Преобразователь активной мощности в код

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетических информационных системах, устройствах режимной автоматики и в цифровых ваттметрах. Целью изобретения является повышение точности. Преобразователь содержит перемножитель 1, первую 3 и вторую 6 ячейки выборки-хранения, сумматор 2, первый 4 и второй 7 интеграторы, вычитатель 5, преобразователь 8 напряжение - код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код - напряжение, первую 11 и вторую 12 линии задержки, умножитель 13 частоты, выявитель 14 периода. Преобразователь позволяет осуществить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масшабе времени с высокими показателями по быстродействию и с большей точностью, что достигается путем коррекции погрешности преобразования разностным алгоритмами более высокого порядка. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

- РЕСПУБЛИК,.SU„„1529140 (51)4 G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1126890 (21) 4364042/24-21 (22) 14.01.88 (46) 1Ъ.12.89. Бюл. В 46 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова (72) И.М.Абдуллаев и А.Д.Оруджев (53) 621.317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 239681, кл. G Oi R 21/06, 1968.

Авторское свидетельство СССР

У 1126890, кл. G 01 R 21/06, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОП1НОСТИ В КОД (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетических информационных системах, устройствах режимной автоматики и в цифровых ваттметрах.

Целью изобретения является повышение

2 . точности. Преобразователь содержит перемножитель 1, первую 3 и вторую 6 ячейки выборки-хранения, сумматор 2, первый 4 и второй 7 интеграторы, вычитатель 5, преобразователь 8 напряжение — код, вычислительный блок

9, преобразователь 10 код — напряжение, первую ll и вторую 12 линии задержки, умножитель 13 частоты, выя" витель 14 периода. Преобразователь позволяет осуществить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масштабе времени с высокими показателями по быстродействию и с большей точностью, что достигается путем коррекции погрешности преобразования разностными алгоритмами более высокого порядка. 1 ил.

1529 !40

Изобретение относится к электроизмерительной те.<нике и мо:<ет быть использовано в энергетических информационных системах ycтрой< твах реу А 5 жимной автоматики и в цифровых ваттметрах °

Цель изобретения — повышение точности °

На чертеже представлена блок- !р схема предлагаемого у<-.тройства.

Преобразователь активной мощности в код содержит перемножитель 1, сумматор 2, первую ячейку 3 выборкихранения, первый интегратор 4, вычитатель 5, вторую ячейь:у 6 выборки-хранения, второй интегратор 7, преобразователь 8 напряжение — код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код — ггапряже|гие, первую и вторую линии 11 и !2 задержки, умножитель 13 частоты, выявитель 14 пеI риода. Входы перемножителя 1 соединены с соответствуюшими шинами напряжения и тока контролируемой цепи, 25 а его выход — с неинвертируюшим входом вычитателя 5, вь ход которого соединен с входом второй ячейки 6 выборки-хранения, выход готорой лодключен к входу второго интегр ropa

7, выход которого соединен с ..ервым входом сумматора 2, Bb; o;< гсоторого соединен с входом цер,-: и н ейки 3 выборки-хранения, Вых,.гг первой я-;;йки 3 выборки-.:ранен<>!. цо,ключен к входу первог о интегратора 4, выход которого соединен с входом преобразователя 8 напряжение — код, кодовые выходы последнего подключены к кодовым входам вычислительного блока

9 преобразователя 10 код — напряжение, выход которого соединен с инвертируюшим входо<м вычитателя 5 и с вторым входом сумматора 2. Объединенные входы выявителя 14 периода и умножителя !3 частоты подключены к одному из входов перемножителя 1.

Выход выявителя !4 периода соединен с входами сброса первого и второго .<нтеграторов 4 и 7, а также с тактируюшими входами вь .числительного блока 9. Выход умножителя 13 частоты соединен с т;.ктируюшим входом второй ячейки 6 выборки-хранения и входом первой линии 11 задержки, выход которой подключен к тактирующему входу первой ячейки 3 выборкихранения и входу второй линии !2 задержки, выход нослсццсй соединен

55 с тактируюшим входом преобразователя 8 напряжение — код и дополнительным тактирующим входом вычислительного блока 9.

Преобразователь работает следуюшим образом.

Сигналы !! (t;) и 1J;(t ), пропорциональные напряжению и току контролируемой цепи, по двум шинам поступают на входы перемножителя 1, выходное напряжение ! гУ () = 8 !1„() Ц, () которого пропорционально мгновенной мошности г де S — коэффициент передачи перемножителя 1.

Умножитель 13 частоты генерирует тактовые импульсы с частотой

М

T" — превьппающей частоту преобра1 зуемого напряжения F = в М раз, 1 где М вЂ” количество измерений мгновенных значений преобразуемых сигналов за период Т.

При поступлении первого импульса о.- умножителя 13 частоты в момент

T времени 1„ = на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения формируется импульс напряжения

Цв (t 1) ЦУ(t ) о постоянной длительности с, который поступает на вход второго интегратора 7, К концу интервала времени Г, на выходе второго интегратора 7 устанавливается напряжение

e„=- «! U, (t,)dt = - +(U„(t )1 о

<. где < — постоянная времени интеграл тора 5;

E, — дрейф нуля преобразователя 8 напряжение — код.

