- накопителей 13-17, регистров 18-22, блоков 23-27 сопряжения с вычислителем, вычислителя 28, блока 29 индикации результатов вычислений,блока 30 сопряжения, пульта 31 управления, блока синхронизации и управления, который, в свою очередь, состоит из регистра 32, счетного триггера 33, генератора 34 тактовых импульсов, вычитающего двоичного счетчика 35.

В устройстве выход датчика 1 нап- ряжения соединен с входом первого перемножителя 4 и входом второго двухпорогового компаратора 5, выход первого датчика 2 тока соединен с входом третьего двухпорогового компа- ратора 6 и вторым входом первого перемножителя 4, выход которого соединен с входом первого двухпорогового компаратора 8 и входом первого аналого-цифрового преобразователя 9, вы- ход второго датчика 3 тока соединен с объединенными входами второго переножителя 7, выход которого соединен с входом второго ансзпого-цифрового преобразователя 10, выходы первого двухпорогового компаратора 8 связаны с первым и вторым входами первого 11 и второго 12 мультиплексоров, выход второго двухпорогового компаратора 5 соединен с третьим управляющим входом первого мультиплексора 11, выход третьего двухпорогового компаратора 6 соединен с четвертым управляющим входом первого мультиплексора 11

информационный вход которого соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя 10, выход первого аналого-цифрового преобразователя 9 соединен с информационным входом второго мультиплексора 12, первый выход которого соединен с первым входом первого сумматора 13, а второй выход - с первым входом второго сумматора 14, выход первого сумматора 3 соединен с входом первого регистра 18, выход которого соединен с входом первого блока 23 сопряжения с вь числитепгм и вторым входом первого сумматоьз 13, выход второго сумматора 14 сорданен с входом второго регистра 19, выхот которого соединен с входом второго йлока 24 сопряжения с вычислителем и иторым входом второго cvMMiToj a 14, первый выход первого мультиплексора 11 соединен с входом третьего су-чатора 15,выход которого соединен с входом третьего регистра 20, ныход третьего регистра 20 свячан с входом третьего блока 25 сопрккения с вычислителем и вторым входом третьего г.умматора 15,второй выхса. пррвог -гультиплексора 1 1 связан с входом четвертого сумматора 16 выход которого соединен с входом четвертого регистра 21, выход пос- ледього соединен с входом четвертого блока 26 сопряжения с вычисли- тг-тем и вторым входом четвертого сумматора 16, третий выход первого мультиплексора 11 связан с входом пятого сумматора 17, выход которого соединен с входом пятого регистра 22, выход последнего соединен с входом пятого блока 27 сопряжения с вычислителем и вторым входом пятого сумматора 17.

Первый выход блока управления и синхронизации, который может содержать регистр 32, счетчик 35,генератор 34 тактовых импульсов,счетный триггер 33, подключен к управляющим входам первого 4 и второго 7 перемножителей, второй его выход соединен с первыми управляющими входами сумматоров-накопителей 13-17 и регистров 18-22, а третий выход подключен к вторым управляющим входам сумматоров-накопителей 13-17 и регистров 18-22, а также управляющим входам первого 9 и второго 10 аналого-цифровых преобразователей,первого 11 и второго 12 мультиплексоров,

блоков 23-27 сопряжения с вычислителем, вычислителя 28. Выходы последнего связаны с входами блока 29 индикации и блока 30 сопряжения, а управляющий вход - с выходом пульта 31 управления.

Счетчик работает следующим образом.

Для работы счетчика вначале уста- навливается периодичность, с которой производится расчет активной и реак- т вной мощности (энергии), а также ьывод полученных результатов на блок 29 индикации результатов вычислений. С этой целью через входную клемму 6 в регистр 32 устанавливается двоичный код интервала времени (периода Т, за который производятся вычипе- ния.

Для включения счетчика через клемму 37 подают импульс управления на вход счетного триггера 33. На входе триггера 3:3 формируется сигнал, ранный логической 1 и предназначен ныи для запуска генератора 34 тактовых импульсов. Сигнал с выхлда счетного трш гера 33 поступает на входы перемножителей А и 7, а выходной сигнал с генератора 34 такювых импульсов поступает на входы аналого- цифровых преобразователей 9 и 10, мультиплексоров 11 и 12, сумматоров- накопитепей 13-17, регистров 13-22, блоков 23-27 сопряжения с вычислителем и собственно вычислителя 28. Счетчик 35 работает в режиме вычитания. Его содержимое уменьшается на единицу при поступлении каждого так- Т°БОГО импульса генератора 14.Когда иодрч/кимое счетчика 35 становится равным нулю, сигнал с его выхода пос- туп чет на ьходы сумматоров-накопн- телей 13-I7 и регистров 18-22.Дачный сигнал поступает также на вход реги- стрэ 32, содержимое которого (длительность интервала Т) переписывается снова в счетчик 35.

