Способ определения активной и реактивной мощности и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано при измерении составляющих мощности в электрических цепях при синусоидальных и периодических токах и напряжениях. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих полной мощности. Для определения активной и реактивной мощности интегрируют разделенные по знаку составляющие сигнала мгновенной мощности. Интегрирование проводят либо за произвольное целое число периодов, либо за время, значительно большее величины периода. По разности интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигнала мгновенной мощности определяют величину активной мощности, а по разности и отношению - реактивную мощность. Устройство для осуществления способа содержит датчик 1 тока и датчик 2 напряжения, перемножитель 3, селекторы положительной 4 и отрицательной 5 составляющих сигнала, первый 6 и второй 7 преобразователи напряжение - частота. Первый 8 и второй 9 счетчики импульсов, фильтр 10, компаратор 11, одновибратор 12, блок 13 индикации, переключатель 14 и вычислительный блок 15, включающий блок 16 управления, генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 времени и вычислитель 19. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Г 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4351506/24-21 (22) 28.12.87 (46) 15.05.89. Бюл. Р 18 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрь-. ской социалистической революции (72) А.В.Русаловский и С.П.Шевчук (53) 621.317.382 (083.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 918817, кл. С 01 R 21/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1121626, кл. С 01 R 21/06, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОЙ И

РЕАКТИВНОЙ 11ОЩНОСТИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано при измерении составляющих мощности в электрических цепях при синусоидальных и периодических токах и напряжениях. Цель изобретения — повышение точности измерения составляющих полной мощности. Для определения активной и реактивной мощности интегрируют разделенные.по

„„SU,„, 1479886 А1 знаку составляющие сигнала мгновенной мощности. Интегрирование прово-.; дят либо за произвольное целое число периодов, либо за время, значительно большее величины периода.

По разности интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигнала мгновенной мощности определяют величину активной мощности, а по разности и отношению — реактивную мощность. Устройство для осуществления способа содержит датчик 1 тока и датчик 2 напряжения, перемножитель 3, селекторы положительной 4 и отрицательной 5 составляющих сигнала, первый 6 и второй 7 преобразователи напряжение- Ж частота, первый 8 и второй 9 счетчи- уу ки импульсов, фильтр 10, компаратор

11, одновибратор 12, блок 13 индикации, переключатель 14 и вычислительный блок 15, включающий блок 16 управления, генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 времени и вычис- »вам литель 19. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. »Дь

1479886

15

25

Изобретение относится к измерению электрических переменных величин, а точнее к измерению электрической работы или мощности, основанному на иэмерении токов и напряжений, и может быть использовано при измерении составляющих мощности в электрических цепях, в частности, в случаях, когда токи и напряжения имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода напряжения и тока изменяется во времени, например при измерениях в .цепях управляемых статических преобразователей частоты.

Цель изобретения — повышение точности измерения составляющих полной мощности в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода тока и напряжения изменяется во времени.

На фиг. 1 приведены диаграммы исходных кривых тока и напряжения, эквивалентных синусоид тока, напряжения и мгновенной мощности для пояснения предлагаемого способа изФ мерения активной и реактивной мощности; на фиг. 2 — структурная схема устройства для реализации способа измерения активной и реактивной мощности, Способ измерения активной и реактивной мощности заключается в следующем.

Измеряют мгновенные значения напряжения и тока (диаграмма 1 на фиг. 1). Дальнейшие производимые операции показаны не для исходных кривых напряжения и тока (диаграмма 1), а для эквивалентных синусоид напряжения и тока (диаграмма 2).

