Устройство для измерения коэффициента электрической мощности Советский патент 1981 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для использования при измерениях коэффициента электрической мощности в электрических сетях. Известно устройство для измерени коэффициента электрической мощности содержащее тиристорный ключ, сигнал ный вход которого подключен к выходу стабилизатора синусоидального напря .жения, а управляющий вход - к формирователю импульсов, катод тиристор ного ключа подключен к нагрузочному резистору, к которому подключен также амплитудный детектор 11J. Недостатком устройства является ограниченный диапазон измерения коэффициента электрической мощности Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является. устройство для измерения коэффициент электрической мощности, содержащее формирователь импульсов, вход котор го подключен к шине контролируемог тока, последовательно подключенные к шине контролируемого напряжения стабилизатор напряжения, симметричный тиристорный ключ и нагрузочный резистор, к которому подключены последовательно соединенные усредняющее устройство, нормирующее устройство и сумматор, к лpvгoмy входу которого через KONiMyTaTOp полярности опорного напряжения и согласующий усилитель подключен выход усредняющего устройства, причем вьоход формирователя импульсов подключен к другому входу симметричного тиристорного ключа 2. Недостатком известного устройства является низкая-точность измерения при фазовых углах близких к О или кТ. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения коэффициента электрической мощности, содержащее последовательно соединенные, стабилизатор напряжения и симметричный ключ, выход которого соединен с нагрузочным резистором и через последовательно соединенные усредняющее и нормирующее устройства с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, формирователь импульсов и коммутатор, введены два усилителя-ограничителя, блок опре-. деления знака фазы, элемент И, элемент ИЛИ, причем первый усилитель-ограничитель соединен через формирователь импульсов с другим входом усредняющего устройства, через первый вход блока определения знака фазы с управляющим входом коммутатора, через первый вход элемента И с первым входом коммутатора, через первый вход элемента ИЛИ со шторым входом коммутатора, выход которого соединен с другим входом симметричного ключа, при этом вторые входы блок-а определения знака базы элемента И и элемента ИЛИ через второй усилитель-ограничитель соедин ны со входом стабилизатора напряжения. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения коэфф циента электрической мощности;на фиг и 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства соответственно для случае когда ток опережает напряжение по фазе и когда отстает от него. Устройство содержит первый усилитель-ограничитель 1, вход которого соединен с токовой шиной, второй уси литель-ограничитель 2, вход которого соединен с шиной напряжения, блок 3 определения знака фазы, элемент 4 И элемент 5 ИЛИ, коммутатор 6, формирователь 7 импульсов, стабилизатор 8 напряжения, симметричный ключ 9, нагрузочный резистор 10, усЗредняю щее устройство 11, нop 1иpyющee устройство 12 и сумматор 13. . Устройство работает следующим образом. Напряжение сети подается на усилитель-ограричитель 2 (фиг. 2а и За а ток - на первый усилитель-огранич тель 1 (фиг. 26 и Зб), с выходов усилителей 1 и 2 прямоугольные импульсы, длительность которых равна полупериоду синусоидального напряжения, а начало и конец которых сов падают с моментами перехода через ноль напряжения и тока соответствен но (фиг. 2в,г и Зв,г), поступают на входы блока 3 определителя знака фазы, элемента 4 И, элемента 5 ИЛИ, а с выхода усилителя 1 и на вход формирователя 7. Блок 3 в соответст вии с очередностью поступления на его входы импульсов, формирует сигнал управления коммутатором б, кото рый разрешает прохождение импульсов с элемента 4 И (фиг. 2д и Зд) или с элемента 5 ИЛИ (фиг. 1в и 3eJ . В случае, если ток опережает на.пряжение на угол Ч , через коммутатор 6 проходят импульсы с элемент 5 (фиг. 2ж). Передний фронт этих импульсов соответствует моментам перехода через ноль нарастающей кривой тока, а задний фронт - момен там перехода через ноль спадающей кривой синусоидального напряжения, причем максимальная длительность указанных импульсов может достигать 2 Л , т.е. целого периода синусоидального напряжения. В случае, если ток отстает от напряжения на угол Ч , через коммутатор 6 проходят импульсы с элемента 4 (фиг. Зж). Передний фронт этих импульсов также соответствует моментам перехода через ноль нарастающей кривой тока, а задний фронт - моментам перехода через ноль спадающей кривой синусоидального напряжения, при этом максимальная длительность импульсов может достигать Д , т.