Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений активного или реактивного токов в цепях переменного тока, содержащих реактивную нагрузку, в частности, для измерения активного тока асинхронного электродвигателя.
Известен способ измерения пассивной составляющей тока, при котором умножают постоянный сигнал на напряжение сети, вычитают полученное произведение из полного тока, полученную разность сигналов ум ножают на напряжение сети, устанавливают среднее значение полученного произведения равным.нулю, регулировкой величины постоянного сигнала 1 .
Недостатками данного способа является то, что точность обработки сигналов мала вследствие применения операции умножения переменных сигналов, вносящей значительные погрешности в получаемые результаты а быстродействие измерения низко, поскольку регулируемый постоянный сигнал получают из переменного путем сглаживания .последнего инерционным устройством.
Известен также способ измерения активного -тока, основа нный на том, что сигналы, пропорциональные мгновенныг значениям тока и напряжения в контролируемой цепи, подают на ключевой элемент. Сигнал, пропорциональный напряжению сети, используют в качестве опорного сигнала. Отпирание и запирание ключевого
10 элемента проис5{одит в моменты перехода опорного сигнала через нуль, вследствие.чего среднее за период .напряжение на нагрузке пропорционально с1мплитуде активного тока 2 .
15
Недостатками этого известного способа являются погрешность, возрастающая при искажении синусоидальной формы контролируемых напряжения и тока, а также при нарушении сим20метрии контролируемой нагрузки, что снижает точность измерения, и малое быстродействие, связанное с тем, что выходной сигнал имеет пульсирующую форму, и для получения среднего за 25 период напряжения выходной сигнал необходимо сглаживать.
Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения и дашьнейшее увеличение 30 быстродействия. Цель достигается тем, что согла но способу., основанном на использо вании сигналов, пропорциональных мгновенным значениям напряжения и тока в контролируемой цепи, фиксируют уровень полного тока в момент времени, когда величина этого уров ня равна амплитудноМ5; значению измеряемой составляющей, а момент вре мени фиксации определяют один раз за период по фазе прямоугольного опорного сигнала, сформированного и измеряемого напряжения сети. Причем указанную фиксацию уровня полного тока производят дополнительно второй раз за период, а результат и мерения инвертируют. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, УстройЬтво содержит формирователь 1 опорного сигнала (ФОС), на вход которого подан сигнал пропорциональный напряжению сети, схему 2 управления (СУ), вход которой подключен к выходу ФОС, два фиксатора уровня (ФУ1) 3 и (ФУ2) 4, на первые входы которых поступает сигнал и, пропорциональный току, а вторые входы подсоединены к выходу СУ, и суммирующий элемент. (СЭ) 5, юдсоединенный своими входами к выходам фиксаторов уровней. Выход СЭ является выходом устройства. dnoco6 реализуют следующим образом. Напряжение и, пропорциональное мгновенному значению полного тока, измеряемого в цепи, поступает на первые входы фиксаторов уровней. П ный трк можно представить в виде суммы мгновенных значений его составляющий + lflr Лд5-1П UJtt3pSin(jUt ).(1) где. f - сдвиг по фазе между напря нием сети и током; Лg JJJ cosЧ- амплитудное значение акти ной составляющей; амплитудное значение реак тивной составляющей. Из формулы (1) следует, что в мо мент времени, кЬгда Ujt , .2 реактивная составляющая полного то обращается в нуль, а активная приоб ретает максимальное значение. Следо вательно, в этот момент времени ве личина полного тока соответствует амплитудному значению активной сос тавляющей. Аналогично этому, в момент времени, когда ujt ЗГ , величина полного тока соответствует амплитудному значению;реактивной составляющей, так как активная составляющая в этот момент .равна нулю. Фиксаторы уровня 3 и 4 производят фиксацию мгновенного значения сигнала U-J и осуществляют хранение этой величины сигнала. Управление режимами работы фиксаторов происходит управляющими командами, поступающими со схемы 2 управления. Для того, чтобы -фиксация уровней тока происходила в моменты времени, соответствующие lot при измерении активной составляющей или wt - J при измере.