Преобразователь активной мощности в цифровой код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/00 G01R21/06 

u(t)

о

о

СлЭ

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для преобразования активной мощности (энергии) в цифровой код.

Цель изобретения - повышение точно- сти и упрощение преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя активной мощности в цифровой код; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь активной мощности в цифровой код содержит образцовый токоог- раничивающий элемент, выполненный на резисторе 1, фиксатор 2 уровня, источники 3 и 4 опорного напряжения, аналоговый коммутатор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, коммутаторы 7 и 8, умножитель 9, сумматор 10, регистры 11-13, постоянное запоминающее устройство 14, формирователь 15 импульсов, генератор 16 опорной частоты, делитель 17 частоты импульсов и формирователь 18 управляющих сигналов.

Аналого-цифровой преобразователь б построен на основе микросхемы К 1107 ПВ2, включенной в режим выдачи дополни- тельного кода.

Формирователь 15 импульсов построен, как триггер Шмитта, с выходом, подключенным к С-входу D-триггера, D-вход которого соединен с шиной питания, а пря- мой выход и R-вход - соответственно с D- входом и инверсным выходом второго триггера, С- и R-входы которого подключены к входу синхронизации формирователя импульсов, а инверсный выход является вы- ходом формирователя. Формирователь 18 управляющих сигналов представляет собой постоянное запоминающее устройство на основе микросхемы К155РЕЗ, включенной в режим разрешения считывания, куда пред- варительно записывается информация в соответствии с временными диаграммами на фиг. 2 с подключенной к выходу дифцепью.

Преобразователь активной мощности в цифровой код работает следующим обра- зом.

Формирователь 15 импульсов выделяет периоды Тх колебаний входного тока i(t), определяющие интервалы преобразования мощности, и в начале каждого текущего периода формирует импульс (фиг. 26), синхронизированный с текущим импульсом с первого выхода делителя 17 (фиг. 2в). Делитель 17 осуществляет деление опорной час- тоты следования импульсов с выхода генератора 16 (фиг. 2а) последовательно на 3 (фиг. 2в, г) и на 2 (фиг. 2д) и вместе с генератором 16 опорной частоты управляет работой формирователя 18, на выходах которого формируются сигналы соответственно: управления аналоговым коммутатором 5 (фиг. 2е, ж), управления фиксатором 2 уровня и записи в регистр 11 (фиг. 2з), записи в регистры первого и второго множителей умножителя 9 (соответственно фиг. 2и, к), записи в регистр 12 (фиг. 2л) и разрешения считывания с регистра 11 (фиг, 2м). Сигналом разрешения считывания с регистра 12 является сигнал с первого выхода делителя 17 (фиг. 2в). Сигнал сброса регистров 11 и 12 и записи в регистр 13 снимается с выхода формирователя, 15 (фиг. 26), а тактовой последовательностью для аналого-цифрового преобразователя 6 является последовательность импульсов с выхода генератора 16 (фиг. 2а).

В течение каждого текущего периода входных сигналов при состоянии 000 делителя 17 (фиг. 2в, г, д) аналоговый коммутатор 5 пропускает на вход аналого- цифрового преобразователя 6 падение напряжения R i(t) на колиброванном резисторе 1 (фиг. 2е, ж). По положительному фронту очередного импульса с выхода генератора 16 значение R im падения напряжения на резисторе 1 выбирается и фиксируется аналого-цифровым преобразователем б (фиг. 2а). В это же время фиксатором 2 уровня осуществляется выборка и фиксация значения Um входного напряжения (фиг. 2з). С приходом отрицательного фронта очередного импульса с выхода генератора 16 осуществляется кодирование значения R im (фиг. 2а).

При состоянии 100 делителя 17 (фиг. 2в, ) аналоговый коммутатор 5 пропускает на вход аналого-цифрового преобразователя 6 значение Um напряжения с выхода фиксатора 2 уровня (фиг. 2е, ж). По положительному фронту очередного импульса с выхода генератора 16 значение Um выбирается и фиксируется аналого-цифровым преобразователем 6, а результат Nim кодирования R im переносится в его выходной буферный регистр. По отрицательному фронту очередного импульса с выхода генератора 16 (фиг. 2а) осуществляется кодирование Um, а код Nim записывается в регистр первого множителя умножителя 9 (фиг. 2и).

