Преобразователь активной мощностиВ КОличЕСТВО иМпульСОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для преобразования активно мощности переменного тока в количест во импульсов. Известен преобразователь мощности содержащий устройство перемножения взличин входного тока и напряжения и преобразователь полученного произведения в выходную величину, в основе работы которого лежит реализация зависимостиР U(t). i ( t)dt, ct J -i - активная мощность; и 11.) - соответствующие теку щие значения входног тока и напряжения; Т - перцод колебаний входного тока или напряжения р1 . Наиболее близким по технической с -щности к изобретению является пре образователь активной мощности в циф ровой код, состоящий из калиброванного резистора, управляемого делителя, ключа, преобразователя напряжени в код,генератора образцовой частоты, регистра,триггера знака,логических устройств,элементов И,синхронизатора, счетчика-И су матора - делителя (.2J. Измерение активной мощности Рд в этом устройстве основано на использовании равенства 1 1 Р,. .г J Uv t) - i i t)dt - Z и ,1-. л Т Jn - 1 -1 где Т - период переменного тока; и ., I . - мгновенные значения напряжения и тока; n - число отсчетов за период Т. Оба эти преобразователи имеют низкую точность преобра.зования. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Достигается это тем, что в преобразователь активной мощности в количество импульсов, содержащий, калиброванный резистор, преобразователь напряжения в код, генератор образцовой частоты, триггер знака, логическое устройство, элементы И, сумматор-делитель, счетчик и ключ, в котором шины входного тока подключены к выводам калиброванного резистора, выход ключа соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, второй вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход знака преобразователя напряжения в код соединен с первым входом логического устройства и через первый элемент И с входом триггера знака, выход которого подключен к второму входу логического устройства, а выходы последнего, соединены с входами сумматора-делителя, в него введены фиксаторы уровня, сдвиговый регистр, элементы задержки, формирователь импульсов и преобразователь кода в число импульсов, причем выводы калиброванного резистора через первый фиксатор уровня соединены с первым входом ключа, шины входного напряжения через второй фиксатор уровня подключены к второму входу ключа, входы сброса в нуль фиксаторов уровня соединены с выходом элемента задержки и входами сброса в нуль счетчика,преобразователя напряжения в код, сдвигового регистра, сумматора-делителя, управляющие входы фиксаторов уровня соединены с прямым выходом т-го разряда счетчика, с управляющим входом ключа и первым входом второго элемента И, первый выход преобразователя напряжения в код соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, третий вьлход - с входом управления сдвигового регистра, выход генератора образцовой частоты соединен с входом счетчика и первым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента И подключен к третьему входу логического устройства, выход второго элемента И - к входу сдвигового регистра, выходы которого подключены к соответствующим входам логического устройства, а выходы последнего подключены через сумматор-делитель к первой группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов, вход формирователя импульсов подключен к одной из шин входного тока, а выход к входу элемента задержки и к входу записи преобразователя кодов в шсло импульсов, инверсный выход т-го разряд счетчика соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, а ег информационные входы подключены к второй группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов. Преобразователь кодов в число импульсов содержит регистр, блок сравнения кодов, элементы И и ИЛИ, элемент неравнозначности и реверсивный счетчик-регистр, причем его вход записи подключен к входам записи регистра и реверсивного счетчика-регистра, первая группа информационных входов подключена к соответствующим входам реверсивного счетчика-регистра, а вторая группа к соответствующим входам регистра и блока сравнения кодов, другие входы последнего

подсоединены к выходам регистра, а выходы через элемент ИЛИ - к первому входу пятого элемента И, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика-регистра подключены соответственно к прямому и инверсному выходам старшего разряда-, а информационные выходы подсоединены через элемент неравнозначности к вторым входам четвертого и пятого элементов И, выход пятого элемента И. соединен с входом реверсивного счетчика-регистра, выходы четвертого и пятого элементов И подключены соответственно к первой и второй выходным шинам преобразователя .

На чертеже приведена структурная схема преобразователя активной мощности в количество импульсов.

Преобразователь состоит из калиброванного резистора 1, фиксаторов 2 и 3 уровня, ключа 4, преобразователя 5 напряжения в код, генератора 6 образцовой чадтоты, триггера 7 знака, элементов И 8, 9 и 10, логического устройства 11, сдвигового регистра 12, сумматора-делителя 13, элементов 14 и 15 задержки, формирователя 16 импульсов, счетчика 17 и преобразователя 18 кодов в число импульсов, содержащего регистр 19, блок 20 сравнения кодов, элемент ИЛИ 21, элемент И 22, 23, элемент неравнозначности 24 и реверсивный счетчик-регистр 25.