Мгновенные значения тока и напряжения перемножают (диаграмма 3). Затем перемноженные сигналы разделяют по знаку (диаграммы 4 и 5) и интегрируют раздельно, например, с помощью преобразования напряжения в частоту следования импульсов и подсчета их числа за время измерения (диаграммы

6 и 7). Одновременно задаются временем измерения либо контролируют его в течение произвольного целого числа периодов сигналов (диаграмма

8). Момент начала отсчета времени может быть произвольным. Например, в качестве начала отсчета можно принять момент перехода напряжения через ноль. На основании полученных чисел П+ — -Р„(диаграмма 6), П =-Г (диаграмма 7) и П„= t (диаграмма 8) определяют разность (П вЂ” П ) и отношение II+/П . По полученной разности судят о величине активной мощности, которую определяют по формуле (1)

Пг.

По разности интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигнала мгновенной мощности и по их отношению судят о величине реактивной мощности, которую . определяют на основании формулы (П вЂ” П )

О = -- — — ---,К (2)

П где К вЂ” коэффициент, удовлетворяющий соотношению

П

/ ю +

K — arctgK = n (— — — 1) . (3)

П

Таким образом, по отношению (П+/П„) судят о величине коэффициента реактивной нагрузки.

Устройство для измерения активной и реактивной мощности, осуществляющее предлагаемый способ, содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, перемножитель 3, селектор 4 положительной составляющей сигнала, селектор 5 отрицательной составляющей сигнала, первый и второй преобразователи 6 и 7 напряжения— частота, первый и второй счетчики

8 и 9 импульсов, фильтр 10, компаратор 11, одновибратор 12, блок 13 индикации, переключатель 14 и вычислительный блок 15, в котором условно выделены блок 16 управления, генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 времени и вычислитель 19.

Причем выходы датчиков 1 и 2 тока и напряжения подключены к входам перемножителя 3, выход которого через селектор 4 положительной составляющей сигнала и первый преобразователь

6 напряжение — частота подключен к счетному входу первого счетчика 8 импульсов, а через селектор 5 отрицательной составляющей сигнала и второй преобразователь 7 напряжениечастота — к счетному входу второго счетчика 9 импульсов, информационные выходы первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов подключены к

1479886

40 первому и второму информационным входам вычислительного блока 15, содержащего вычислитель 19 к первому управляющему выходу которого подключен блок 16 управления, к второму

5 управляющему выходу — вход параллельной записи счетчика 18 времени, а к третьему и четвертому информационным входам вычислителя 19 подключены соответственно информационный выход счетчика 18 времени и переключатель 14, к входам которого подключены выход одновибратора 12 и выход переноса счетчика 18 времени, к счет- 15 ному входу которого подключен генератор 17 тактовых импульсов, к информационному выходу вычислительного блока 15 подключен блок 13 индикации, а к входу одновибратора t2 чеpcs компаратор 1 1 и фильтр 10 подключен выход датчика 1 тока, выход блока 16 управления подключен к управляющим входам счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18 времени. 25

Устройство работает следующим образом.

Фильтр 10 выделяет основную гармонику входного сигнала, компаратор

11 определяет момент перехода пер- 30 вой гармоники входного сигнала через нуль, одновибратор 12 и в этот момент выдает короткий импульс, по которому вычислитель 19 формирует начало интервала измерения мощности, т.е. выдает на блок 16 управления импульс, по которому блок 16 управления, являющийся по существу однобитовым выходным регистром вычислительного блока 15, снимает сигнал запрета счета с управляющих входов первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18, Первый счетчик 8 импульсов начинает интегрировать количество импульсов, поступаю- 45 щих на его вход с выхода первого преобразователя 6 напряжение — частота. Частота следования импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение— частота пропорциональна мгновенному значению положительной составляющей произведения мгновенных значений тока и напряжения на входе устройства.

