Цифровой измеритель активной мощности
Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей активной мощности и энергии непрерывных и радиоимпульсных периодических колебаний, а также постоянных сигналов. Целью изобретения является повьшение точности и быстродействия. Устройство содержит преобразователь 1напряжения, входной преобразователь 2тока, шины 3 выходного напряжения, шины 4 входного тока, переключатель 5, коммутаторы 6, 23 и 25, блок 7 выборки данных, инверторы 8 и 9, блок. 10 управления, аналого-цифровые, преобразователи 11 и 12 напряжения и тока соответственно, делитель 13 периода , блок 14 вьщеления периода, шины 15.запуска, шины 16 опорного сигнала, цифровой перемножающий блок 17, сумматоры 18 и 20, индикатор 21, блоки 22 и 24 оперативной памяти. Поставленная цель достигается предложенным схемным построением и новыми функциональными связями устройства. 1 ил. €
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (И) (51) 4 С 01 Б. 21 08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3987703/24-21 (22) .11. 12.85 (46) 23.01.88. Бюл. Ф 3 (71) Львов ский политехниче ский инст итут им. Ленинского комсомола (72) A ° И.Наконечный (53) 621.317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 790250, кл. С 01 R 21/06, 1978.
Авторское свидетельство СССР
У 1092422, кл. С 01 R 21/06, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ AKTHBHOA
МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей активной мощности и энергии не прерывных и радиоимпульсных периодических колебаний, а также постоянных сигналов. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.
Устройство содержит преобразователь
1 напряжения, входной преобразователь
2 тока, шины 3 выходного напряжения, шины 4 входного тока, переключатель
5, коммутаторы 6, 23 и 25, блок 7 выборки данных, инверторы 8 и 9, блок
10 управления, аналого-цифровые преобразователи 11 и 12 напряжения и тока соответственно, делитель 13 периода, блок 14 выделения периода, шины
15.запуска, шины 16 опорного сигнала, цифровой перемножающий блок 17, сумматоры 18 и 20, индикатор 21, блоки
22 и 24 оперативной памяти, Поставленная цель достигается предложенным схемным построением и новыми функциональными связями устройства. 1 ил.
1368793 входом блока 10 управления, а второй выход — с входом АЦП 12 тока и вторым входом блока 10 управления, пер5 вый выход которого соединен с первыми управляющими входами АЦП 11 и 12 напряжения и тока, вторые управляю15
Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть применено при построении измерителей активной мощности и энергии непрерывньгх и радиоимпульсных периодических колебаний, а также постоянных сигналов.
Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.
На чертеже приведена структурная схема цифрового измерителя активной мощности, Цифровой измеритель активной мощности состоит из входного преобразователя 1 напряжения, входного преобразователя 2 тока, шины 3 входного напряжения, шины 4 входного тока, переключателя 5, первого коммутатора
6, блока 7 выбора диапазона, первого
8 и второго 9 инверторов, блока 10 управления, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11 напряжения, АЦП
12 тока, депителя 13 периода, блока
14 выделения периода, шины 15 запуска, шины 16 опорного сигнала, цифрового перемножающего блока 17, первого накапливающего сумматора 18, блока
19 усреднения, второго накапливающего сумматора 20, индикатора 21, первого блока 22 оперативной памяти (БОП), второго коммутатора 23, второro блока 24 оперативной памяти, и третьего коммутатора 25, причем сигнальные входы преобразователей 1 и 2 напряжения и тока подключены к шинам
3 и 4 входных сигналов, а управляющие входы — соответственно к первому и второму выходам блока 7 выбора диапазона, выход входного преобразователя 1 напряжения соединен с управляющим входом переключателя 5, первым входом первого коммутатора 6 и первым входом блока 7 выбора диапазона, выход входного преобразователя
2 тока подключен к второму входу первого коммутатора 6 и второму входу блока 7 выбора диапазона, выход входного преобразователя 1 напряжения через первый инвертор 8 соединен с третьим входом первого коммутатора б, выход входного преобразователя 2 тока через второй инвертор 9 подключен к четвертому входу первого коммутатора 6, управляющие входы которого соединены с первой группой выходов блока 10 управления, первый выход первого коммутатора б соединен с входом АЦП 11 напряжения и первым
