Устройство для измерения активной мощности Советский патент 1980 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Известно устройство, основанное на предварительном преобразовании мгновенных значений тока и напряжения во временной интервал и последую щем перемножении их с помощью множительного устройства, построенного на базе двоичного умножителя 1. Недостатками этого технического решения являются низкая точность, обусловленная большими погрешностями такого множительного устройства и высокая сложность. Известно также устройство для измерения активной мощности, содержащее последовательно соединенные фазо инвертор. Переключатели, последовательно включенные инвертирующий сумматор, интегратор, элемент сравнения элемент совпадения,реверсивный счетчик, селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинвертора и входной шиной устройства, оди из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирова теля опорных сигналов, один из входов элемента сравнения подключен ко второму фО15мирователя опорных сигналов и одному из входов элемента совпадения, выход элемента соединен с управляющим входом формирователя опорных сигналов 2. Поскольку в известном устройстве в данном случае отсутствует информация о том, что результат преобразования 3anHcjiH в дополнительном коде,показания прибора будут считаны неправильно. Таким образом, рассмотренный АЦП работоспособен (обеспечивает однозначность отсчета) лишь тогда, когда результирующие векторы тока и напряжения находятся либо в первом, либо в четвертом квадранте, т.е. данный измеритель активной мощности является двухквадрантным. Кроме того , дополнительным недостатком известного прибора является низкая точность преобразования, что обусловлено зависимостью преобразования от постоянной интегратора и уровня срабатывания элемента сравнения . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности преобразования. Для достижения этой цели в устройство для измерения активной мощности, содержащее последовательно соединен)ные фазоинвертор, переключатель, пос ледовательно включенные инвертирующи сумматор, инвертор и элемент сравнен элемент совпадения и реверсивный сче чик, селектор периода, формирователь опорных сигналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинверто ра и входной шиной устройства, один из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, один из вхо дов элемента, сравнения подключен ко второму выходу формирователя опорных сигналов и одному из входов элемента совпадения, выход элемента сравнения соединен с управляющим входом формирователя опорных сигналов, введены два синхронно работающих переключателя, блок управления, генератор опорной частоты, ключ, счетчик и элемент фиксации нулевого состояния реверсивного счетчика, причем первые сигнальные входы синхронно работающих переключателей соединены с общей шиной устройства, второй сигнальный вход первого синхронно работающего переключателя соединен со входной ши ной устройства, второй сигнальный вход второго синхронно работающего переключателя соединен с выходом переключателя, управляющие входы переключателей соединены с первым выходом блока управления, выходы синхрон но работающих переключателей подключены ко входам инвертирующего сумматора, первый и второй входы блока уп равления соединены соответственно с выходом селектора периода и с выходо блока фиксации нулевого состояния ре версивного счетчика, второй и третий выходы блока управления соединены со ответственно с управляющим входом кл ча и с одним из входов реверсивного счетчика, выходом соединенного со входом блока фиксации состояния, реверсивного счетчика, генератор опорной частоты через ключ соединен со входом счетчика. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит селектор 1.пе риода, фазоинвертор 2, переключатели 3-5, инвертирующий сумглатор 6, интегратор 7, элемент 8 сравнения, фор мирователь 9 опорных сигналов, элемен7 10 совпадения, блок управления 11, генератор 12 опорной частоты, клк|ч 13, счетчик 14, блок 15 фиксаци нулевого состояния и реверсивный счетчик 16. Устройство работает следующим образом. Работа осуществляется в три такта В первом такте, длительность которого Т, посредством селектора периода и блока 11 управления задается крат.ной целому числу периодов сигнала, п реключатели 3-5 находятся в положе нии а, ключ 13 закрыт. По окончании первого такта в зависимости от значе7 ния эквивалентного угла сдвига между векторами тока и напряжения нагрузки в реверсивном счетчике фиксируется число импульсов либо В ..-u, ii 11 К,Д Uo,Uo при cos )-7Q, - ,V2U,U,,-U, либо ., при cos /зХО. г-1 4Uo,U Bd втором такте такой же длительности по команде с блока управления ,., переключатель 3 переводится в.