Измеритель коэффициента мощности и синуса угла сдвига фаз Советский патент 1980 года по МПК G01R21/06 G01R25/02 

Изобретение относится к области электрических намерений, а именно, к из мерителям коэффициента мощности и сину са угла сдвига фаз, и предназначено для использования в различных измеритачьны установках, а также в устройствах регулирования активной и реактивной мощнос ти электрических цепей. Известно устройство для измерения энергетических характеристик цепей пере манного тока. Это устройство содержит два широкополосных усилителя с автоматически регулируемыми коэ()фициентвми усиления, вьшолняющими функции управляемых дели телей, к выходам которых подключен электростатический вольтметр, источник опорного напряжения, два управляемых мультивибратором реле, усилители переменного тока и фазочувствительные выпрямители. Недостатками такого устройства явля ются его низкая точность измерения. Цель предлагаемого изобретения - повышение быстродействия и точности измерений. Для этого в измеритель коэффнш1ента мощности, содержащий два управляемых делителя и отсчетное устройство, причем выходы элементов сравнения присоединены к управляющим входам управляемых делителей, а отсчетное устройство индицирует состояние одного из управляемых делителей, введены квадратурный фазосдвигающнй элемент и сумматор, причем первые входы элементов сравнения соединены со входами устройства, вторые входы элементов сравнения соединены с выходом с -тлматора, входы которого подключены к выходам правляемых делителей, npsweM вход одного управляемого делителя соединен со входом устройства непосредственно, а вход другого у;правляемого делителя через квадратурный фазосдвигаюгдай элемент. На чертеже представлена структурная схема предлагаемогх) измерителя.

Измеритель содержит квадратурный фааоврашатель 1, управляемые делители 2 и 3, сумматор 4, схему 5 сравнения уровня, схему 6 сравнения коэффициентов мощности, интегрирующие звенья 7 и 8 и отсчетные устройства 9 и 10.

Входное напряжение, пропорциональное напряжению исследуемой цепи, поступает на первый вход сумматора 4 через квадратурный фазовращатель 1, обеспечивающий сдвиг фазы этого напряжения на 90 и управляемый делитель 2, а на второй вход сумматора 4 - через управляемый делитель 3. Выходное напряжение сумматора 4 поступает на входы схем 5 и б сравнения уровня и коэффициентов мощности. На другие входы схем 5 и 6 сравнения поступают соответственно напряжения, пропорциональные напряжению исследуемой цепи и ее току. Сигнал ошибки со схемы 5 сравнения через интегрирующее звено 7 управляет коэффициентом передачи делителя 2, поддерживая постоянным выходное напряжение сумматора. Сигнал ошибки со схемы 6 сравнения через интегрирующее звено 8 изменяет коэффициент передачи упраапяемого делителя 3 в сторону уменьшения этой ошибки. Таким образом, управляемым делителем 2 ыа выходе сумматора 4 поддерживается напряжение постоянной амплитуды, косинус угла сдвига фаз которого относительно напряжения нагрузки однозначно определяется величиной и знаком коэффициента передачи делителя 3, реализуя тем самым регулируемую меру коэффициента мощности.

В момент отсутствия сигналов ошибок на выходах схем 5 и 6 сравнения коэффициенты передачи управляемых делителей 3, 2 будут равны соответственно коэффициенту мощности и синусу угла сдвига фаз между током и напряжением исследуемой цепи. При этом коэффициенты передачи управляемых делителей 2 и 3 определяются управляющими сигналами интегрирующих звеньев 7 и 8.

Если напряжения, выделенные на без- реактйвньЬс шунтах, имеют вид:

(j hiiSiMuut,(1)

,,5ih(tw-t+4X(2)

rAeUy i n Ufvig.- амплитуды напряжений, пропорциональных соответственно напряжению И току исследуемой цепи;

f - сдвиг фаз между током и напряжением нагрузки.

то выходное напряжение сумматора:

,l5i(«Jt-b90°)-f ,(, (K cosuutr -t-KgsiniDtbcu sitiCuuttvfV (З)

где

С 4 Т;ГУ;(4)

M arctg-|i-. (5)

Стабилизируя выходной сигнал на уровне, пропорциональном напряжению исследуемой цепи, получим, что , что возможно только при

к

(6)

бпределив из выражения (6) К и подставив его значение в формулу (5), получим;

f arctg

к,

2или

,

2-(7) Из выражения {6J с учетом равенства (7) получим:

J i V7-co5 4 siHV S) в момент равновесия величина косинуса компенсирующего угла сдвига фазСовЧ

суммарного напряжения равна значению косинуса угла сдвига фаз между током и напряжением (коэффициенту мощности) исследуемой цепи, т. е. Со54 сое4.Тогда выражения (7) и (8) можно записать следующим образом:

.,(9)

K sihH.-UO)

При наличии нелинейных искажений в токе и напряжении исследуемой цепи на выходе сумматора формируется напряжение постоянной величины, представляющее собой эквивалентную синусоиду:

Фш )1-0

S,ynn(

где

С - коэффициент пропорциональности;

начальные фазы гармонических составляющих.

В момент равновесия величина косинуса ксалпенсирутошего угла сдвига фаз всех гармонических составляющих суммарного