Устройство для измерения электрической энергии Советский патент 1992 года по МПК G01R22/00 G01R11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении высокоточных цифровых счетчиков электроэнергии.

Целью изобретения является повышение точности измерения электрической энергии.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство для измерения электрической энергии (см. фиг. 1) содержит измери- тельный преобразователь 1 тока, измерительный преобразователь 2 напряжения, первый и второй блоки 3 и 4 выборки и хранения, первый и второй мультиплексоры 5 и 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, источник 8 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 9, интегратор 10, усилитель 11 и блок 12 обработки информации. Блок 12 обработки информации содержит первый инвертор 13, интегрирующую цепь 14, первый логический элемент 2И-НЕ 15, первый счетчик 16, первый логический элемент 2ИЛИ- НЕ 17, регистр 18, накапливающий сумматор 19, генератор 20, второй счетчик 21, вторые инвертор 22 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23 и третий инвертор 24.

Измерительный преобразователь 1 тока и измерительный преобразователь 2 напряжения подключены к входам блоков 3 и 4 выборки и хранения соответственно, первый из которых выходом соединен с вторым и четвертым входами мультиплексора 5, а второй - с первым и третьим входами мультиплексора 6. Выход мультиплексора 5 подключен к входу АЦП 7, вход опорного напряжения которого соединен с выходом источник 8 опорного напряжения, а информационный выход - с входом ЦАП 9, который выходом через интегратор 10 и усилитель 11 подключен к первому и третьему входам мультиплексора 5. Второй и четвертый входы мультиплексора б соединены с общей шиной, а его выход - с входом опорного напряжения ЦАП 9. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 12 обработки информации соединены соответственно с управляющими входами блоков 3 и 4 выборки и хранения, с управляющими входами мультиплексоров 5 и 6, с управляющим входом АЦП 7 и с входом записи ЦАП 9. Первый и второй входы блока 12 обработки информации подключены соответственно к выходу Конец преобразования АЦП 7 и к его информационному выходу.

Первый вход блока 12 обработки информации подключен к входу интегрирующей цепи 14 и через инвертор 13 - к счетному

входу счетчика 16 и к первому входу логического элемента 2И-НЕ 15. Второй вход последнего соединен с выходом интегрирующей цепи 14, а выход - с первым

входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 17 и с первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23 подключен к первому входу блока 12 обработки информации и через

0 инвертор 24 - к входу записи регистра 18, вход которого подключен к второму входу блока 12 обработки информации, а выход- к входу накапливающего сумматора 19. Выход счетчика 16 соединен с вторым выходом

5 блока 12 обработки информации, через инвертор 22 - с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 23 и с вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ 17, выход которого подключен к четвертому выходу блока 12 обра0 ботки информации. Выход генератора 20 соединен с входом записи накапливающего сумматора 19 и со счетным входом счетчика 21, который выходом подключен к третьему выходу блока 12 обработки информации.

5 Для управления переключением мультиплексоров 5 и 6 используются два выходных разряда счетчика 16, младший из которых соединен с первым входом элемента 2ИЛИ- НЕ 17 и с входом инвертора 22.

0 Устройство для измерения электрической энергии работает следующим образом. Синхронизация и работа основных блоков устройства происходят под управлением блока 12 обработки информации,

5 который также осуществляет накопление полученных данных.

Работу устройства удобно рассматривать со второго цикла (номер цикла определяется в соответствии с номером

0 подключаемого канала мультиплексоров 5 и 6). В начале второго цикла блок 12 обработки информации выдает на первом выходе управляющий импульс и в блоках 3 и 4 выборки и хранения осуществляется кратко5 временная выборка сигналов тока и напряжения, после чего они приводятся в режим хранения. На втором выходе блока

12обработки информации установлен код единицы, поэтому на вход АЦП 7 поступает

0 сигнал тока, а на вход опорного напряжения ЦАП 9 - нуля. Под управлением импульсов на третьем выходе блока 12, определяемых частотой генератора 20 и счетчика 21, в АЦП 7 происходит аналого-цифровое преобразо5 вание выборки тока. По его окончании на выходе Конец преобразования АЦП 7 появляется импульс отрицательной полярности. Этот импульс, проходя через инвертор

13на счетный вход счетчика 16, вызывает подключение следующего, третьего канала

мультиплексоров 5 и 6. Далее с некоторой задержкой, определяемой параметрами интегрирующей цепи 14, данный импульс через элементы 2И-НЕ 15 и 2ИЛИ-НЕ 17 поступает на вход записи ЦАП 9 и в его внутреннем регистре запоминается полученный ранее в АЦП 7 код тока.

На третьем цикле изменения аналоговая выборка напряжения с выхода блока 4 выборки и хранения поступает на вход опорного напряжения ЦАП 9 и умножается на заранее запомненный в его внутреннем регистре код тока. В результате этого на выходе ЦАП 9 формируется аналоговая выборка мгновенной мощности, являющаяся частью кривой мгновенной мощности. Интегратор 10 выделяет из нее сигнал активной мощности, который усиливается в два раза в усилителе 11 и далее через третий вход мультиплексора 5 поступает на вход АЦП 7. По окончании аналого-цифрового преобразования код мгновенной мощности поступает на вход регистра 18 под управлением импульса записи. Импульс записи в регистре Сформируется при прохождении выходного сигнала АЦП 7 Конец преобразования через инвертор 13, цепь 14, элемент 2И-НЕ 15 и далее через логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23 и инвертор 24. Далее коды активной мощности поступают из регистра 18 в накапливающий сумматор 19, где суммируются под управлением импульсов, поступающих на его вход записи с выхода генератора 20,

Следующий, четвертый цикл, как и второй, начинается с запоминания выборок напряжения и тока в блоках 3 и 4 выборки и хранения. При этом их управляющий сигнал Выборка/хранение формируется из выходного сигнала младшего разряда счетчика 16, проходящего через инвертор 22 и логический элемент 2ИЛИ-НЕ 23, после чего весь процесс повторяется снова.