Для простоты анализа периодами времени выборки и сброса ячеек 3 и 6 л

-оu (с )

n„82 (2) (2а) 5 1 выборки-хранения пренебрегаем пола1

Ф а гаем, что -- = 1 и амплитуда выходЬ ных импульсов ячеек 3 и 6 выборкихранения за период времени с не изменяется в силу ((Т.

При этом получаем

-u (t)„= -u„(t,) +Е (1а)

Учитывая, что тактирующий импульс для ячейки 3 выборки-хранения запаздывает на Со, к моменту времени

+ 2 на выходе первого интегратора 4 устанавливается напряжение

1 е„=-- v,(,)n

L л q+" Р где U» (t, ) — импульс напряжения на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения в момент времени

Я "о

Причем, U (с,) = е„, + Ео .

Иэ последнего выражения имеем

e„=-U (С,) =-(е,„+ )

В2

-(-u„(t,) + E. + е.. ) — Б „(с„) — 2Е,.

После установления напряжения на входе первого интегратора 4 тот же тактирующий импульс после задержки во второй линии 12 задержки на время Г, осушествляет запуск преобразователя 8 напряжение — код и тактирует вычислительный блок 9.. Выходной код преобразователя 8 напряжение— код соответствует

N, =e„+E, =v(с,)+Е,— гЕ„ (3)

1 где Е, — погрешность преобразователя 8 напряжение — код при первом преобразовании.

Код N поступает на кодовые входы преобразователя 10 код — напряжение и вычислительного блока 9.

При поступлении второго импульса от умножителя 13 частоты в мо2Т мент времени С 2 — — -- на выходе втоМ

529140 6 рой ячейки 6 выборки-хранения фор-! мируется импульс напряжения длительности с и амплитуды

uÄ(t,) — uÄ(t ) — u,—

= u „(t,) — uÄ(t, ) — L, + ге., (4) где U, — напряжение, эквивалентное

10 коду N

Выходное напряжение второго интегратора 7, соответствующее импульсу напряжения 11 (t <) равно

e, =-(u(С) -u,) =-11„(С)+

+ Uy(t1) + Е, — 2Е ., (5) С учетом наличия в памяти второго

20 интегратора 7 напряжения е во

11 втором такте на его выходе к моменту времени С2 + окончательно устанавливается напряжение

25 е, e„+e, -U(t,) + Е.— — U„(t ) + u„(t,) + e, — 2E. = (с ) + E, -Е, ° (6) Аналогично, на выходе первого интегратора 4 к концу t2 + 2 i имеем е22= е2, + е,2= U>(t,) - 2Е +

+ U„(t2) - V„(t1) — 2 Е! + 3 Ео

U>(t2) - 2 Е, + Ео ° (7) Код на выходе преобразователя 8 напряжение — код после второго такта равен

N = uÄ(t,) + a, 2Е, +Е,, (8) где Я2 - погрешность преобразовате45 ля 8 напряжение — код соЭ ответствующее моменту време2Т ни с

Код N 2 поступает на кодовые вхо5р ды преобразователя 10 код — напряжение и вычислительного блока 9. При поступлении третьего импульса от умножителя 13 частоты в момент времеЗТ ни С = и- на выходе преобраэовате55 ля 10 код — напряжение устанавливается напряжение 11, эквивалентное коду N . Поэтому на выходе второй ячейки 6 выборки-хранения имеем

1529l40

3) У(3)

= Uy(tq) — UÄ(t ) — Е + 2Е, — Eo. (9)

К концу интервала в третьем такте на выходе второго интегратора 7 устанавливается напряжение, равное еэ= е,,+ е„,= -Vy(t ) + E о + у(С,) +, — Uó(t3) — 2 E +

+ Cî... = -V (tэ) + E — Е, Аналогично на выходе первого интегратора 4 имеем е 2 его= Пу(С<) — 2 Я

+ Eî + П (Сэ) — Цу(С ) — 2 K2 + 3 1Е, = (3 (Су) — 2Е2+ Е, . ()

Код на выходе преобразователя 8 напряжение — код на третьем такте з = Uy(tz) + э — 2E + Е» (12) где Е - погрешность на третьем такте преобразования напряжения в кодо

Далее процесс повторяется периодически через интервалы дискретиэаT ции и и, начиная с второго, для любого (К-ro) такта выходной код Nк преобразователя 8 напряжение — код, соответствующий мгновенному значению мощности

Пу(С,) П,(Ск) П,(С.) KT в момент времени t = - равен к = Uy(t„) + E„- 2E„, + где К 2,3... °

Последнее выражение можно представить в виде

N „= V„(t„) + а „, 1 где Ь E. конечная разность второго порядка от погрешности преобразования напряжения в код

Систематическая составляющая погрешности может быть представлена в виде степенного полинома

f(t) = a + a t + ... + a t (14) где а; — постоянные коэффициенты;

n — порядок полинома;

С вЂ” время.