Выходной сигнал с триггере. 33 яв- ляетгя управляющим для перемножите- пей 4 и 7, что позволяет перевести перемножители в рабочие состояния. На два входа перемчожителя 4 поступают с датчика напряжения, пропорциональный напряжению генера- тора U9X(t), Uu(t) oiu L ex(t), и сигнал с первого датчика 2 тока,пропорциональный входному току iBx(t), Uj t) Q(;- i6)(t), где коэффициенты

0Јц и Q( определяются конструкцией датчиков. На выходе перемножителя 4 формируется напряжение U(,(t) ,пропорциональное мгновенной мощности

вх

(с) 1.ЛО - UBX(t),

вх

Q 5 0

5 0 0 5

0

5

иЛО оу U4XiPM(t),

где (У ц коэффициент, задаваемы1 перемножителем 4. Выходной сигнал с перемножителя 4 Uj.(t) поступает на пгргый аналого-цифровой преобра-эоьл- тель 9 и первый цвухпороговый компа- раюр 8.

На выходе первого аналого-цифрового 1реобразпватепя 9 формируется ц Ьровой код, соответствующий мгновенной мощности РОУ&О. Двухпороговый компаратор 8 позволяет определить монет ы времени, когда мгновенная мощ- ) положительна, отрицательна и совместно с компараторами .,6 с фиксацией л ля определить моменты времени, когда мгновенная мощность Pe;((t) равна НУЛЮ. Пороги срабатывания компараторов 5.6 и 8 устанавливаются в зависимости от шага квантования сигнала мгновенной мощности. ПиАровоч код мгновенной мош- нос- И РаЛО и сигналы с компаратора Л поступают на мул т- иплекгор 12, осуществляющий разделение выходного сигнала с аналого-цифрового преобразователя 9 в срответгтвии со знаком (Ч - мгновенная мощность ) - - мгновенная мощность P(t) 0) .

Цифровые коды мгновенной мощности P(t) и P(t) поступают, соответственно, на сумматоры-накопители 13 и 14, в которых происходит вычисление определенных интегралов положительной и отрицател;ной мощности (на сумматорах осуществляется фактически численное интегрирование Функций мгновенных мощностей P l(t) и P(t) при шаге интегрирования, равном периоду работы генератора тактовых импульсов) .

Занесение информации из сумматоров-накопителей 13 и 14 в регистры 18 и 19 происходит гри наличии сигнала на выходе счетчика 35, показывающего, что содержимое счетчика 35 равно нулю. В соответствии с сигналом счетчикч 35 информация из сумматоров-накопителей 13 и 14 переписывается в регистры 18 и 19.Сигнал об окончании перезаписи информации из сумматоров 13 и 14 в регистры 18

и 19 поступает на вторые входы сумматоров-накопителей 13 и 14, после чего они обнуляются. После этого содержимое регистров 18 и 19 поступает через блоки 23 и 24 сопряжения с вычислителем в вычислитель 23.

На два входа второго перемножителя 7 поступает сигнлп с второго датчика 3 тока, пропорциональный току потребителя LT;n(t) ; irt (t) , где коэффициент У, определяется конструкцией датчика 3 гока. На выходе перемножителя 7 формируется напряжение U,.-(t) , пропорциональное квад- рату мгновенного значения тока потребителя :

yt otjj (Vi2n(t),

ГДР &. u - коэффициент, задаваемый вторым персмножителем.

Выходной сигнал с перемножителя 7 Ub(t) поступает на аналого-цифровой преобразователь 10, на выходе которого формируется цифровой код,соответ- ствующий квадрату мгновенного значения тока потребителя. Сигнал с аналого-цифрового преобразователя 10 и сигналы с двухпороговых компараторов 5, 6 и 8 поступают на мультиплексор 11, осуществляющий разделение выходного сигнала с аналого-цифрового преобразователя 10 в зависимости от интервала времени работы системы генератор - преобразователь - потребитель на интервал времени, когда мош- ность передается о г генератора в потребитель (Р), на интервал времени, когда мощность передается от потребителя в генератор (Р), на интервал времени, когда генератор и потребитель отключены друг от друга и мощность в системе не потребляется (Р 0). Разделение выходного сигнала с аналого-цифрового преобразователя 10 мультиплексор 11 осушесгрляет в зависимости от двоичного кода,который поступает на его входы от двухпороговых компараторе1 5,6 и 3.