При состоянии 010 делителя 17 (фиг. 2в, г. д) аналоговый коммутатор5 пропускает на вход аналого-цифрового преобразователя 6 опорное напряжение V0 с выхода источника 3 (фиг. 2е, ж). По положительному фронту очередного импульса с выхода генератора 16 V0 фиксируется аналого-цифровым преобразователей 6. а результат NUn, кодирования Um переносится

в его выходной регистр и оттуда в регистр второго множителя умножителя 9 (фиг. 2к), где производится перемножение Nim и NUrn, после чего сумматором 10 результат перемножения прибавляется к

m -1

сумме $Ј NIK NUK произведений резульк 1

татов преобразования i(t) и U(t) за (т-1) предыдущие точки их дискретизации с выхода регистра 11 (фиг. 2м).

При состоянии 001 делителя 17 (фиг. 2в, г, д) аналоговый коммутатор 5 вновь пропускает на вход аналого-цифрового преобразователя 6 падение R i(t) напряжения на резисторе 1 (фиг. 2е, ж), значение R im+i которого по приходе положительного фронта импульса с выхода генератора 16 (фиг. 2а) фиксируется аналого-цифровым преобразователем 8. В этот же момент времени результат Nuom кодирования V0 записывается в выходной буферный регистр преобразователя 6, а оттуда - в регистры множителей умножителя 9 (фиг. 2и, к), а результат суммиm - 1

рования Nim NUm + 2 NUK 1 с вык 1

хода сумматора 10 переносится в регистр 11 (фиг. 2з).

Умножитель 9 производит перемножение Nuom и Nuorrv Результат перемножения прибавляется сумматором 10 к сумm - 1 ме 5) Ku UoicC выхода регистра 12

к 1

(фиг. 2в), после чего с приходом положительного импульса с выхода генератора 16 при состоянии 101 делителя 17 результат суммирования заносится в регистр 12 (фиг. 2а, в, г, д, л). В остальном работа предлагаемого преобразователя при состояниях делителя 17 101 и 011 повторяет его работу при состояниях делителя 17 100 и 010 за исключением того, что при состоянии 011 аналоговый коммутатор 5 пропускает на вход аналого-цифрового преобразователя 6 опорное напряжение (Л/о) с выхода источника 4 (фиг. 2е, ж) При появлении импульса на выходе формирователя 15, указывающего на окончание очередного периода колебаний входных сигналов (фиг. 26) в регистре 11 хранится т

сумма NUK Mi произведений мгног - 1

венных значений U(t) и i(t) за N точек их дискретизации за прошедший период, а в сумматоре 10 осуществляется

п - 1

суммирование Nvonc . Резульк 1

тат Г NVQK суммирования является адк 1

ресным кодом для постоянного запоминаю- щего устройства 14, где по соответствующему адресу записан соответствующий код коэффициента корпрекции Ккор. Коды NJK NUK и ККОр

к 1

заносятся в регистры множителей умножителя 9 (фиг. 2и, к), где перемножаются, после чего по положительному фронту импульса на выходе формирователя 15 результат перемножения, прямо пропорциональный активной мощности, заносится в регистр 13. В это же время регистры 11 и 12 сбрасываются в О, и работа предлагаемого преобразователя продолжается по следующему периоду Тх.

с учетом систематических погрешностей аналоговых узлов предлагаемого преобразователя (случайные погрешности не рассматриваются, так как они усредняются до величин второго и более порядка малости

за счет большого числа дискретизаций входных сигналов) Nim и NUm могут быть представлены следующим образом:

Nlm(R im +ДЕ|)(Кацп +АКацп), NUm ( Um + Д Ей ) ( Кацп + Д Кацп ) ,

где dAfj - суммарная погрешность от смещения нуля узлов 1, 5, 6;

ДЕЦ суммарная аддитивная погрешность узлов 2, 5, 6;

Кацп - расчетное значение коэффициента преобразования преобразователя 6;

Д Кацп - отклонение реального коэффициента от этого значения.

