Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

(54) ПРЮБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

. - . 1 . .

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

Преобразование активной мощности в. цифровую форму является актуальной: задачей информационно-измерительной техники и необходимо для измерения, регистрации, ввода в ЭЦВМ и передачи на рас- ,Q стояние, а улучшение метрологических характеристик и конструктивных параметров преобразователей данного назначения для определения наивыгодного режима работы энергетических систем, блоков и ус- js тановок.

Известен преобразователь мощности трехфазного тока в частоту, содержащий три генератора Холла, модулятор, демодулятор, преобразователь напряжение-час- 20 тота типа мультивибратора Роэра и триггер. Преобразование активной мощности трехфазной цепи в частоту осуществляется путем преобразования мгновенных знав ЦИФРОВОЙ код

чений мощности отдельных фаз в напряжение с помощью генераторов Холла, выходные сигналь/которых поступают на преобразователь напряжение-частота с пр€ дварительным усилением Fll .

Такой преобразователь имеет недостаточную стабильность из-за значительной зависимости параметров элементов Холла от влияния ок{эужающей среды и низку ю точность (погрешнрсть преобразования не меньше 0,5-1%) вследствие многократного преобразования информации о мощности (сначала в аналоговую форму, затем в частоту импульсов).

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи & цифровой код, содерисащий три преобразователя напряжение-частота четыре аналоговых ключа, источник опорного напряжения, нуль-орган, предназначенный ДЛЯ выделения периодов измеряемого напряжения, триггер, реверсивный счетчик импульсов, устройс гво управления направпением преобразователя счета последнего логические схемы И. Преобразование активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код осуществляется следующим образом. Мгновенные значения на пряжений/ цролоршональных фазным токам преобразуется в частоту импульсов с помощью двух преобразователей напряжение частота, Которые управляя аналоговыми ключами, подключенными со своими потенциальными входами к источникам линейных напряжений и опорного напряжеШя, осуществляют их коммутации ко входу третьего преобразователя напряжение частота j И тем самым на выходе последнего получаются импульсы с частотой, пропорциональной мгновенному значению моШности трехфазной цепи, которая интегрируется в реверсивном счетчике за емя пропорциональное периоду Г2 . Недостатки устройства заключаются в сложности схемы и возможности работы только на фиксированной частоте из- меряемой цепи, что обусловлено необходимостью деления результата, интегрирования мгновенного значения мощности трехфазной цепи на период, Расширеше диапазона по частоте с учетом отклонения ее от фиксированного .значения также усложняет устройство. Цель изобретения - расщирение частот ного диапазона устройства.. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности тре фазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган, вход которого подключен к шине источника напряжения, измеряемой цепи, однополярныйисточшк эталонного напряжения, две пары аналоговых ключей причем потенциальный вход о дногб клю ча каждой пар ы сое йинен с выходо источника эталонного напряжения, а другого ключа - с выходными шинами соответствующих источников напряжений, триггер и логи ческие элементы И, введены суммирующий интегратор, первые четыре входа которого соединены с выходами двухпар аналоговых ключей, а пятый вход - через дополнительный аналоговый ключ с вь1ходом источника эталонного напряжения положительной полярности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а (ЧЗуГОЙ вход - с выходами источников COO ветствующих фазных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом - к выходу генератора пилы, имеющего управляющий вход, соединенный с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих Триггеров подключены к управляющим входам соответствующих пар аналоговых ключей, а- один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих схем сравнения, а другой вход - с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним юсодом к выхЬду нуль-органа через умножитель частоть :, и другим входом - к выходу третьего триггера с разделительными входами, соединенными, с выходом элемента И через двоичный счетчик Импульс;Ов и с пусковой щиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс Двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией и к одному Из входов трехвходового элемента И, другие входы которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и Ьднощ)еменно с уп завляющим входом дополнительного ключа и с выходом чет-, бертого триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирук щего интегратора через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехвходового элемента И пбдключен к счетному входу. двоично-Десятичного счетчика. 