35 щие входы которых соединены с выходом делителя 13 периода и третьим входом блока 10 управления, а их управляющие выходы соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока 10 управления, шестой вход которого соединен с входом делителя 13 периода и выходом блока 14 выделения периода, первый вход которого соединен с выходом переключателя 5, а второй — с шиной 15 запуска, информационный вход переключателя 5 соединен с шиной 16 опорного сигнала, вторая группа выходов блока 10 управления соединена с управляющими входами цифрового перемножающего блока 17, выходы которого соединены с сигнальными входами первого накапливающего сумматора 18, управляющие входы которого соединены с третьей группой выходов блока 10 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом блока 19 усреднения, сигнальные входы которого соединены с выходами первого накапливающего сумматора 18, а выходы— с сигнальными входами второго накапливающего сумматора 20, управляющие входы которого соединены с четвертой группой выходов блока 10 управления, а выходы — с сигнальными входами индикатора 21, первый управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока 7 выбора диапазона, а второй управляющий вход — к третьему выходу блока 10 управления, сигнальные входы первого БОП 22 соединены с выходами АЦП 11 напряжения и с первыми входами второго коммутатора 23, управляющие входы БОП 22 соединены с пятой группой выходов блока 10 управления, управляющий вход соединен с четвертым выходом блока 10 управления и с управляющим входом второго
БОП 24, а выходы — с вторыми входами второго коммутатора 23, управляющий вход которого соединен с пятым выходом блока 10 управления и управляющим входом третьего коммутатора 25, а выходы подключены к первым входам цифрового перемножающего блока 17, вторые входы которого соединены с выходами третьего коммутатора 25
3 13687 первые входы которого соединены с выходами. АЦП 12 тока и входами второго
БОП 24, а вторые входы — с выходами второго БОП 24, управляющие входы которого.соединены с шестой группой выходов блока 10 управления.
Цифровой измеритель активной мощности работает следующим образом.
Через переключатель 5 на вход блока 14 выделения периода поступает ли- бо выходной сигнал входного преобразователя 1 напряжения К U(t) при си1 нусоидальной форме последнего, либо сигнал с шины 16 U „, частота кото15 рого равна основной частоте входного сигнала, когда напряжение U(t) периодично, но не синусоидально. В последнем случае измеряется активная мощность суммы гармоник. При измерении мощности постоянного тока время измерения определяется периодом напряжения сетевой помехи. При этом на вход блока 14 выделения периода подается
25 либо переменное напряжение питания прибора через шину 16 опорного сигнала вместо — U», либо выделенное на выходе преобразователя 1 переменное напряжение помехи, которое поступает на вход блока 14 выделения периода
30 через первый вход переключателя 5.
С приходом запускающего импульса на шину 15 запуска на выходе блока 14 выделения периода формируются последовательно во времени импульсы дли- 35 тельностью рТ „ (Т„ — период колебаний входного сигнала). Первый из указанных импульсов, поступая на вход делителя 13 периода, делится последним на и равных частей. При этом оп- 40 ределяются моменты запуска обоих АЦП, т.е. отбора информации. Вторым импульсом блока 14 выделения периода через первую группу выходов блока 10 управления замыкаются на время рТ„ 45 первый и третий ключи первого коммутатора 6. При этом в первом цикле измерений на вход аналого-цифрового преобразователя 11 напряжения с выхо да входного преобразователя 1 напря- 50 жения подается в определенном масштабе напряжение К,U(t), а на вход аналого-цифрового преобразователя 12 тока — сигнал с -выхода входного преобразователя 2 тока, пропорциональ- 55 ный току К i(t).
93 4 второй входы блока 10 управления, В зависимости от знака этих сигналов и номера цикла измерения блок 10 управления изменяет режим работы первого накапливающего сумматора 18 (режим суммирования или вычитания), Управляющим импульсом делителя 13 периода через вторые управляющие входы запускаются АЦП 11 и 12 напряжения тока. По приходу сигналов готовности обоих АЦП на четвертый и пятый входы блока 10 управления последним формируются через вторую и пятую группу выходов, а также четвертый и пятый выходы управляющие импульсы, которыми измеренные мгновенные значения напряжения и тока через открытые первые входы второго и третьего коммутаторов 23 и 25 перезаписываются во входные регистры цифрового перемножающего блока 17, а также записываются с определенными адресами в ячейки памяти первого и второго
БОП 22 и 24. После этого сигналом блока 10 управления через его первый выход производится сброс обоих АЦП.
