Цифровой измеритель электрических параметров в цепях переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R21/06 

fe

С1 щность изобретения: цифровой измерите/ ь электрических параметров в цепях пер менного тска, одержит преобразова- тел напряжения 1, преобразователь тока 2, ис очникстабилузированного опорного на- п- яжения 3, ин-егрирующий аналого-циф- ,оврй преобразователь 4, блок выделения периода 5, первую 6 и вторую 7 шину входных сигналов, шесть коммутирующих элементов 8,10 11,12,13 и 14, источник нестабилизированного опорного напряжения 9, блок Bi (деления периода 5 выполнен в виде аналогового ключа 15 и формирователя прямоугольных импульсов 16ссоответ- сть юними связями. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1

VJ

,оо

кэ ю

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряжения, потребляемого тока, полной и активной мощности цепях переменного тока.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей прибора путем измерения напряжения питающей сети, измерения номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока, потреб- ляемых исследуемой нагрузкой.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя электрических параметров в цепях переменного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Цифровой измеритель электрических параметров в цепях переменного тока содержит преобразователь напряжения 1, преобразователь тока 2. источник стабилизированного опорного напряжения 3, интегри- рующий аналого-цифровой преобразователь 4, блок выделения периода 5. первую б и вторую 7 Шину входных сигналов, коммутирующий элемент 3, источник нестабилизированного опорного напряжения 9, второй 10, третий 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 коммутирующие элементы, вход преобразователя напряжения 1 соединен с входом источника нестабилизированного опорного напряжения и с первой шиной входного сигнала 6, вход преобразователя тока 2 соединен с второй шиной входного сигнала 7, выход преобразователя напряжения 1 соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента 8 и первым вы- водом второго коммутирующего элемента 10, выход преобразователя тока 2 соединен с первым выводом третьего коммутирующего элемента 11 и первым выводом четвертого коммутирующего элемента 12, информационный вход блока выделения периода 5 соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента 8 и вторым выводом трет ьего коммутирующего элемента 11, управляющий вход блока выделения периода 5 соединен с вторым выводом четвертого коммутирующего элемента и вторым выводом второго коммутирующего элемента, выход блока выделения периода 5 соединен с информационным входом интег- рирующего аналого-цифрового преобразователя 4,выход источника нестабилизированного опорного напряжения 9 соединен с первым выводом пятого коммутирующего элемента 13, вход опорного напряжения интегрирующе- го аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с вторым выводом пятого коммутирующего элемента 13 и первым выводом шестого коммутирующего элемента 14, второй вывод шестого коммутирующего элемента 14 соединен с выходом источника стабилизированного опорного напряжения 3, блок выделения периода 5 выполнен в виде аналогового ключа 15 формирователя прямоугольных импульсов 16, информационный вход аналогового ключа 15 соединен с информационным входом блока выделения периода 5, управляющий вход которого соединен с входом формирователя прямоугольных импульсов 16, выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа 15, выход которого соединен с выходом блока выделения периода 5.

Устройство работает следующим образом.

При измерении величины напряжения питающей сети оно поступает по шине 6 на вход преобразователя 1 напряжения, для чего должны быть замкнуты коммутирующие элементы 8,10 и 14. Преобразователь 1 является делителем входного напряжения в заданном масштабе, и с его выхода синусоидальное напряжение (фиг.2б) через комму- тирующий элемент 8 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделения периода 5, а через коммутирующий элемент 10 - на вход формирователя 16 прямоугольных импульсов блока выделения периода. С выхода формирователя 16 прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с входным сигналом (фиг.2в), поступают на управляющий вход аналогового ключа 15, вследствие чего этот ключ выполняет однополупериодное выпрямление входного напряжения, С выхода этого ключа выпрямленное напряжение поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и преобразуется в цифровой код. При этом на вход опорного напряжения АЦП 4 подается через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 напряжение от источника 3 стабилизированного опорного напряжения.

При измерении силы тока, протекающего через исследуемую нагрузку, должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11,12 и 14, а нагрузка подключена к шине 7. Ток, протекающий через нагрузку, поступает на вход преобразователя 2 тока и преобразуется в пропорциональное ему напряжение синусоидальной формы (фиг.2,а), которое через коммутирующий элемент 11 поступает на информационный вход а налогового ключа 15 блока выделения периода, а через коммутирующий элемент 12 - на вход формирователя 16 прямоугольных импульсов блока выделения периода. Как описано выше этот блок при таком включении выполняет функцию однополупери- одного выпрямителя сигналов малой

амплитуды. С выхода аналогового ключа 15 положительные полупериоды выпрямленного напряжения (фиг.2,г) поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и в соответствии с заданным масштабом преобразуется в цифровой код, пропорциональный измеряемому току, При этом, как и в случае измерения величины напряжения сети, на вход опорного напряжения АЦП 4 через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 подается напряжение от источника 3 стабилизированного опорного напряжения.