Таким образом, работа предлагаемого устройства на первом и третьем, а также на втором и четвертом циклах измерения одинакова.

На фиг. 2 а - е показаны временные диаграммы сигналов на выходе Конец преобразования АЦП 7, на первом, второй и на четвертом выходах блока 12 обработки информации (БОИ), на выходе мультиплексора (МП) 5 и на выходе мультиплексора (МП) 6 соответственно.

Использование изобретения позволяет полностью исключить методическую погрешность прототипа на высших гармониках, так как несмотря на то, что в предлагаемом устройстве в качестве перемножителя использован цифроаналоговый

0

0

преобразователь, выражение для получаемой мощности имеет вид: Рр LUp Imp cos (fr , где р - номер гармоники; Ump - амплитуда напряжения р-п гармоники; Imp - амплитуда тока р-й гармоники; рр- фазовый сдвиг тока р-й гармоники относительно напряжения р-гармоники.

Таким образом, как аддитивная, так и мультипликативная погрешности полностью устранены.

Кроме того, выделение интегратором 10 постоянной составляющей, пропорциональной активной мощности, а также последующее усиление этого сигнала о доа раза , позволяет повысить точность аналого-цифрового преобразования. Так, например, при максимальных входных сигналах АЦП 7 преобразовывает в код постоянный сигнал, равный по амплитуде верхней точке его шкалы. При этом в АЦП 7 достигается максимальная точность преобразования. Благодаря устранению из кривой мгновенной мощности паразитной переменной составляющей АЦП 7 практически не работает в

нижней части своего диапазона, где погрешности преобразования существенно возрастают.

Благодаря использованию ЦАП 9 удалось увеличить число выборок мгновенной мощности за период исследуемого сигнала, что также повысило точность измерения активной мощности,

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электриче

ской энергии, содержащее измерительный

преобразователь тока, измерительный преобразователь напряжения, первый блок выборки и хранения, два мультиплексора, аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения и блок обработки информации, причем выход первого мультиплексора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока обработки информации соединен с

управляющим входом первого блока выборки и хранения, второй выход блока обработки информации соединен с управляющими входами первого и второго мультиплексоров, вход управления аналого-цифрового

преобразователя соединен с третьим выходом блока обработки информации, выход Конец преобразования и информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключены к первому и второму входам блока обработки информации соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения электрической энергии, в него введены второй .блок выборки и хранения, цифроаналоговый преобразователь, интегратор и усилитель, причем выходы измерительных преобразователей тока и напряжения подключены к входам первого и второго блоков выборки и хранения соответственно, выход первого из которых соединен с вторым и четвертым входами первого мультиплексора, а вход второго - с первым,и третьим входами второго мультиплексора, выход источника опорного напряжения сое- динен с входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу циф- роаналогового преобразователя, вход записи и вход опорного напряжения которого соединены с четвертым выходом блока обработки информации и с выходом второго мультиплексора соответственно, а выход через интегратор и усилитель - с первым и третьим входами первого мультиплексора, второй и четвертый входы второго мультиплексора подключены к общей шине, а первый выход блока обработки информации соединен с управляющим входом второго блока выборки и хранения.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что блок обработки информации содержит три инвертора, интегрирующую цепь, логический элемент 2И-НЕ, два счет- АЦП7

чика, два логических элемента 2ИЛИ-НЕ, регистр, накапливающий сумматор и генератор, причем первый вход блока обработки информации подключен к входу интегрирующей цепи и через первый инвертор - к счетному входу первого счетчика и к первому входу первого элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи, выход первого логического элемента 2И-НЕ соединен с первым входом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ и с первым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ, который выходом подключен к первому выходу блока обработки информации и через третий инвертор - к входу записи регистра, вход которого подключен к второму входу блока обработки информации, а выход - к входу накапливающего сумматора, выход первого счетчика соединен с вторым выходом блока обработки информации и через второй инвертор - с вторым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ а также с вторым входом первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к четвертому выходу блока обработки информации, выход генератора соединен с входом записи накапливающего сумматора и со счетным входом второго счетчика, который выходом подключен к третьему выходу блока обработки информации.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении высокоточных цифровых счетчиков электроэнергии. Целью изобретения является повышение точности измерения электрической энергии. Цель достигается введением второго блока 4 выбор тТЬ ки и хранения, цифроаналогового преобразователя, интегратора 10, усилителя 11 и соответствующих им связей. Устройство также содержит измерительные преобразователи тока 1 и напряжения 2, первый блок 3 выборки и хранения, первый и второй мультиплексоры 5, 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, источник 8 опорного напряжения, блок 12 обработки информации. В устройстве АЦП 7 последовательно преобразует ток и активную мощность. При этом величина активной мощности формируется в перемножающем ЦАП 9, фильтруется интегратором 10 и усиливается усилителем 11. Это обеспечивает преобразование АЦП 7 сигнала активной мощности, не содержащего переменной составляющей, и использование всей разрядности шкалы АЦП 7. 1 з. п. ф-лы,- 2 ил.