е. полупериода синусоидального напряжения. С выхода коммутатора импульсы, длительность которых может составлять от О до 2Т рад, поступают с периодом повторения синусоидального напряжения на управляющий вход симметричного ключа 9, на сигнальный вход которого поступает стабилизированное по амплитуде синусоидальное напряжение с выход. стабилизатора 8 напряжения. Симметричный ключ 9 открывается на время действия импульса, поступающего на его управляющий вход, и на нагрузочном резисторе 10 (фиг. 2з и Зз) .выделяется часть периода синусоидального напряжения, ограниченная моментом перехода через ноль нарастающей кривой тока и моментом перехода через ноль спадающей кривой синусоидального напряжения,причем длительность выделенной части периода синусоидального напряжения в зависи.мости от длительности управляющего импульса, поступающего с выхода комлтутатора б, может достигать целого периода синусоидапьного напряжения. Выделенная на нагрузочном резисторе 10 часть периода синусоидального напряжения подается на вход усредняющего устройства. 11, которое может быть выполнено по схеме интегратора с запоминающей обр-атной связью. Ключ запоминающей обратной связи замыкается периодически на короткие промежутки времени с периодом , равным периоду синусоидал-ъного напряжения. Управляется ключ импульсами, формируемыми формирователем 7 1 мпульсов в моменты перехода через ноль нарастающей кривой тока (фиг.2и и Зи) . С выхода усредняющего устройства И снимается среднее значение выделенной части периода синусоидального, напряжения, причем если длительность выделенной части периода равна целому периоду, что соответствует случаю, когда ток опережает напряжение на JT , то среднее значение равно нулю, если длительность выделенной части равна полупериоду синусоидального напряжения, что соответствует случаю отсутствия фазового сдвига между током и напряжением. то среднее значение будет равно максимальной положительной величин зависящей от максимального значения амплитуды синусоидального напряжения, а если ток отстает от напряжения на JT , то напряжение на выходе усредняющего устройства равно нулю и соответственно выходное напряжение усредняющего устройства также равно нулю. Таким образом, при фазовом сдвиг между током и напряжением, изменяющимся в диапазоне от +J ззю - F , длительность выделенной на нагрузоч ном резисторе 10 части периода синусоидального напряжения принимает значение от О до 2j , а выходное напряжение усредняющего устройства соответственно при этом возрастает от О до максимально возможного поло жительного значения, затем опять снижается до О. С выхода усредняющего устройства 11 среднее значение выделенной на нагрузочном резисторе 10 части пери да синусоидального напряжения посту пает на нормирующее устройство 12, которое представляет собой нормирую щий делитель напряжения с коэффицие где К том передачи, равным -1 - значение амплитуды синусоидал ного напряжения. С выхода нормирующего устройства напряжение, максимальное значение которого равно +2В, а минимальное равно ОВ (фиг. 2к и Зк), поступает на первый вход сумматора 13, на второй вход которого подается отрицательное опорное напряжение, равно одному вольту (фиг. 2л и 3л). .. Сумматор 13 реализует выражение - - 1 cos , где UC.P - среднее значение выделенной части периода напряжения. С выхода сумматора 13 снимается величина cos ч , пронормированная в единицах напряжения (фиг. 2м и 3м). Формула изобретения Устройство для измерения коэффициента электрической мощности, содержащее последовательно соединенные стабилизатор напряжения и симметричный ключ, выход которого соединен с нагрузочным резистором и через последовательно соединенные усредняющее и нормирующее устройства с .первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, формирователь импульсов и ко «1мутатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два усилителя-ограничителя, блок определения знака фазы, элемент И, элемент ИЛИ, причем первый усилитель-ограничитель со.единен через формирователь импульсов с другим входом усредняющего устройства, через первый вход блока определения знака фазы с управляюпдам входом коммутатора, через первый вход элемента И с первым входом коммутатора, через первый вход элемента ИЛИ со вторым входом коммутатора, выход которого соединен с другим входом симметричного ключа, при этом вторые входы блока определения знака фазы элемента И и элемента ИЛИ через второй усилитель-ограничитель соединены со входом стабилизатора напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 646265, кл. G 01 R 21/00, 25УОО, 09.11.77.2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2867833/21, кл. G 01 R 21/00, 10.01.80 (прототип) . U--Um inV () if / I

гг

2T-t4 3W

If

T-f

о

Ж If

I/

ЗТ

Uor,,S О

л -/

If