Калиброванный резистор 1, соединенный с фиксатором 2, и фиксатор 3 подключены к входным шинам тока и напряжения соответственно. Выходы фиксаторов 2 и 3 через соответствующие входы ключа 4 подключены к входу преобразователя 5, в.торой вход которого соединен с выходом генератора

6,входом счетчика 17 и первым входо элемента 23, Выход преобразователя 5 соединен через элемент 10 с входом устройства 11, остальные входы которого соединены соответственно с информационными выходами регистра 12, выходом знака преобразователя 5 и выходом триггера 7, а выходы - с входами сумматора-делителя 13. Выход знака преобразователя 5,соединен также через элемент 8 с входом триггера

7,а выход синхроимпульсов - с входом управления регистра 12. Выход последнего разряда сумматора-делителя 13, в цепи переноса которого включены элементы 14 задержки, через элемент 14 задержки соединен с входом первого разряда. Вход формирователя 16 соединен с вход«ой шиной тока, а выход - с входами записи регистра 19 и счетчика-регистра 25 и через элемент . 15 - с входами сброса фиксаторов 2 и 3, преобразователя 5, регистра 12, сумматора-делителя 13 и счетчика 17. Прямой и инверсньай выходы т-го разряда счетчика 17 соединены соответственно с входами управления фиксаторов 2 и 3, ключа 4 и вторым входом элемента 9, и вторыми входами элементов 8 и 10, Информационные выходы счетчика 17 соединены с информационными входами регистра 19 и соответствующими входами блока 20, . другие входы которого соединены с информационными выходами регистра 19 а выходы - с входом элемента ИЛИ 21. Выход элемента ИЛИ 21 соединен через элемент 22 с первой выходной шиной преобразователя и входом счетчикарегистра 25, информационные входы ко торого соединены с выходами сумматора-делителя 13, выходы - с входами элемента 24, а входы сложения и вычитания соответственно - с прямым и инверсным выходами старшего разряда. Выход элемента 24 соединен с вто рыми входами элементов И 22 и. 23, а выход элемента И 23 подключен к второй выходной шине преобразователя. Преобразователь активной мощности работает следующим образом. Формирователь 16 вьщеляет периоды Т колебаний входного тока и в начале каждого периода формирует импульс, управляющий переносом информации из счетчика 17 в регистр 19 и из сумматора-делителя 13 - в счетчик регйстр 25 и сбросом в ноль фиксаторов 2 и 3 преобразователя 5, регистра 12, сумматора-делителя 13 и счетчика 17. По следний между каждыми двумя импульсами с выхода формирователя 16 подсч тывает количество импульсов N часто той следования fg с выхода генератор образцовой частоты NT о пропор 1;иональное периоду входного тока. В моменты установления в единично состояние т-го разряда счетчика 17 фиксаторы 2 и 3 запоминают соответст венно значение падения напряжения на калиброванном резисторе 1, прямо про порциональное мгновенному значению входного тока и мгновенное значение входного напряжения и.,- . Напряжение с фиксаторов 2 и .3 подключается к входу преобразователя 5 ключом 4 соответственно при единичном и нулевом состоянии т-го разряда счетчика 17. На протяжении времени нахождения т-го разряда счетчика 17 в одном и. том же состоянии преобразователь 5 формирует серию синхроимпульсов/ на протяжении действия каждого из которых с выхода последнего поступает значение очередного разряда кода преобразуемого напряжения. Таким образом при единичном состоянии т-го разряда счетчика 17 на выходе преобразователя 5 формируется последовательный код напряжения, пропорционального мгновенному значению входного тока, которое поступает через элемент 9 на вход регистра 12 и поскольку сдвиг в последнем осуще ствляется концом каждого синхроимпульса записывается в этом регистре к окончанию своего формирования. При переключении т-го разряда счетчика 17 в нулевое состояние тригт гер 7 устанавливается в состоян ие, соответствукщее знаку мгновенного значения тока (в единичное - при минусе, нулевое при плюсе). Разряды кода мгновенного значения входного напряжения U. , поочередно формирующиеся на выходе преобразовтеля 5, через элемент 10 поступают на вход логического устройства 11 и, если имеют единичное значение, разрешают перенос кода напряжения, пропорционального мгновенному значению тока, сдвигающегося в регистре 12 на один разряд вправо с окончанием каждого синхроимпульса, из регистра 12 в сумматор-делитель 13, где производится сложение его с уже находящимся там кодом. Причем .устройство 11 произво- , дит сравнение знаков мгновенных значений входного тока и напряжения (.соответственно потенциалов на выходе триггера 7 и выходе знака преобразователя 5) и при их совпадении подклю1чает к входам сумматор а-делителя 13 прямые выходы регистра 12, а при несовпадении - инверсные и устанавливает старший (знаковый) разряд сумматора-делителя 13 в соответствующее состояние. Такчм обрдзом, к концу преобразования очередного значения входного напряжения в код в сумматоре-делителе 13 фиксируется прямой (.