положение б, переключатели 4, 5 и ключ 13 остаются в прежнем положении, реверсивный счетчик 16 переключается в режим вычитания. В результате за время второго такта в зависимости от знака реверсивный счетчик 16 поступает число импульсов либо N -. I . Щ-ц при cos О н., Л. ,.au,,u,.-u,, S Сравнивая выражения для N и и ы4 можно отметить, что N.) N и N с N. Это означает, что в том случае, когда cos fg 7 0 в течение второго такта реверсивный счетчик 16 не переходит через свое нулевое состояние и по окончании 11 такта в нем фиксируется число 1 UiiUzi N-W-W -К у ll-i-2- --1/р г и, и„и„, в том же случае, когда cos Q, в течение второго такта реверсивный счетчик переходит через О и по окончании второго такта в нем фиксируется число (11 и Uni . этом сигнал о том, что реверсивный счетчик 16 переходил через нулевое состояние, формируется посредством блока фиксации нулевого состояния и поступает на блок управления.В третьем такте по команде блока 11 управле ния контакты переключателей 4 и 5 устанавливаются в положение б и открывается ключ 13.В зависимости от того,поступал или не поступал во втором такте сигнал о переходе реверсивного счетпоследний по команчика через де блока 11 управления устанавливается соответственно либо на сложение, либо на вычитание. В этом случае напряжение на выходе суьматора 6 и Uo, а напряжение на выходе интегратора изменяется по закону UH K,Vot. При достижении выходным сигналом интегратора 7 порогового уровня последний срабатывает и изменяет поляр ность напряжения UQ и и, . В дальне шем цикл работы повторяется-, выраже ния для частоты выходных импульсов можно получить, положив в формуле 3) . 0. .. г -1/ и о - Up Кп Г 4UoUo,- 4Uoi Импульсы, следующие с-этой часто той, поступают в реверсивный счетчик В зависимости от знака cos f-g они либ вычитаются из числа N, либо складываются с числом N. Концом третьего такта является момент обнуления реверсивного счетчика 16, фиксируемый посредством блока фиксации нулевого состояния. При этом в любом случае (при любом знаке ) справедливо равенство. „ L. Г1 , Nгде - время третьего такта. Из выражения (9) имеем Т,- ггтг-Р или с учетом (8) окончании третьего такта ключ 13 закрывается, таким образом, в счетчике 14 оказывается зафиксированньм число . р . С4 iji где ф - частота импульсов генератора 1 2 . Как видно из описания работы устройства, оно обладает расширенными функциональными возможностями - позволяет осуществлять преобразование активной мощности при любом взаимном расположении векторов тока и напряжения (при любом знаке созЧ) , т.е. является четырехквадрантным.Кроме то го, как видно из выражения (10), уст ройство принципиально обладает боле высокой точностью, поскольку результ преобразования не зависит от постоян ной интегратора К, и уровня срабатывания блока сравнения . Формула изобретения Устройство для измерения активной мощности, содержащее последовательно соединенные фазоинвертор, переключатель, последовательно включенные инвертирующий сумматор, интегратор и элемент сравнения, элемент совпадения И: реверсивный счетчик, селектор периода, формирователь опорных сшналов, вход селектора периода соединен со входом фазоинвертора и входной шиной устройства, один из входов инвертирующего сумматора подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, один из входов элемента сравнения подключен к второму выходу формирователя и одному из входов элемента совпадения, выход элемента сравнения соединен с управляющим входом формирователя опорных сигналов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены два синхронно работающих переключателя, блок управления,генератор опорной частоты, ключ счетчик и элемент фиксации нулевого состоя: ия реверсивного счетчика, причем первые сигнальные входь синхронно работающих переключателей соединены с общей шиной устройства, второй сигнальный вход первого синхронно работающего переключателя соединен со входной щиной устройства, второй сигнальный вход второго синхронно работающего переключателя соединен с выходом переключателя, управляющие входы всех переключателей соединены с первым выходом блока управления, выходы синхронно работающих переключателей подключены ко входам инвертирующего сумматора, первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходом селектора периода и выходом блока фиксации нулевого состояния реверсивного счетчика, второй и третий эыходы блока, управления соединены соответственно с управляющим входом ключа и с одним из входов реверсивного счетчика, выходом соединенного со входом блока фик.сации нулевого состояния реверсивного счетчика, генератор опорной частоты через ключ соединен со входом сче;гчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Iff BTOpcKoe свидетельство СССР 541129, кл. G 01 R 21/06, 1978. ,2. Авторское свидетельство СССР № 420114, кл. G 01 R 21/06, 1978.