Тогда

§ N|K NUK ( Кацп + Д Кацп ) X

к 1

X Ј UK+ДЕЦ (Капп +ДКэЦП)Х

к 1

X Ј RiK +ДЕ| (Кацп +Д Кацп) Ј U + к 1k 1

+ ПДЕ ДБи( Кацп +Д Кацп)2

Ас учетом того, что при большом значении N для периодических входных сигналов, например, промышленной сети i (t) Im sin (u)t );U (t )Um sin cot;

I /oXRi(t)dt-0;2 UK-

К 1X1C 1

j(t)dt-o,

Tx

а произведение Л EI A EU является величиной второго порядка малости по сравнению с произведением R U UK,

Ј N|K (Кацп+АКацп)2 X

к 1

х 2 R -ик.

к 1

п В то же время Г Му0к может быть

к 1

представлена следующим образом: Е (Уо+ДЕУ0 )2X

к 11

ХСКацп+ДКацп +тгСУо+ДЕУо )2 х

X ( Кзцп Ь А Кацп ) ( Кацп + А Кацп ) X 2

X П VЈ + A EV0 ( Кацп + А Кацп )2 nV2, ,

где A EVO суммарная погрешность от смещения нуля узлов 3-6;

2 A EVO величина второго порядка мап

лости по сравнению с Vo .

При этом коэффициент коррекции Ккор определяется

К ацп УОКацп

К°Р Ы2 U ( Кацп + А Кацп)2

Z/ |N|VOK к 1

При этом при большом числе п

NiK-NuK - R X

к 1 х

x/oxi(t)u(t)dt.

Формула изобретения Преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий аналоговый коммутатор, первый информационный вход которого является шиной входного тока, объединен с первым входом формирователя импульсов и через образцовый токоограни- чивающий элемент, выполненный в виде резистора, подключен к общей шине, второй информационный вход соединен с выходом фиксатора уровня, третий информационный вход соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а выход подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, умножитель, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами первого регистра и первыми входами сумматора, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, а выходы подключены к соответствующим информационным входам второго и третьего регистров, формирователь управляющих импульсов, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выходы подключены соответственно к управляющему входу фиксатора уровня, к первому и второму управляющим входам аналогового коммутатора, входам записи второго и третьего регистров и входам записи умножителя и входу разрешения второго

регистра, а информационный вход фиксатора уровня является шиной входного напряжения, постоянное запоминающее устройство, отличаю щийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения

преобразователя, в него введены первый и второй коммутаторы, делитель частоты импульсов и второй источник опорного напряжения, выход которого соединен с четвертым информационным входом аналогового коммутатора, а выходы аналого+циф- рового преобразователя подключены к соответствующим первым информационным входам первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы

которых соединены соответственно с объединенными выходами второго и третьего регистров и выходами постоянного запоминающего устройства, управляющие входы первого и второго коммутаторов объединены с входом записи первого регистра входом сброса второго и третьего регистров и подключены к выходу формирователя импульсов, а выходы первого и второго коммутаторов соединены с соответствующими

первыми и вторыми информационными входами умножителя, выходы сумматора подключены к соответствующим входам постоянного запоминающего устройства, а выход генератора опорной частоты подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя и входу делителя частоты импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым, третьим и четвертыми входами формирователя управляюих импульсов, второй вход которого объединен с входом синхронизации формирователя импульсов и входом разрешения считывания третьего регистра.

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для преобразования активной мощности в цифровой код. Преобразователь позволяет повысить точность преобразования активной мощности за счет сведения до величины второго порядка малости аддитивной систематической погрешности преобразования опорного сигнала благодаря преобразованию знакопеременного опорного сигнала в одних и тех же периодах с входными сигналами, что, в свою очередь, приводит к упрощению преобразователя. Для этого в преобразователь введены источник 4 отрицательного опорного напряжения, коммутаторы 7 и 8, обеспечивающие последовательное подключение к умножителю 9 промежуточных результатов преобразования, и делитель 17 частоты, определяющий программу работы преобразователя. 2 ил. (Л С