1 На чертеже представлена структурная элек рическая схема преобразователя, активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код. Преобразобатель активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код содержит двухканальный источник эталонного напряжения 1, суммирую щий интегратор 2 с набором аналоговых ключей 3-7 на входах, пороговый элемент 8, триггеры 9, 10 и 11, схемы сравнения 12 и 13, генератор пилы 14, логический элемент 15 И-НЁ, и два пассивных сумматораЛб. и 17, Нуль-сч ган 18, умножитель 19 частоты, логический элемент 20 И, двоичный Счетчик 21 и триггер 22. Генератор -23 стабильной частоты, логический элемент 24 И н двоично-десятичный счетчик 25 с цифровой ийдикацией, пусковую шину 26, шины 28 и 29 источников напряжений измеряемой работы цепи, шины 30 и 31 источников соответствующих фазных токов. Преобразователь работает следующим образом. При поступлении сигнала пуск от оператора, либр от генератора 32 импульсов (показанного пунктиром) на.соответствующие входы логических элементов 20 и 24 И поступает разрешаютщий сигнал от ттриггера 22 и показания счетчика 25 сбрасываются. Первый же импульс от умножителя 19 частоты перебрасывает через элемент 20 И триггеры 10 и 11, и тем самым аналог6вй5 ключи 3-7 замыкаются, а.также через элемент 15 И-НЕ запускается генератор пилы 14. На первый и пятый входы интегратора 2 поступают соответствующие напр яженияидс -) и UBC ПР° °Р ° линейным напряжениям трехфазной цепи, а на второй и четвертый входы - стабильное напряжение. UQ отрицательной полярности. BbixbliHoe напряжение ) интегратора достигает значения UT.5r-.). где(У - интервал времени, соответ-; ствующий большему из V tiK-.. ). 4- -Jil - моменты изктерения мгновен К Ь ных значений напряжений ) и ); М - количество внутрипериодных измерений, Т - период измеряемых сигналов. Интерваль времени Т и Т определяются промежутками ,времени i между моментами запуска генератора пилы 14 и срабатываний соответствующих схем сравнения 12 и 13, т.е. : 2 Ь О-ио Vibb V ol, C2d) л гдеЬ. (t) и и Ct)- напряжения, нропорциональные токам фаз А и В, соответственно Ki - коэффициент линейного напряжения. К концу интервалов времениТ ц и Т соответствуюшие пары ключей ( 3 и 4, 6 и 7) размыкаются и прекращается поступление, напряжений Ц (-t) и U2C-fc)Ha интегратор 2. ,73 либо. . .6 к концу .ишгервала времени Т, у. ыхоцной сигнал логического элемента 15 И-НЕ перебрасывает триггер 9 и возвращает генератор йнлы 14 в исходное состояние. Выходной импульс триггера 9 замыкает ключ на третий вход интегратора 2 поступает постоянное напряжение U положительной полярности. При этом выходное напряжение интегратора 2 изменяетСИ в обратном направлении по закону. :e() (3) в момент перехода выходного напряже ия интегратора 2 через нуль пороговый элемент 8 сбрасывает и перебрасывает триггер 9 в исходное состояние и тем самым ключ 5 размыкается и прекращается поступление импульсов от генератора 23 в счетчик 25. При поступлении очередного импульса рт умнол ителя 19 частоты происходит аналогичный процесс преобразования мгновенного значения мощности измеряемой контролируемой цепи в интервал времени. Интервал времени лТ,, , соответствующий длительности выходного сигнала с с триггера 9 при К -ом шаге кншнтования,, определяют из уравнешя (3) с учетом 6 (t)-О, т.е. , ткуда с учетом выражения (1) Так,1 u2(4 dtjC4) с учетом длительности шага квантоваия и выражений 2а и 26 из (4) полу(. 4W-UolhB 4 4l) (5) Выходной сигнал триггера 9 длительости ДТ| заполняется импульсами с астотой Q от генератора 23 и в счетик 25 записывается число оп К (Ь) Таким образом, за время интегрироания - Н-Т в счетчике 25 накапивается следующее количество импуль -SN К.., iJ V- Г Vjг 2. . 7 - . - постоянное число, где ° 7 л -л ПМ 2VWSl .(,,(t..i -число протор ° циональное активной мощ нести трехфазной цепи. Исключение MQ из результатов не прё ставляет трудности и может быть Достиг нуто путем подключения между элементом 24 И счетчика 25 двоичноого счетчика с объемом NO , переполнение котор го дает разрешающий сигнал к накопле.