Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код Советский патент 1991 года по МПК G01R21/133 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительно-информационных системах для преобразования и кодирования информации

Цель изобретения расширение частотного диапазона, повышение точности и помехоустойчивости

На чертеже представлена структурная электрическая преобразователя активной мощности трехфазной электриче ской цепи в цифровой код

Преобразователь содержит двухполяр- ный источник 1 эталонно о напряжения суммирующий интегратор 2 первый 3 4, второй 5, третий 6 7 ключи первый пороговый элемент 8 первый 9 пир) 10 грегий 11 трип еры гпорпи Ь1 и i р ми П пороговые элементы первый 14 и второй 15 интеграторы логический элемент 2И-НЕ 16 генератор 17 импульсов, нуль-орган 18, умножитель 19 частоты, логический элемент 2И 20, счетчик 21, четвертый триггер 22, генератор 23 стабильной частоты, логический элемент ЗИ 24, двоично-десятичный счетчик 25 с цифровой индикацией, четвертый, пятый, шестой, седьмой ключи 26-29, первый и второй пассивные сумматоры 30, 31, шины 32, 33 измеряемых фазных напряжений шины 34 35 измеряемых линейных токов.

Шины 32,33 измеряемых фазных напряжений соединены с первыми входами первого 3 и третьего 7 ключей, выходы которых подключены к первому и пятому входам суммирующего интегратора 2. соединенного

О 00

Јь

VI о ю

вторым и четвертым входами со вшрыми выходами первого 4 и третьего G ключей, вторые входы которых подключены н отрицательному выводу двух поляр ют о исючни- ка 1 эталонного напряжения и первым входам пассивных сумматоров 30, 31. Вто рые входы мерного и второго пассивных сумматоров 30, 31 соединены с шинами 34, Зг измеряемых линейных токов а их выходы четвертый и шестой ключи 2G, 28 подключены к первым «ходам первого и второго интефагоров 14, 15, соединенных выходами через второй и трети пороговые элэмен- ты 12, 13 с первыми входами второго и третьего триггеров 10, 11 соответственно Положительный выпод источник 1 эталонного напряжения соединен нюр ш ключ 5 с третьим входом шиырашрэ 2, а орез пяг. и и СРДЬМПИ члюс- //, 29 с первыми входами персою и мор-ло mri-i- рагорпв 14, 15 Нуль орган 1Г« i едино И1ыи входом с шиной 33 измеряемых фазных напряжений, выходом подключен через умножитель 19 частоты, логический элемент 2И 20, счетчик 21 импульсов к порвому входу четвертого триггера 22, вюрым входом соединенного с шиной Пуск1. Выход четвертого триггера 22 подключен к вторым сводам о и третьего т pi ч г еров 10, 11, им рему входу логического элемента 2И 20. уьравля ющим входам четвертою и шестою ключей 26, 28, второму в-соду логического .(лемента ЗИ 24, входу cbpoca двоично десятичного счетчика 25 с цифровой индикацией Выход суммирующего интегратора 2 через гервнй пороговым элемен г 8. пегими риггерЭгое динсм с первым ;ioi ичсского элемг п- та ЗИ 24 и входом управления второго ключа 5. Первый выход второго триггера 10 соединен с входами управления первого 3, 4 и пятого 27 ключей Первый выход третьи о триггера 11 подключен к входам управления третьего 6, 7 и седьмого 29 ключей Вторые выходы второго и третьего триггеров 10 11 соединены с гходами логического элемента 2И-НЕ 16, соединенного выходом со вторым входом первого триггера 9 Выход генератора 23 стабильной частоты соединен с треть им входом логического элемента ЗИ 24, подключенного выходом к двоично-десятичному счетчику 25 с цифровой индикацией Вторые входы первого, второго, трртьего пороговых элементов 8, 12, 13 л ррого и второго интеграторов 14 15 соединены с общей шиной

Преобразователь работает следующим образом

При поступлении сигнала Пуг либо от оператора либо от генератора 17 ими ,мь- сов (покапанного пунктиром) in n т ч

вующие входы логических элементов 20 и 24 поступает разрешающий сигнал от триггера 22 и показания счетчика 25 сбрасываются. Одновременно выходным сигналом триггера22 замыкаются аналоговые ключи 26 и 28. и на входы интеграторов 14 и 15 поступают напряжения, пропорциональные соответствующим фазным токам