Эквиваленты мгновенных значений ! периодических сигналов П (м„) и
i (ñ „), преобразованные посредством
АЦП 11 и 12 с учетом их погрешностей, можно записать в виде полиномов, которые представляют ряды Маклорена.
U (<<)=Uo+ 1+6su)U(NK)+azUz ( +а П (о к ) + ° .. +a „U" (М „); х (с „) =1, + (1+ ; ) 1(м„)+Ь, i (,) + +b, i (м «)+... +b „1" (сс,), где (1+ зн) =а, aq a>; ° и (1+ h ) =Ь,;Ъ,Ь р ° ° е,Ь „- коэффициенты ряда Маклорена; U и i †перв члены ряда Маклорена, которые определяют аддитивные составляющие погрешности АЦП напряжения и тока соответстОдновременно указанные сигналы подаются соответственно на первый и венно; О „и с +, — коэффициенты, характеризующие мультипликативные составляющие погрешности АЦП напряжения и тока соответственно. Результат перемножения записывается в выходном регистре цифрового перемножающего блока 17. Управляющим сигналом блока 10 управления через третью группу выходов происходит перезапись этого результата во входной регистр первого накапливающего сумматора 18. Через интервал времени, 1368793 равный рТ„/и, запускаются аналогоцифровые преобразователи 11 и 12 напряжения и тока и подцикл измерений, записи в оперативную память и преобразований вновь повторяется. После повторения и-го цикла ключи коммутаторов 6, 23 и 25 размыкаются, и первый цикл измерений заканчивается. При этом в выходном регистре первого накапливающего сумматора 18 записывается результат, в котором просуммированы все произведения выборок с одинаковыми знаками и вычтены все произведения выборок с -противоположными знаками. Последнее возможно при сдвиге фаз между сигналами напряжения и тока. С помощью блока 19 усреднения осуществляется деление результата измерения на количество выборок и. Значение и целесообразно выбирать равным 2 (где i=1 2,3,...), поскольку в этом случае деление с помощью блока ! 9 усреднения сводится к сдвигу запятой на число двоичных разрядов i. Таким образом, выходной сигнал первого накапливающего сумматора в виде двоичного кода со сдвинутой запятой с приходом управляющего сигнала через четвертую группу выходов блока 10 управления перезаписывается во второй накапливающий сумматор 20. При этом результат измерения первого цикла записывается rl - 1 p, =- (v, -<). 3,„)v(g,)+a П к-о +a,ii (e,Ä)+... a„V "(к,)J (i,+(i+ Е,) "" к1(а,)+bzi (Ык)+h31 (Мк)+... ...b„i" <(„)) = 2 (()+l ) ()+ к)()< .) ° к=о 1 (м,() + { 1 +,„) U (o(к) 1о + (1 + 6 э, ) 1 (0 . к) П, + ))- v.,+e) =- ((i" 6 -) (i+55,) r v "i()+(1+ Е „) i, U(oc.„)+(1+ Е;)U Е К о где Д, =ПоЬ212 (oL„)+Uobo iç (o<„) +а, U(oz)<)b2iz (oc„)+a,() (0(к)Ь31з (oo,)+ (0 „) i, +azU (oc„) b, 1 (0(„) + К) 2 (0 К) 2 (К) 3 (К) +a3Ux (0Cê) io+a3U (06K)b(i(к)+ +а Уз (ot „) b 2 г (с" к) + а U3 (0C „) b 3 I. (oo q) + + а о 0 о Во втором цикле измерений, который начинается сразу после первого, на время рТ„ замыкаются второй и четвертый ключи первого коммутатора 6. При этом на вход АЦП 11 напряжения подается напряжение (-К,U(e)), а на вход АЦП 12 тока — сигнал, пропорцио5 HaslbHbIH 70K (K21(t)) . Дальнеишии порядок измерения во втором цикле аналогичен первому, При этом через открытые первые входы второго итретьего коммутаторов 23 и 25 коды АЦП 11 10 и 12 напряжения и тока перезаписываются во входные регистры цифрового перемножающего блока 17, а также записываются в ячейки памяти с определенными адресами первого и второго 15 БОП 22 и 24. Порядок суммирования и вычитания произведений выборок также аналогичен порядку первого цикла измерений. Результат измерения второго цикла определяется следующим образом: 20 )) =1 Р, =- (1+ Я,„) (1+ 5,; ) . U (Ы к) 1(.)