Измеритель мощности переменного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R21/06 

1

Изобретение относится к статическим измерителям мощности нагрузки в одной фазе сети переменного тока и может быть использовано в энергосистемах, например, для измерения мощности нагрузки линий электропередачи .

Известен измеритель мощности, содержащий трансформатор напряжения, трансформатор тока, мост выпрями.тель 1 .

Недостатком этого измерителя является низкая точность.

Известен также измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь тока в напряжение, преобразователь напряжения в напряжение, входы которых подключены соответственно к выходным шинам тока и напряжения 2.

Недостатком известного измерителя является низкая точность.

Цель изобретения - повышение точности .

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель мощности переменного тока,содержащий преобразователь ток - напряжение, преобразователь напряжение - напряжение, входы которых подключены соответственно к входным шинам тока и напряжения, введены первый и второй формирователи импульсов, элемент И, генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, коммутатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, источник опорного напряжения, двухпороговый компара-. тор, блок выборки и запоминания,

10 причем выходы первого и второго формирователей подключены к.входам элемента И, выход которого через генератор импульсов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, выходы которого подключены к инфор15мационным входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к первым входам блока выборки и запоминания и двухпорогового

20 компаратора, вторые входы которых подключены соответственно к выходу второго формирователя импульсов и к выходу преобразователя ток-напряжение, соединенному с входом первого