при положительном знаке) или обратный (при отрицательном знаке) код числа, пропорционального очередному произведению мгновенных значений входного тока и напряжения, а к концу очередного периода колебаний входного тока код числа, пропорционального сумме произведений мгновенных значений входного тока и напряжения за этот период, т. е. значению активной энергииW КЙ и, .1 ,, где К - коэффициент пропорциональности. В нечсше следукяцего периода код числа, соответствующего значению активной энергии, переносится из сумматора-делителя 13 в счетчик-регистр 25. Счетчик 17, регистр 19, блок 20 и элемент 21 образуют интегратор последовательного переноса, на выходе которого формируется частотноимпульсная последовательность частотой следования где Nj. -числовая емкость счетчика 17 и регистра 19. Импульсы этой последовательности, поступают через элемент 22 на вход счетчика-регистра 25, работающего в режиме вычитания при нулевом значении старшего разряда (код энергии прямой, знак - положительный) или в сложения - при единичном состоянии (код энергии - обратный, знак - отрицательным). При установлении всех разрядов счетчика-регистра 25 в нулевое состояние при вычита нии или единичное - при сложении на выходе элемента 24 появляется нулево сигнал, запрещающий прохождение импульсов частотой следования f и fg соответственно на выходе элементов 22 и 23. При этом за время t от момента пе реноса кода энергии в счетчик-регист 25 до установления нуля на выходе элемента 24 На выход элемементов 22 и 23 про йдет количество импульсов, пропорционапьное -соответственно значению активной энергии и значению активной мощности Рд р, к,.., Преимуществом преобразователя активной мощности в количество импульсов является независимость результат вычисления активной мощности от периода входного тока, которая обеспечивается путем деления результата вы -числения активной энергии на величину этого периода, а не за счет фиксированного числа отсчетов за период Это, в.о-первых, позволяет определять значение активной энергии, и во-вторых, дает возможность проведения от счетов мгновенных значений входного тока и напряжения на протяжении всего периода независимо от частоты колебаний входных сигналов, а следова тельно приводит к полному учету информап,ии за период, результатом чего я-вляется снижение погрешности ее пре образования. Формула изобретения 1. Преобразователь активной мощности в количество импульсов, содер жащий калиброванный резистор, преоб разователь -)апряжения в код, генера тор образцовой частоты, триггер зна ка, логическое устройство,элементы И сумматор-делитель, счетчик и ключ) котором шины входного тока подключе ны к выводам калиброванного резисто ра, выход ключа соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, второй вход которого соединен выходом генератора образцовой частоты, выход знака преобразователя напряжения в код соединен с первым входои лохического устройства и через первый элемент И с входом триггера знака, выход которого подключен к второму входу логического устройства, а выходы последнего соединены с входами сумматора-делителя, отичающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены фиксаторы уровня, сдвиговый регистр, элементы задержки, формирователь импульсов и преобразователь кода в число импульсов, причем выводы калиброванного резистора через первый фиксатор уровня соединены с первыг-i входом ключа, шины входного напряжения через второй фиксатор уровня подключены к второму входу ключа, входы сброса в нуль фиксаторов уровня соединены с выходом элемента задер/кки и входами сброса в нуль счетчика, преобразователя напряжения в код, сдвигового регистра, сумматора-делителя, управляющие входы фиксаторов уровня соединены с прямым выходом т-го разряда счетчика, с управляющим входом ключа и первым входом второго элемента И, первый выход преобразователя напряжения в код соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, второй,выход - с входом управления- сдвигового регистра, выход генератора образцовой частоты соединен с входом счетчика и первым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента И подключен к третьему входу логического устройства, выход второго элемента И,- к входу сдвигового регистра, выходы которого подключены к соответствующим входам логического устройства, а выходы последнего подключены через сумматор-, делитель к первой группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов, вход формирователя импульсов подключен к одной из шин входного тока, а выход к входу элемента задержки и к входу записи преобразователя кодов в число импульсов, инверсный выход т-го разряда счетчика соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, а .его информационные выходы подключены к ьторой группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов . 2. Преобразователь по п. 1, о т ;1ичающий ся тем, что преобразователь кодов в число импульсов содержит триггер, блок сравнения кодов, элементы И и ИЛИ, элемент неравнозначности и реверсивный счетчикрегистр,- причем его БХОД записи подключен к входам записи регистра и реверсивного счегчика-регистра, первая группа информаи1гопн:.,)х входов под