— зо «=o (1+8 „)з. (0(к) (1+Ii„)U +i(o()+ к=o к=о +U i +6Д, где 02 =Uîbz iz {o) ê) -U Ь 31з (о(к) — а<У(Ы,)bz Р (0(„)+а,У(о(„)Ь3 i (0(.к)+ +агU (01к) Ь2 (о" к) а2Пг (ЫК) Ь3 i (с к) 30 -а 3П (Ык) i +а, Пз (о(. К) b, i (o() -a U (g, ) bz i (o. )+a3U (k ) h 1з ()+ +,, ° Результат измерения второго цикла суммируется во втором накапливающем сумматоре. На этом процесс, включающий два цикла измерений входных сигналов, прекращается. Два последующих цикла (третий и четвертый) включают обра40 ботку результатов измерений входных сигналов первых двух циклов, записанных в первом и втором БОП 22и 24. При этом в третьем цикле с помощью определенных сигналов блока 10 45 управления в первом БОП 22 происходит синхронное считывание кодов, соответствующих сигналу (-К,ц(с)) . а -.î втором БОП 24 — сигналу К i(t), Через открытые вторые входы второго и третьего коммутаторов 23 и 25 сигналы в виде двоичных кодов поступают на входы цифрового перемножающего блока 17. Дальнейший порядок преобразования аналогичен предыдущим цик5 лам эа исключением того, что в первом накапливающем сумматоре происходит суммирование произведений выборок, знаки которых противоположны, и вычитание произведений выборок, 7 1368793 знаки которых одинаковы. Таким образом, определяется модуль результата преобразования третьего цикла (при этом знаки результата преобразования изменяются на противоположные) д((o 4); 10 m+142. Р4 (1+ 6э () (1+ э, ) U(<«) 1(о к)— «--o -(1e I) „)i, K.1 (Ы к)+(1+ 4 )U, 2 i(o(«)к=о КсΠ— 9,), где 04 =По Ьг (s«) -Уо Ьз 1 (aê) + +а, U(o(Ä) bг i (о(к)-а, Б(о(к)Ьз i (a «)+ +агБг (о «) 1 -а Пг (()ск)Ь< 1(о(к)+ +azU2 (о(„)Ь i (eC«)-а Пг (g ) b i2 (o()+ +азБ (о(„)Ъг 1 (о к)-аз() (о()))Ъз1 (o v)+ + ° ° 4 ° Как и в предыдущих циклах результат преобразования четвертого цикла суммируется во втором накапливающем ,сумматоре 20. Результирующее значение измеряемой мощности в предлагаемом устройстве определяется как среднеарифметическая величина модулей результатов Двух циклов измерений и двух циклов обра; ботки (третий и четвертый циклы), т.е. 55 шина запуска, первый накапливающий сумматор, блок усреднения, второй (накапливающий сумматор. первый и вTo )рой блоки оперативной памяти, третий коммутатор, причем выход вход1 г И -1 Р, =- (1+ Бэо) (+ 5 ; ) Е U(WÄ) (о(к) + n-) )) < +(1+,„)1, ЕП(Ы„)-(1 + S„)U, 1(Ы.„)-. к о 4) о- З) где 0 =Б Ь 1г (Ык)+Б,Ь. 1з (ot«)— -а,и(ы„)Ь Р (o(Ä)-а,U(l«)b io (o(Ä)+ +агПг (о(к)Ь 1г (г(«)+а Бг (M«)b 1з (o(. „) -а Uo (ot Ä) 1,-аЗ Бз (о(к)bД 1(о(„)а цз (о) )Ь 1 г (oC„) а ))з (()Ь з (eC„)+ +..., который суммируется во втором накапливающем сумматоре 20 с результатами предыдущих двух циклов. В четвертом цикле сигналами блока 10 управления в первом и втором БОП 22 и 24 происходит синхронное считывание кодов, соответствующих сигналам К,V(e) и -К i(1:)) . Через открытые вторые входы второго и третьего коммутаторов 23 и 25 коды поступают на входы цифровог(з перемножающего блока 17. Дальнейший порядок преобразования сигнала, а также суммирование произведений выборок аналогичны третьему циклу. Результат преобразования четвертого цикла определяется следующим образом: o-) p =- (1+S,„)(1 6,;) EU(„)i(a„)+ к +- (а,б(о(к)Ь io (o) „)+a.,Uo (М„)Ь, i(eC„)+ 1Г +а и (ol,)b,i (к„)) ° ° ° или )) -i р =-(1+ B,„) (1+ Ь,; ) K и (Ы„) i (г, )+ Е и к=о +- ", 0 à И (Ык)Ь i ("к) . n, e,, г -(Формула изобретения Цифровой измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, шины входного напряжения и тока, переключатель, первый коммутатор, блок выбора диапазона, первый и второй инверторы, блок управления, блок выделения периода, шину опорного сигнала, цифровой перемножающий блок, индикатор, второй коммутатор, причем сигнальные