Выходные напряжения интеграторов

достигают значения

ei

62

о-7

о

(t)-7 i

и,д(О -и.dt

U,В ( t ) - UQ Clt

(1)

где То - время между моментами пуска и заполнением счетчика 21

К концу времени „ i,n;o in 26 и 20 размыкают ся, т риг г еры 10 и 11 п ребрасываютс я и на входы интеграторов 14 и 15 через замкнутые ключи 27 и 29 подается опорное напряжение положительной полярности Одчовремонно замыкаются ключи 3, 4 и 6, 7, па первый и пятый входы суммирующего

интегратора 2 посг/пают соответствующие напряжения UAC)H ULK(I) пропорциональные линейным напряжениям трехфазной цепи, а на второй и м вергый входы - стабильное ( пряжей I0 U, отрицательной полярности

Выходное напряжение e(t) суммирующего интегратора ) достигает значения

1 1 КТ 2К

е ( Тк ь ) М I И ( И f t J U2 ( IK ) (it (2)

0r,

где 1K i интервал времени, соответствующий болшему из TU и Т/г,

U i(t) UAc(t) - Uo U2(t) - UBc(t) - U0, (3) L

40

tk

KJ M

момент измерения мгновенных значений напряжений Ui(t) и L)2(t);

M -- количество онутрипериодных измерений,

Т - период измеряемых сигналов

Интервалы времени TU и Т2к определяются промежутками времени между моментами включения ключей 27 и 29 и срабатываний соответствующих пороговых

элементов 12 и 13 Поэтому TiK и Г2« определяются из следующих выражений1

ТоTikЛ

/ U,A(tk)-U0l dt / U0dt

ооI

ТоT2kГ

/ U,B (tk) - U0 i dt J U0 dt ) (4)

Оо-

После раскрытия интегралов и несложных преобразований получим

TiK (tK)-U0.(4a)

Т2к (t к) - Uo.(46)

где Ki K2 -rf - напряжения, пропорUo

циональные токам фаз А и В соответственно.

К концу интервала времени TIK и Ti« соответствующие пары ключей (3 и 4, б и 7) замыкаются и прекращается поступление напряжений Ui(t) и Uz(i) на суммирующий интегратор 2. К концу интервала времени выходной сигнал логического элемента И- НЕ 16 перебрасывает триггер 9 и выходной сигнал триггера замыкает ключ 5, и на третий вход суммирующего интегратора 2 поступает постоянное напряжение U0 положительной полярности, одновременно открывается логический элемент ЗИ 24 и на двоично-десятичный счетчик 25 поступают импульсы от генератора 23 стабильной частоты. При этом выходное напряжение интегратора 2 изменяется в обратном направлении по закону

Ark

е(О е(Тка)-Ки / Uodt

о

(5)

В момент перехода выходного напряжения суммирующего интегратора 2 через нуль пороговый элемент 8 срабатывает и перебрасывает триггер 9 в исходное сосго яние, ключ 5 размыкается и прекращается поступление импульсов от генератора 23 в счетчик 25.

Интервал времени Д Т«, соответствующий длительности выходного сигнала триггера 9, определяют из уравнения (5) с учетом e(t) 0, т.е.

ATk е(Тк.б)-Ки /

о

откуда с учетом выражения (2)

ATk -rJUo

.

U1 (tk )dt

С учетом длительности шага квантования и выражений (4а) и (46) из (6) получим

(tk)UiA(tk) +

Uo

+ UBc(tk)U,B(tk)+2 US Выходной сигнал триггера 9 длительностью А Тк заполняется им пульсами с частотой f0n от генератора 23, и в счетчик 25 записывается число

NK fon ATK.(7)

Таким образом за время интсгрир па ния Тцнт n-F в счетчике 25 накапливается следующ 1 количество имп/льсов

п г 1п П

Nr V fon ATk N,, +14,, k 1k 1

To ,2

nN

У х

2 To П М fon I fon ,

U k i

(tk)UiA (tk) T-URC (U )4,ii (ik )Np

(S)

Как видно из выражения (8) предлагаемое устройство позволяет осуществить также преобразование активной мощности однофазной цепи без каких-либо изменений в структуре. В этом случя« напряжения (т.) и и,ф(1), пропорциональные соответственно фазным напряжению и току подаются на вход ключа 3 или 7 и на вход пассивных сумматоров 16 или 17 Гогдя получается код

5

т пМ

Np fo---5- X Uф(tk)U,ф(tk)

, ,2 . -е, и0 k 1

(9)