нию остальных импульсов в счетчике 25, Как видно из математического выражения Np, предлагаемое устройство позволяет осуществить также преобразование активной мощности однофазной цепи без каких-либо изменений в структуре. В этом случае напряжения иф(Ь) HU..(-fc) пропорциональные соответственно фазным напряжению и току, подаются на вход ключа 3 или 7 и на вход пассивных сумматоров 16 или 17. Тогда получается код . , --. .,-..- J .. 1 , , -. , , 2ГТГ (8 Уос к.-1 Количество внутрипериодных измерений М выбирается из условия обеспечения , нулевой методической погрещности (где Vn - порядок наивысшей четной гармоники, выражаемой в степени с осношнием 2.). ,..-.„,-...,™.,.„„..„,,««..«. Предлагаемый преобразователь оди наково успешно работает и в режиме измерения мощности цепи постоянного тока с обеспечением однократного и много...л.,„,,,,,, кратного режимов измерения. В последнем случае в качестве нуль-органа 18 используется генератор тактовых импульсов с требуемой частотой. Предлагаемый преобразователь реализуется на хорошо разработанных элементах и узлах аналого-цифровой техники с применением интегральных мщсросхем. По предлагаемой структуре изготовлен образец на. интегральных /Микросхемах серий К284, К168, К153, и К155, имеющий основную погрешность не более 0,3% при изменении входных напряжений 0,01-5В, частоты измеряемой цепи от долей Гц до 100 Гц и при налячин у кривых напряжений и токов до 15-й гармоники включительно. При исгюльзо вании входных измерительных тр ан :ф6рматоров этот рабочий диапазон устройст36ва является достаточным для измерения мощности от единиц Вт до десятков кВт Таким образом, в данном устройстве получено новбе решение задачи создания преобразователя активной мощности трехфазной электрической иепи в цифровой йод с относительно простой схемой и улучшенными метрологическими характеристиками, заключающееся в построе-тНИИ его по схеме многоканального интегрирующего функционального аналого-цифрового преобразователя с промежуточным преобразОван|1ем мгновенного зна 1ения измеряемоймощности в интервал времени . путем равномерной дискретизации процесса преобразования с шагом, пропорциональнь1м периоду входного напряжения и обеспечения времени- интегрирования,входных напряжений, пропорциональных линейным напряжениям, в прямой зависимости от соответствующих фазных токов и с последующим цифровьйу интегриров анием результатов за время, кратное периоду напряжения в контролируемой цепи. форм у л а изобретения ПреобразЬватель активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-брган; вход которого поШспючён источника напряжения измеряемой цепи, однополярный источник эталонного напряжения, две пары аналоговых ключей, причем потенциальный вход одного ключа каждой пары соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а другого ключа - с выходнь1ми шинами соответст- , вующих источников напряжений, тригГер илогические элементы И, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены сум мир уюший интегратор, первые чеTbtpe входа которого соединены с выходами двух пар аналоговых ключей, а пятый входчерез дополнительный аналоговый ключ с выходом источника« еталонного напряжения положительной полярности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а другой,вход - с выходами источников соответствующих фазных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом -- к выходу генератора пилы, управляющий вход которого соедйнен с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управляю11шм вхоцам соответствующих пар аналоговых ключей, а один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих ,схем сравнения, а другой вход - с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом - к выходу третьего триггера с раздельными входами, соединенными с выходом элемента И через двоичный счетчик импульсов и с пусковой шиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией к одному из входов трехвходового элемента И, другие входы которого сЬединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и одновременно с управляющим входом дополнительного аналогового ключа и с выходом 4eTBepToio триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирующего интегратора через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехкодового элемента И подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика,

/

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ,Euge г NW, Ttoth. L АЛе951ес 1 Hi k 1968, Jsfc 8.

2, Авторское свидетельство СССР № 347906, 1972.