входы входных преобразователей напряжения и тока подключены к шинам входных напряжения и тока, а управляющие входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока выбопа диапазона, выход входного преобразователя напряжения соединен с управляющим входом переключателя, с первым входом первого коммутатора, первым входом блока выбора диапазона, выход входного преобразователя тока подключен к второму входу первого коммутатора, второму входу блока вы,бора диапазона, управляющие входы первого коммутатора соединены с первой группой выходов блока управления, первый вход блока выделения периода соединен с выходом переключателя, информационный вход которого соединен с шиной запуска опорного сигнала, первый управляющий вход индикатора соединен с третьим выходом блока выбора диапазона, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены аналого-цифровые преобразователи напряжения и тока, делитель периода, 10 Составитель С. Сафохин Редактор О,Юрковецкая Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар Заказ 286/46 Тираж 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 9 13687 ного преобразователя напряжения через первый инвертор соединен с третьим входом первого коммутатора, выход входного преобразователя тока через второй инвертор соединен с четвертым входом первого коммутатора, первый выход первого коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя напряжения и первым входом блока 1р управления, а второй выход — с входом аналого-цифрового преобразователя тока и вторым входом блока управления, первый выход которого соединен с первыми управляющими входами аналого- 15 цифровых преобразователей напряжения и тока, вторые управляющие входы которых соединены с выходом делителя периода и с третьим входом блока управления, а их управляющие выходы 2р соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока управления, шестой вход которого соединен с входом делителя периода и выходом блока выделения периода, второй вход которого 25 соединен с шиной запуска, вторая группа выходов блока управления соединена с управляющими входами цифро-, вого перемножающего блока, выходы которого соединены с сигнальными входа- З0 ми первого накапливающего сумматора, управляющие входы которого соединены с третьей группой выходов блока управления, второй выход которого соеI динен с vnpBBJIHI0IIIHM Входом блока ус- 35 реднения, сигнальные входы которого соединены с выходами первого накапливающего сумматора, а выходы — с сигнальными входами второго накапливающего сумматора, управляющие входы которого соединены с четвертой группой выходов блока управления, а выходы соединены с сигнальными входами индикатора, второй управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, сигнальные входы первого блока оперативной памяти соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя напряжения и с первыми входами второго коммутатора, управляющие входы — с пятой группой выходов блока управления, управляющий вход — с четвертым выходом блока управления и с управляющим входом второго блока оперативной памяти, а выходы — с вторыми входами второго коммутатора, управляющий вход которого соединен с пятым выходом блока управления и управляющим входом третьего коммутатора, а выходы подключены к первым входам цифрового перемножающего блока, вторые входы. которого соединены с выходами третьего коммутатора, первые входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя тока и с входами второго блока оперативной памяти, а вторые входы — с выходами второго блока оперативной памяти, управляющие входы которого соединены с шестой группой выходов блока управления.