Количество внутрипериодных измерений М выбирается из условия обеспечения нулевой методической погрешности М

А гл+1 /

-2 (где m - порядок наивысшей четной

0 гармоники, выражаемой с степени с основанием 2)

Таким образом, в данном устройстве получено новое решение задачи создания преобразователя активной мощности трех5 фазной электрической цепи в цифровой код с относительно простой схемой и улучшенными метрологическими характеристиками. заключаюа(ееся о построении его по схеме многоканального интегрирующего функци0 опального аналого-цифрового преобразователя с промежуточным преобразованием мгновенного значения измеряемой мощности в ин гервал времени путем равномерной дискретизации процесса преобразования с

5 тагом,пропорциональным периоду входного напряжения и обеспечения времени интегрирования входных напряжении, пропорциональных линейным напряжениям, в прямой зависимости от соответствующих

0 фэзных токов и с последующим цифровым интегрированием результатов за время, кратное периоду напряжения в ко и полируемой цепи. А применение метода двуо як того ин тегрированил как для преобразо знич фаз5 ных напряжений, так и напряжений, пропорциональных соответствующим фазным токам, делает устройство бп помехоустойчивым.

Формула изобретения Преобразователь актипной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий двухполяриый источник эталонного напряжения, первый, второй и третий ключи, первые выходы которых соединены с первым, третьим и пятым входами суммирующего интегратора, подключенного выходом к входу первого порогового элемента, выход которого подсоединен к первому входу первого триггера, выход которого соединен с первым входом логического элемента ЗИ и управляющим входом второго ключа, подключенного входом к положительному выводу двухполярного источника эталонного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с первыми входами первого и второго пассивных сумматоров, вторые входы которых ПОА ЮЧРНЫ к входным шинам линейных токов, выходы второго и третьего пороговых элементов соединены с пероими входами второго и третьего триггеров, подключенных первыми выходами к входам логического элемента 2И-НЕ, соединенного выходом со вторым входом первого триггера, вторые выходы второго и третьего триггеров подключены к управляющим входам первого и третьего ключей соответственно, последовательно соединенные нуль-орган, умножитель частоты, логический элемент 2И, соединенный вторым входом с выходом четвертого триггера, вторым входом логического элемента ЗИ и входом Сброс двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией, выход логическою элемента 2И подключен через двоичный счетчик к первому входу четвертого триггера, вторым входом соединенною с шиной Пуск, третий вход логического элемента ЗИ соединен с выходом генератора стабильной частоты, а выход - с входом двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией, вход нульоргана подключен к одной из шин фазного напряжения, второй вход первого порогового элемента соединен с общей шиной, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности, в него

введены первый и второй интеграторы, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, а первый и третий ключи выполнены двухка- нальными, причем вторые выходы первого и третьего ключей подключены к второму и

четвертому входам суммирующего интегратора соответственно, их первые входы - к шинам фазных напряжений, а вторые входы - к отрицательным выводам двухполярного источника эталонного напряжения, соедипенного положительным выводом с входами пятого и седьмого ключей, выходы которых, объединенные с выходом четвертого и шестого ключей соответственно, подключены к первым входам первого и второго

интеграторов, соединенных выходом с первыми входами второго и третьего пороговых элементов соответственно, входы четвертого и шестого ключей соединены с выходами первого и второго тассивных сумматоров,

сыход четвертого триггера соединен с управляющими входами четвертого и шестого ключей, управляющие входы пятого и седьмого ключей подключены к вторым выходам EiToporo и третьего триггеров соответственио, вторые входы первого и второго интеграторов, второго и третьего пороговых элементов соединены с общей шиной.

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике Целью изобретения является расширение частотного диапазона повышение точности и помехоустойчивости Поставленная цепь достга ется тем что в преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код содержащий двухканаль- ный источник 1 эталонного напряжения суммирующий интегратор 2 аналоговые ключи 3, 4 5 6 7 пороговый элемент 8, четыре триггера 9 10 11 22 два пассивных сумм орд 30 31 нуль-орган 18 умножитель частоты 19 логический элемент 2И 20, двоичный счетчик 21 логический элемент 2И-НЕ 16 генератор 23 стабильной частоты, логический элемент ЗИ 24, двоично-десятичный счегчик 25, дополнительно введены два пороговых элемента 12 13, два интегратора 14 15 четыре аналоговых ключа 26-29 1 ил (Л С