Если учесть что в реальных усЭ ловиях оставляют первые два члена полинома аппроксимации, т.е. она может быть представлена в виде

10 Eð(t) = a, + a,t, то можно показать, что

Д2Е (С,) р 0

t5

Приведенный анализ покаэывает, что в предлагаемом устройстве практически исключена систематическая погрешность преобразователя напряжение — код. Б случае, когда погрешность аппроксимируется полиномом более высокого порядка, путем ввода в предлагаемое устройство дополнительных звеньев, включающих сумма25 тор или вычитатель (в зависимости от порядкового номера звена) ячейку выборки-хранения, интегратор, а также линии задержки для синхронизации можно повысить порядок реали óeìîÀ конечной разности от систематической погрешности преобразователя напряжение — код и, тем самым, повысить точность преобразования.

Применительно к случайной погрешности можно выбиратв шаг дискретизации и порядок конечной разности, исходя иэ корреляционных и спектральных свойств сигнала и погрешности.

При работе вычислительного блока

9 в режиме усреднения эа период Т нормированное значение суммы кодов преобразователя 8 напряжение . — код эквивалентно активной мощности конт45 Ролируемой цепи, т.е.

М (15)

hc1

Устройство может работать в режиме скользящего усреднения, когда считывание кода N> осуществляется по истечении и периодов преобразуемого напряжения. Для этого в вычислительном блоке 9 подсчитывается количество Q тактирующих импульсов от умно55 жителя 13 частоты и считывание осуществляется в моменты времени, когда

Q = М, 2М,...,qM. Если требуется считывание кода измеряемой активной мощности к концу каждого периода, то

)529!40

10 (18) 10 (20) 3 И 3 реактивную мошность

)1 5 NPs (2)) (22) 45 м

N - =— И в ),1

М i k (16) 1

t (17) М к=ч достаточно использовать выходной сигнал выявителя 14 периода, который к концу каждого периода сбрасывает интеграторы 4 и 7 и дает импульс на дополнительный тактирующий вход вычислительного блока 9 об окончании периода Т.

Количество тактов M внутри периода Т выбирается с учетом дифференциальных и спектральных свойств сигналов U it), (С) и реализацией погрешности преобразователя E(t), исходя из критерия минимизации погрешности численного интегрирования, При определении рационального значения, можно пользоваться критерием минимизации динамической погрешности второго рода, оцениваемой по интегралу Дюамеля, а также неравенством С (7„, где — интервал корреляции случайной погрешности.

При преобразовании активной мошности вычислительный блок 9 представляет собой накапливающий сумматор. Преобразователи напряжение код 8 и код — напряжение 10 двухполярные и их разрядность определяется точностью преобразования, но требования к точности преобразователя 8 напряжение — код значительно ниже в силу использования коррекции преобразования мощности устройством в целом.

Если объединить входы перемножителя 1 и подключить их либо к источнику преобразуемого напряжения U (т.) и либо к источнику преобразуемого тока

U (1), то нормированные значения, получаемые на выходе вычислительного блока 9, будут эквивалентны квадратам действующих значений напряжения U или тока I контролируемой цепи соответственно

Здесь Ик =- U„(t к) " к= Ui (t к) эквивалентны соответственно квадратам мгновенных значений преобразуемого напряжения и тока контролируемой цепи. При этом вычислительный блок 9 выполняет помимо нормирояания выходных кодов преобразователя 8 напряжение — код также следующие вычисления: определение действуюшего значения напряжения или определение действующего эначе1 чия тока

Дальнейшей обработкой кодов, эКвивалентных активной мощности и действуюших значений напряжения N u и тока N» можно определить полную мощность коэффициент мошности

25 Р сos (f

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осушествить преобразование основных собственных и взаимных интегральных параметров сигналов переменного тока в реальном масштабе времени (за один период) с достаточно высокими показателями по

35 быстродействию (за счет использования метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов) и с большой точностью (благодаря кор40 рекции погрешности преобразования разностными алгоритмами более высокого порядка).

Формула и з о б р е т е н и я

Преобразователь активной мощности в код по авт. св. У 1)26890, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повьппения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные вычитатель, вторая ячейка выборки-хранения, второй интегратор, а также последовательно соединенные первая и вторая линии задержки, причем инвертируюший вход вычитателя подключен к выходу перемножителя, а инвертирующий вход к выходу преобразователя код — на-. пряжение, выход умножителя частоты

Составитель С. Хромов

Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Редактор Т. Парфенова

Заказ 7636/40 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæroðoä, ул. Гагарина,10Ф соединен с тактирующим входом второй ячейки выборки-хранения непосредственно и с тактирукипим входом первой ячейки через первую линию задержки, а тактируюшие входы пре!

529!40 !2 обраэователя напряжение — код и вычислительного блока подключены к выходу второй линии задержки, вход

5 сброса второго интегратора соединен с выходом выявителя периода.