При измерении величины активной мощности исследуемую нагрузку подключа- ют по шине 7 ко входу преобразователя 2 тока, а по шине 6 на вход преобразователя 1 напряжения подают напряжение питающей сети. При этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 10, 11 и 14 (или 13). Ток, протекающий через нагрузку, как было сказано выше, преобразуется в пропорциональное ему напряжение синусоидальной формы (фиг. 2,а), которое через коммутирующий элемент 11 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделения периода, а с выхода преобразователя 1 через коммутирующий элемент 10 на вход формирователя 16 поступает напряжение, фаза которого совпа- дает с фазой напряжения, питающего исследуемую нагрузку (фиг. 2,6) и, следовательно, с ним будет совпадать по фазе и прямоугольное напряжение на выходе формирователя 16 (фиг, 2,в). Поскольку импе- дане нагрузки нередко имеет комплексный характер, то протекающий через такую нагрузку ток будет сдвинут по фазе на некоторый угол р по отношению к фазе напряжения, питающего нагрузку, поэтому и напряжение, поступающее с выхода преобразователя 2 на информационный вход аналогового ключа 15, тоже будет сдвинуто по фазе на такой же угол по отношению к фазе прямоугольного напряжения, поступа- ющего с выхода формирователя 16 на управляющий вход аналогового ключа 15: U(i)Sin(wt + /)(фиг.2,д)

Аналоговый ключ 15 открывается положительными полупериодами управляющего прямоугольного напряжения, поэтому он не пропустит на свой выход часть каждого положительного полупериода, поступающего на его информационный вход,переменного синусоидального напряжения, пропорцио- нального току нагрузки, но вместе с тем пропустит на выход такую же по величине часть каждого отрицательного полупериода входного напряжения (фиг.2,е). При поступлении выделенного напряжения с выхода аналогового ключа 15 на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и интегрирования этого напряжения, цифровой код на выходе АЦП 4 будет пропорционален разности площадей (фиг.2,е):

t2t1

U(i) - CDE-ABC / U(t)dt- / U (t) d t, Чо

что соответствует величине активной мощности Р 1а поскольку мощность пропорциональна потребляемому току при условии, что 11пит const. Например, в случае чисто реактивной нагрузки (т.е. при cos y 0) разность площадей CDE-ABC (фиг.2,ж) будет равна нулю, что соответствует нулевой величине активной мощности.

При определении электрических параметров приборов и устройств бытовой техники возникает необходимость измерения величины так называемой номинальной или паспортной мощности, т.е. мощности потребления электроэнергии при номинальной величине напряжения питающей сети, В этом случае применение традиционных методов измерения номинальной мощности связано с известным неудобством, связанным с необходимостью установки (регулирования) величины номинального напряжения электропитания. Предлагаемое устройство устраняет этот недостаток путем подачи на вход опорного напряжения интегрирующего АЦП нестабилизированного опорного напряжения, величина которого пропорциональна фактической величине напряжения питающей сети. Это достигается замыканием коммутирующего элемента 13 (вместо коммутирующего элемента 14) и тогда для интегрирующего АЦП двухтактного интегрирования остается справедливым соотношением

м N1 UBX ,

vJon

где N - выходной код АЦП;

NI - число тактовых импульсов, определяющее длительность первого такта интегрирования;

UBX - измеряемое напряжение на информационном входе АЦП;

Uon-опорноенестабилизированное напряжение.

Из этого соотношения следует, что совместное пропорциональное изменение величин измеряемого и опорного напряжений на соответствующих входах АЦП не влияет на конечный результат измерения (на выходной код N), т.е. он не зависит от изменения напряжения питающей сети.

При измерении величины полной мощности исследуемую нагрузку подключают

так же как и при измерении активной мощности, но при этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11 и 12, а также либо коммутирующий элемент 14 (при измерении фактической величины полной мощности, зависящей от величины напряжения питающей сети), либо коммутирующий элемент 13 (при измерении номинальной величины полной мощности). Устройство работает также как и при измерении силы тока, так кёк полная мощность пропорциональна току, потребляемому нагрузкой при номинальной величине напряжения питающей сети.

Формула изобретения 1.Цифровой измеритель электрических параметров в цепях переменного тока, содержащий преобразователь напряжения, преобразователь тока, источник стабилизи- рованного опорного напряжения, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок-выделения периода, первую и вторую шины входных сигналов и коммутирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения напряжения питающей сети, измерения номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока, потребляемых исследуемой нагрузкой, введены источник стабилизированного опорного напряжения, второй, третий, четвертый, пятый и шестой коммутирующие элементы, причем вход преобразователя напряжения соединен с входом источника нестабилизированного опорного напряжения и первой шиной входного сигнала, вход преобразователя тока соединен с второй шиной входного сигнала, выход преобразователя напряжения соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента и первым выводом второго коммутирующего элемента, выход преобразователя тока соединен с первым выводом третьего коммутирующего элемента и первым выводом четвертого коммутирующего элемента, информационный вход блока выделения периода соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента и вторым выводом третьего коммутирующего

элемента, управляющий вход блока выделения периода соединен с вторым выводом четвертого коммутирующего элемента и вторым выводом второго коммутирующего элемента, выход блока выделения периода

соединен с информационным входом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, выход источника нестзбилизированного опорного напряжения соединен с первым выводом пятого коммутирующего элемента,

вход опорного напряжения интегрирующего аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым выводом пятого коммутирующего элемента и первым выводом шестого коммутирующего элемента, второй вывод

шестого коммутирующего элемента соединен с выходом источника стабилизированного опорного напряжения.

п.1,отличающийся тем, что блок выделения периода выполнен в виде аналогового ключа и формирователя прямоугольных импульсов, причем информационный вход аналогового ключа соединен с информационным входом блока выделения пери- ода,управляющий вход которого соединен с входом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа, выход

которого соединен с выходом блока выделения периода.

U(i) t

U(t)3in(b3ity) |

D Ј

is D

Ж

II OW.

-