нии реактивной составляющей, схема 2 управления вырабатывает управляющие команды в зависимости от фазы опорного сигнала, сформированного по сигналу U{,, пропорционального напряжению сети. При измерении реактивной составляющей сигнал Uc поступает в формирователь 1 опорного сигнала, на выходе которого формируется сигнал прямоугольной фор1«м. Поскольку Uc имеет нулевой сдвиг фазы, то моменту времени u)t Л. соответствует переход этого сигнапа через нуль от положительного значения к отрицательному, и схема 2 управления в этот Момент времени вырабатывает уп4 равляющую команду. По этой команде фиксатор 3 осуществляет фиксацию уровня сигнала Ux, и затем переходит в режим хранения, а на его выходе Появится сигнал., пропорциональный си 1плитудному значению реактивной составляющей. По этой же команде, фиксатор 4 переходит из режима хранения в режим фиксации и. на его выходе сигнал становится равным нулю. С поступлением через период следующей управляющей команды в момент. времени, когда wt Я , фиксация уровня тока происходит в фиксаторе 4, который затем переходит в режим хранения. В результате этого сигнал,- пропорциональный амплитудному значению реактивной составляющей, Появляется попеременно с интер. валом в один период то на выходе фиксатора 3, то на выходе фиксатора 4. После суммирования выходных сигналов на выходе суммирующего элемента 5 появляется непрерывный сигнал, пропорциональный амплитудному зна.ченйю реактивной составляющей тока. Так как фиксация уровня тока происходит каждый период, скорость измерения определяется длительностью периода измеряемого сигнгша. При измерении активной составляющей тока сигнал Uc поступает на вход формирователя 1, на выходе которого формируется опорный прямоугольной формы, сдвинутый относител но исходного на угол
-. Тогда МО.2. out --, соменту времени, когда
2
ответствует переход опорного сигнала через нуль от отрицательного значения к положительному и СУ 2 вырабатывает управляющую команду в этот мсмейт времени. Далее работа устройства происходит аналогично работе при измерении реактивной составляющей. Так как фиксация тока производится в моменты времени, когда
I
lot i
на выходе суммирующего
2
элемента 5 появляется сигнал, пропорциональный амплитудному значению активной составляющей тока.
Точность измерения составляющих тока зависит от точности выявления моментов времени фиксации и, поскольку опорный сигнал имеет прямоугольную форму, можно получить большую точность определения требуемых моментов времени, что обуславливает и высокую точность измерения. Выходной-сигнал при этом не имеет пульсаций, что исключает необходимость использования сглаживающих устройств и позволяет получить быстродействие измерения, равное одному периоду измеряемого сигнала.
Дальнейшее увеличение быстродействия можно получить, если фиксировать величину полного ток дополнительно в моменты времени, при
которых IWt :
для измерения
активной составляющей, и u)t 2jT для-1:зм.ерения реактивной.
Подставка. этих значений u)t в формулу (1) показывает, что величина полного тока в данные моменты времени равна амплитуд ным значениям составляющих, но имеет отрицательный знак. Поэтому после инверсии измеренного сигнала получают требуемую информацию. Выявление дополнительных моментов времени фиксации осуществляют по фазе тех же опорных сигналов при переходе их через нуль в обратном направлении, а в целом фиксацию тока при таком способе измерения производят два раза за период опорного сигнала при каждом ее переходе через нуль.
На чертеже пунктирными линиями изображено место возможного включения инвертирующего усилителя (ИУ) 6 в блок-схему.
Отличие работы устройства от предыдущего заключается в том, что схема 2 управления вырабатывает управляющие команды два раза за период, при этом на выходе СЭ 5 информация
обновляется два раза за период, т.е. быстродействие в зтом случае равно половине периода измеряемого сигнала, а выходной сигнал пропорционален амплитудному.значению измеряемой составляющей с точностью, определяемой точность выработки управляющих команд.
Предлагаемый способ измepJeния активной и реактивной, составляющих
тока позволяет производить измерение с высокой точностью и максимальиым быстродействием..
Формула изобретения
1. Способ измерения активной и реактивной составляющих тока, основанный на использовании сигнгиюв, пропорциональных .-.мгновенным значениям напряжения и тока в контролируемой цепи, отличающийс я тем, что, с-целью увеличения, точности и быстродействия измерения, фиксируют уровень полного тока в моент времени , когда величина этого уровня равна амплитудному значению измеряемой составляющей, причем -момент времени фиксации определяют один раз за период по фазе прямоугольного опорного сигнала, сформированного .:.из измеряемого напря жения сети. .
2-. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью дальнейшего увеличения быстродействия изерения, указанную фиксацию уровня полного тока производят дополнительно второй раз за период, а результат измерения инвертирую.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР № 705354, кл. G 01 R 19/06.
2.Марюта А.Н.,Воронов В.А. Датчики активного тока и коэффициента мощности. - Приборы и системы упавления, 1973, 1, q. 17-18.