25 формирователя импульсов выход преобразователя напряжение - напряжение соединен с входом второго формирователя импульсов, а через последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр и подключен к первому входу коммутато ра, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом источника опорного напряжения и с выходом второго формирователя импул сов, выход коммутатора подключен к входу цифро-ансшогового преобразова теля, выход блока выборки и запоминания подключен к выходной шине. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит преобразователь 1 ток - напряжение, преобразователь 2 напряжение - напряжение, первый формирователь 3 импульсов, второй формирователь 4 импульсов, элемент 5 И, генератор б импульсов, реверсивный счетчик 7, цифро-аналог вый преобразователь (ЦАП) 8, коммутатор 9, выпрямитель 10, сглайсиваюад фильтр 11, источник 12 опорного напряжения, двухпороговый компаратор 13, блок выборки и запог шнакия. Устройство работает следующем образом. Ко входу преобразователя 1 тока в напряжение подведен ток 1д контро лируемой фазы, -при этом на его выхо присутствует напряжение , где К., - коэффициент пропорциональности. Напряжение , контролируемой фаз подведено ко входу преобразователя напряжения в напряжение, при этом на его выходе присутствует напряжение , где Кг - коэффициент пропорциональности. Формирователь 3 импульсов формирует прямоугольные импульсы ИЗ положительных полупериодов напряжения Ц. , а формирователь 4 импульсов формирует прямоугольные импульсы из положительных полупериодов напряжения Vt, При совпадении во времени импульсов на выходах формирователей 3 и 4 (т.е. при совпадании положительных полупериодов напряжений U и UA ) элемент 5 И разрешает работу генератор 6 импульсов, с выхода которого сигн в виде непрерывной серии импульсов поступает на тактовый вход реверсивного счетчика 7. Коммутатор 9 по сигналу от формирователя 4 (в положительный полу период напряжения Ui2) кол1мутирует на свой выход напряжения от источника 12 стабильного напряжения. В отсутствие сигнала от формирователя 4 (в бтрицательный полупериод напряжения Uti) на выход коммутатора 9 коммутируется выпрямление двухполупериодным выпрямителем 10 и сглаженное быстродействующим сглаживающим фильтром 11 напряжение , где амплитудное значение напряженияи 2. Одновременно формирователь 4 импульсов управляет режимом работы блока 14 выборки - запоминания (Запоминание - по сигналу от формировате ля 4 и Выборка - в отсутствие этого сигнала) . Цифро-аналоговый преобразователь 8 управляется реверсивным счетчиком 7 импульсов, при этом напряжение его выходе определяется следующим соотношениемЦДП -on где и напряжение на опорном входе ЦАП 8; количество записанных в счетчик 7 импульсов; полный объем счетчика 7 ; импульсов. Двухпороговый компаратор 13 напряжений по результату сравнения напряжений и управляет режимом работы реверсивного счетчика 7 импульсов следующим образом. При на одном из выходов компаратора 13 присутствует сигнал Л + , задающий счетчику 7 режим прямого счета, тогда с поступлением на тактовый вход счетчика 7 очередного импульса, записанное в счетчике число (импульсов) увеличивается на единицу. Наоборот, при U-, на другом выходе компаратора 13 присутствует сигнал А - , задающий счетчику 7 режим обратного счета, тогда с поступлением на тактовый вход счетчика 7 очередного импульса, записанное в счетчике число уменьшается на единицу. В случае U сигналы на выходах двухпорогового компаратора 13 напряжений ЬтсутствуюТ| а счетчик 7 не переключается под воздействием тактовьох импульсов (т.е. записанное в счетчике число импульсов не изменяется). Отсюда следует, что в режиме непрерывного тактирования импульсами с выхода генератора б (т.е. во время совпадения положительных полупериодов напряжений когда элемент И 5 разрешает работу генератору 6), система (счетчик 7 - ЦАП 8 - компаратор 13) работает, как аналого-цифровой преобразователь следящего типа, который в любой момент времени ав томатически поддерживает напряжение LL равным напряжению U (с погрешностью д в пределах одного младшего значащего разр5ща цифро-аналогового преобразователя 8 Д 1 . - ) .Тогда, заменив в выражении (1) UIAAH на и и принимая во внимание состояние коммутатора 9 в положительный полупериод, напряжения UQ на опорный вход ЦАП 8 коммутируется напряжение U т.е. , получаем Ux, 44- а если Л В то Ч п ВЦ, По окончании совпадения во времени положительных полупериодов напряжений и X, и Uij генератор 6 импульсов выключается и прекращает тактировать счетчик 7, который с этого момента превращается в регистр памя ти и хранит на своих выходах цифровой код того числа п , которое было записано в него на момент выкл чения генератора 6. Если напряжение U-1 отстает по фазе от напряжения Uj на угол , то окончание совпадения во времени положительных полупериодов этих напряжений происход в момент перехода напряжения и,, через ноль, когда мгновенное значение напряжения U,, Ч ,где U амплитудное значение напряжения U/, Отсюда, следует, что цифровой код числа п, хранящийся на связанных поразрядно с ЦАП 8 выходах счетчика 7, определяется, с учетом (2), как п BU, По окончании положительного полупериода напряжения U при выключении формирователя 4 импульсов коммутатор 9 переключает опорный вход ЦАП на выход сглаживающего фильтра 11, что определяет величину нового опор ного напряжения и ОП - и.гп Одновременно блок 14 выборки-за поминания переходит в режим Выборка и выводит на выход устройства напряжение Ugtiiir и.АП- ® -цАП выражению (1) в этом случае определяется с помощью (3) и (4) и принимает вид , UjmUfm sinV . Если B/N К, то напряжение на выхо устройства Uj, ,,представляется в виде UBbix KU,ni- Uim- si (5 В начале следукмцего положительно полупериода напряжения U сигналом с выхода формирователя 4 импульсов блок 14 выборки-запоминания переводится в режим Запоминание ив течение следующего цикла измерения на выходе устройства сохраняется на пряжение Ug(,, по выражению (5) с результатом измерения в предьщущем цикле. Если в качестве преобразователя 1 тока iд в напряжение U используется трансформатор тока с зашунтированной резистором вторичной обмоткой, а в качестве преобразователя 2 напряжения Од в напряжение V/ используется трансформатор напряжения, то взаимные угловые сдвиги между ig и U и между и 0 и и 1 отсутствуют. В этом случае напряжение на выходе схемы пропорционально реактивной составляющей мощности нагрузки. Если в ка честве преобразователя 1 тока ia в напряжение U,, используется, например, трансреактор, то напряжение Uимеет угловой сдвиг. 90 относительн тока ig и при переходе в выражении (5) от величин U и U (соответственно, к величинам i и Пд учет углового сдвига между i а и U при водит выражение выходного напряжени к виду Ujj, k k ,jK .созЧ ,a значит напряжение на выходе схемы пропорционально активной составляющей мощности нагрузки. Предлагаемое устройство обладает направленностью действия, а именно: измеряет мощность, направленную от шин в сеть, и не измеряет мощность, передающуюся в обратном направлении. Действительно, учитывая индуктивный характер нагрузки, при передаче мощности в прямом направлении напряжение на выходе преобразователя 1 всегда отстает по фазе от .напряжения U на выходе преобразователя 2. Наоборот, при передаче мощности в обоатном направлении напряжения U, опережает по фазе напряжение U jj , а поэтому момент окончания совпадения во времени положительных полупериодов этих напряжений есть момент перехода через ноль напряжения U- следовательно, при окончании операции аналогоцифрового преобразования напряжения Ui в код числа п в каждом цикле работы устройства результатом этого преобразования всегда будет ноль, т.е. число по выражению (2) будет ноль. Тогда, при последующем переключении коммутатора 9 по окончании положительного полупериода напряжения UQ и перевода блока 14 выборкизапоминания в режим Выборка напряжение V,i( на выходе устройства окажется равным нулю, поскольку величина U.ftQ по выражению (1) равна нулю при любом значении Ugr, , если п 0. Высокие параметры точности и быстродействия предлагаемого устройства позволят повысить эффективность действия противоаварийной автоматики энергосистем, в частности повысить эффективность контроля , устойчивости режима передачи мощности по линии электропередач. Формула изобретения Измеритель мощности переменного тока, содержащий преобразователь ток - напряжение, преобразователь напряжение - напряжение, входы которых подключены соответственно к входным шинам тока и напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй формирователи импульсов, элемент И, генератор импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь коммутатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, источник опорного напряжения, двухпороговий компаратор, блок выборки и запоминания, причем выходы первого и второго формирователей подключены к входам элемента И, выход которого через генератор импульсов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, которого подключены к информационным входам цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к первым входам блока выборки и запоминания и двухпорогового компаратора, вторые входы которых подключены соответственно к выходу второго форми- . рователя импульсов и к выходу преобразователя ток - напряжение, соединен ному с-входом первого формирователя импульсов выход преобразователя напряжение - напряжение соединен с входом второго формирователя импульсов, а через последовательно соединенные выпрямительи сглаживающий фильтр подключен к первому входу коммутатора, второй и третий вхо-, ды которого соединены соответственно с выходом источника опорного напряжения и с выходом второ -о формирователя импульсов, выход коммутатора подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход блока выборки и запоминания подключен к выходной шине.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 155864, кл, G 01 R 21/06, 1973.

2.Измерения, контроль, авто5 матизация, 1976, № 1 (5) с. 55-63.