Для выделения на аериод работы системы генератор - преобразователь потребитель интервалов времени t , t° и t, а также для исключения однозначности двоичного кода на входе мультиплексора 11 на разных интервалах времени работы системы в предлагаемом устройстве используются три двухпороговых компаратора. Значения двоичных сигналов, посту

пающих на управляющий вход мультиплексора 11 на периоде кривой мгновенной мощности, следующие:

Управляющие входы мультиплексора

Для 16Х 0)1011

P°(UBX 0; 1ВХ 6)0100

Р ( iBx 0)ОНО

P( )1000

P°(U6X - 0; iBX 0) 0111

Р(Ь 6Х 0; ifex 0) 0101

Цифровые коды квадрата мгновенного значения тока потребителя in(t) поступают через мультиплексор- 11 соответственна нч сумматоры-накопители 15 - 17, кот -рые производят вычисление опрепеленных интегралов:

Гi°

+ , а г, i n

I J UKr, I j i (t)dt; оо

Г

Г j ij(r)dt.

Q

0 5

0

5

Занесение информации из суммато- ров-накопит елей 15 - 17 в регистры 20 - °2 происходи при наличии сигч- гш на в -ч оде счетчика 35, пока-швдющег, что его содержимое равно л ч . В соответствии с сигналом счетчи информация из сум- матороз- :а спитглей 15 - 17 переписывается в регистры 20 - 22.Сигнал об окончании перезаписи информации поступав: на входы сумматоров-накопителей 15 - 17. После этого содер- ж .,:ое регистров 20 - 2.2 поступает блоки 25-27 сопряжении с вытеснителем в вычислитель 28.

Вычислитель 28 производит вычисление активной мощности.

Алгоритм работы вычислителя 28 заключается в следующем:

а)ввод данных Т;

I j ij(t)dt; 1° j ihZ(t)dt,

Г J )dt;

voЧ

W4 j P+ (t)dt; W J P(t)dt.

б)P+ W+/T; P

в)PA P + P-J WA РЛ-Г;

Г) Q (p+ .fj.I+-).

T 06M1 I +I°+I

ОБМ2.

p - ЧЙ УЙ-2-

Q.

7

wr

Q«

Т; W

OEM ,

QOS/VIZ.

Qo6W2iT

W

P, Q,T; WP2

з) вывод величин Т; РА; VA; Q05A)(;

ов/и г Q Ог Блок 29 индикации

Wp/ ;W,

r 06«2 ЛР Яг результатов вчислений дает возможность вывести на долговременный носитель величины

W06A1 I W06M2 wp, w P2

пулы а 31 управления производится управление работой вычислителя 28. Формула изобретени

Т, Р

A W,

обм ОБА г Q Qiz Wn . W о. С помощью

Счетчик реактивной энергии,содержащий датчик напряжения, первый и второй датчики тока, первый и второй перемножители, входы первого перемножителя соединены с датчиками напряжения и тока, объединенные входы второго перемножителя соединены с выходом второго датчика тока, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к выходам перемножителей, двухпорого- вый компаратор, вычислитель,соединенный с блоком индикации результатов, блоком сопряжения и пультом управления, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, повышения точности измерений, в него введены два двухпорого- вых компаратора, два мультиплексора, пять сумматоров-накопителей, пять регистров, пять блоков сопряжения с вычислителем, блок синхронизации и

22828

управления

10

0

15

20

2530

35

причем входы второго и третьего двухпороговых компараторов, соединены соответственно с выходами датчика напряжения и первого датчика тока, вход первого двухпорогового компаратора подключен к выходу первого перемножителя, а выходы подключены к входам первого и первому и второму входам второго мультиплексоров, к третьему и четвертому входам второго мультиплексора подключены выходы второго и третьего двухпороговых компараторов, информационные зхоцы первого и второго мультиплексоров соединены соответственно с выходами первого и второго аналого- цифровых преобразователей, выходы мультиплексоров через сумматоры-накопители и регистры соединены с входами первого - пятого блоков сопряжения с.вычислителем, а выходы первого - пятого регистров соединены,соответственно, с вторыми входами первого - пятого сумматоров-накопителей, выходы всех блоком сопряжения с вычислителем соединены с вычислителем,первый выход блока синхронизации и управления подключен к управляющим входам первого и второго перемножи- телей, второй его выход - к управляющим входам накапливающих сумматоров и регистров, а третий его вход - к управляющим входам блоков сопряжения с вычислителем, вторыми управляющими входами сумматоров-накопителей и регистров, управляющими входами аналого-цифровых преобразователей и мультиплексоров.