Способ измерения электрической мощности Советский патент 1975 года по МПК G01R21/06 

1

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано при создании цифровых ваттметров переменного тока.

Известны способы измерения электрической мощности в цепях синусоидального тока путем измерения мгновенных значений мощности в п точках периода.

Недостатком известных способов является невозможность одновременного измерения активной и реактивной мощности.

Цель изобретения - одновременное измерение активной и реактивной мощности. Это достигается тем, что значения мгновенной мощности, измеренные в п точках периода, умножают на соответствующие значения ортогональных функций двойного угла в этих точках и полученные произведения суммируют с учетом знака.

Сущность способа заключается в следующем.

Пусть кривые тока и напряжения в общем случае имеют вид:

f/(0 , + E,(/),(1)

г(0 48ш(ш + о) + ДО.(2)

где ф - угол сдвига фаз между напряжением и током;

1 (0.2(О-высокочастотные помехи в кривой тока и напряжения, нескоррелированы друг с другом.

Мгновенная мощность, поступающая в цепь,

равна

р (f) Ю cos Vf-IU cos (2(0/ + р- + 1 (f) i (О + J(f)U(f} + ,(t}l,(t).(3)

Величина N равна

(,)sin(2a)/f + p),(4)

i-l

, . 2я

где ti Iмомент времени измерения;

Пш

п - количество измерений на период;(- номер измерения (, 2.

...,«);

3 - произвольный угол, величина которого будет определена позднее.

Подставляя выражение (3) в выражение (4), получают

V. - Ш, sin (р - ср) с, (ti) i (t) X

X Sin ( + 3) + 2 E, (ti) и (fi) sin ( + 8) +

; i

(5)

+ VE,(/,);,()sm(24 + P).

i -Л

30 Как видно из выражения (5), последние три члена (для случая высокочастотной помехи.

т. е. если граничная частоте спектра помехи выше частоты сигнала со), малы. Малость зтих членов обеспечивается корреляционной фи,тьтрацией помехи, реализуемой соотношением (5). Таким образом, получают отфильтрованный

сигнал:

/V

(P.-o,)Принимая в этом выражении 8 -, имеют

Л/, г. -1/с;„СОЗср .Р,(6) где Р - активная монхность. Для этого случая выражение (4) приобретает N V Я(i.)cos2i; г i В случае i3 0 получают N, ::---- -- IU sin Cf. г ; А . Q, где Q - реактивная мошность. Зная активную и реактивну)о мощности, несложно определить полную MOHI,HOCTI 5 (8) и коэффициент мощности cos ср :.: - .(9) Подставляя выражения (6) и (7) в формулу (8), получают S - |/Р + 0 Таким образом, нредлагаемый способ позволяет получить активную и реактивную мощности при наличии высокочастотной помехи в кривых тока н напряжения. Для этого значения мгновенной мощности p(ti)- измерен. . 7 ные в моменты времени /i i-, неооходимо умножить на значения ортогональных функций cos2mti и sin2co(i в этих же точках ti и полученные значения произведений нросуммировать с учетом знаков согласно выражению (4). Поскольку ортогональные функции изменяются с двойной частотой, то за один период исследуемого тока значения ортогональных функций повторяются дважды, т. е. в течение каждого нолупериода исследуемого тока. Данный снособ позволяет определять также активную и реактивную мощности первой гармоники при наличии постоянных составляющих в кривых тока п напряжения. В этом случае в кривой p{t присутствуют добавочные члены: /oL/o + ,„ sin ш1 + 0о/,„ sin (ш( + с) + + + o .(0-(10)

Однако при умножен ш на синусоиду двойной частоты в соответствии с формулой (4) и дальнейшем суммировании но п точкам отсчета эти члены обращаются в нуль в силу услоВ1П ортогональности. Поэтому постоянные составляющие, нрисутствующие в кривых тока н напряжения, не влияют на результат измерения мощности переменной составляющей. Это обстоятельство целесообразно использовать при реализации дапного способа для построения преобразователей аналог-код и схемы управления. Это означает, что могут быть использованы преобразователи аналог-код со смещением нулевого уровня входного напряжения для обеснечения его однозначности. Кроме того, упрощается схема управления режимами интегрирующих счетчиков активной п реактивной мощности, поскольку в этом случае режим их работы (суммирование или вычитаиие) определяется только знаком соответствующей ортогональной функции. На чертеже приведена упрощенная схема устройства, реаиЧизугоптего данный способ. Основными элементами устройства являются преобразователь 1 напряжение-время, преобразователь 2 ток-частота, ключ 3, задатчики 4, 5 значений ортогональных функций в цифровом коде, множительные устройства 6, 7, интегрирующие счетчики 8, 9 и блок унравления 10. В исходном состоянии напряжение U(t) и ток i(t} подаются на входные зажимы устройства. Преобразователь 1 служит для преобразования напряжения во временной интервал, нроиорциональный мгновенному значению и (t) в точке измерения -., K,U(f,}.(И) Преобразователь 2 нреобразует ток i(t) в пройорциональную ему частоту f(t,),i(tt).(12,) В выражениях (11) и (12) через Ki и Kz обозначены коэффициенты преобразования соответствующих преобразователей. Если временной интервал т; занолнять импульсами частоты f(ti), открывая на время т; ключ 3, то количество импульсов на выходе ключа пропорционально мгновенной мощности p(ii) в точках измерения fi. Затем импульсы, нропорциональные p(fi), поступают на множительные устройства 6 и 7, где выполняется онерация умножения p(ti) на cos2cut; и sin2Mt(, т. е. .V, г..: K,K,i (t и (li) COS ,(13) .V, K,K,i (ii и ti sin (14) В интегрирующих счетчиках 8, 9 результаты вычислений суммируются по всем п измерениям согласно выражению (4). Блок управления 10 служит для задания моментов измерения мгновенных значений мощности и синхронизации работы всех устройстз прибора.

Задатчики 4, 5 служат для задания значений cos2(iti и sin2co ; в моменты времени /, измерений мгновенных значений мощности, а также управления режимами интегрирующих, счетчиков 8 и 9.

Работа устройства начинается в момент времени 0- Блок управления 10 формирует сигналы, запускающие преобразователь 1 в момен2я . .. 1

ты i. Преобразователь 1, в свою очередь,

формирует временные интервалы Тг в точках

„ 2г. . измерении - i и открывает на это время

электронный ключ 3, через который импульсы от преобразователя 2 проходят на входы множительных устройств 6, 7, где происходит перемножение числа импульсов, пропорционального мгновенному значению мощности в каждой точке, на значения ортогональных функций cos2coii и sin2(i)ii в этих же точках, заданных в цифровом коде.

Число импульсов, пропорциональное произведению p(ti)cos(i)fi и p(ti)smci)ti в каждой

точке, с выхода множительных устройств поступает пп и тегрирующт1е счетчики 8 и 9. Режимы работы этих счетчиков на суммироваj;H ie или вычитание задаются задатчиками 4 и 5 значений ортогональных функций и изменяются в моменты изменения знаков ортогональных функций.

По окончании процесса измерений показания счетчиков 8 и 9 пропорциональны соответственно измеряемым активной и реактивной мощности согласно выражениям (6) и (7).

Предмет изобретения

Способ измерения электрической мощности путем измерения мгновенных значений мощности в п точках периода, отличающийся тем, что, с целью одновременного измерения активной и реактивной мощности, значения мгновенной мощности, измеренные в п точках периода, умножают на соответствующие значения ортогональных функций двойного угла в этих точках и полученные произведения суммируют с учетом знака.