Второй счетчик 9 импульсов интегрирует количество импульсов, поступающих с выхода второго преобразователя 7 напряжение — частота, частота их следования пропорциональна модулю мгновенного значения отрицательной составляющей произведения мгновенных значений тока и напряжения на входе устройства, Счетчик 18 времени считает импульсы, поступающие с выхода стабилизированного генератора t7 тактовых импульсов. Вычислитель l9 в это

Ч время анализирует поступление импульсов с выхода одновибратора 12. Период их следования равен периоду измеряемых сигналов ° По приходу П-го импульса (произвольное целое. число импульсов задается предварительно), т.е. по окончанию П периодов входного сигнала, вычислитель 19 считывает с информационных выходов первого и второго счетчиков 8 и 9 импульсов и счетчика 18 времени записанное в них к этому моменту число импульсов, соответственно П+, П и П, и выдает сигнал на блок 16 управления, по которому он устанавливает в ноль первый и второй счетчики 8 и 9 импульсов и счетчик 18 времени. Таким образом, цикл измерения в этот момент завершается. Затем по считанной информации П+, П и П вычислитель

19 определяет разность (П„ - П ), отношение П /П, производит функциональное преобразование отношения в соответствии с формулой (3), после чего вычисляются значения составляющих полной мощности по выражениям (1) и (2). Результат по информационному выходу вычислительного блока 15 выдается на блок 13 индикации. Переключатель 14 переводит вычислительный блок 15 в режим, при котором моменты начала и конца измерения определяются не по импульсам с выхода одновибратора 12, а произвольно.

В этом случае интервал t)) T определяется предварительно с помощью установки счетчика 18 времени по выходу параллельной записи от вычислителя 19. При этом счетчик 18 времени переводится в режим таймера (обратного счета времени). В этом режиме при измерении активной и реактивной мощности не требуется никаких измерений временных интервалов, характеризующих входные сигналы тока и напряжения,что значительно упрощает процесс измерения и повышает его точность, Формула из о бр етения

1. Способ определения активной и реактивной мощности, заключающийся

1479886

К (P,— P), где P — среднее значение активной мощности за время измерения; среднее значение реактивной мощности за время измерения; интегральное значение положительной составляющей сигнала мгновенной мощности за время измерения; модуль интегрального значения отрицательной составляющей сигнала мгновенной мощности за время измерения; время измерения, равное времени интегрирования;

О— в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, перемножают их, разделяют перемноженные сигналы по знаку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную Форму, а величина периода напряжения и тока изменяется во времени, интегрируют раздельно за произвольное целое число периодов или за время, значительно большее величины периода, разделенные по знаку составляющие сигнала мгновенной мощности, определяют разность и отношение получаемых интегральных значений положительной и отрицательной составляющих сигналов мгновенной мощности и по их разности судят о величине активной мощности, а по разности и отношению — о величине реактивной мощности, при этом составляющие мощности вычисляют по формулам

К вЂ” коэффициент реактивной нагрузки, удовлетворяющий соотношению

2. Устройство для определения активной и реактивной мощности, содержащее датчики тока и напряжения, 10 блок индикации и вычислительный блок, выход которого соединен с входом блока индикации, а выходы датчиков тока и напряжения соединены с входами перемножителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих полной мощности в режимах, когда напряжение и ток имеют периодический характер и произвольную форму, а величина периода и тока и напряжения изменяется во времени, в него введены селекторы положительной и отрицательной составляющих сигнала, пер25 вый и второй преобразователи напряжение — частота, первый и второй счетчики импульсов, фильтр, компаратор, одновибратор и переключатель, причем выход перемножителя подключен через селекторы положительной и отрицательной составляющих сигнала, первый и второй преобразователи напряжение — частота и информационные входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к первому и второму информационным входам вычислительного блока, третий информационный вход которого подключен к выходу переключателя, первый вход которого через одновибратор, компа40 ратор и Фильтр подключен к выходу датчика тока, а второй — к выходу временного переноса вычислительного блока, управляющий выход которого подключен к управляющим входам пер45 вого и второго счетчиков импульсов.

1479836

Фиг. 1

Составитель C.Ñàôîõèí

Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Редактор Т.Парфенова

Заказ 2539/44 Тираж 714 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101