Способ измерения электрической мощности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании ваттметров и счетчиков электрической энергии в целях синусоидального тока. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение верхнего предела по частоте. Она достигается тем, что в способе измерения, основанном на перемножении сигнала мгновенной мощности на каждый из двух ортогональных сигналов двойной частоты и интегрировании сигналов произведения, номируют амплитуду напряжения исследуемой цепи, возводят в квадрат нормированное напряжение, выделяют его переменную составляющую, которая является первым ортогональным сигналом и после ее фазового сдвига на 90Р получают второй ортогональный сигнал. Поставленная цель достигается также тем, что в устройство введены третий блок 6 перемножения , нормализатор 3 амплитуды напряжения , квадратор 7, разделительный конденсатор 8 и фазовращатель 9 на 90°. Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом изобретении операции выполняются над аналоговыми сигналами, а опорные ортогональные сигналы формируются из сигнала напряжения (или-тока), что обеспечивает синхронность их частоты с частотой исследуемых сигналов. Устройство, реализующее способ, также содержит входные блоки 1, 2, первый и второй интеграторы 10, 11, перемножигели 4, 5, блок 12 индикации. 2 с.п, ф-лы, 1 ил. 00 С

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 21/06, 21/133

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786971/21 (22) 30,01.90 (46) 23,03.92. Бюл. № 11 (72) В.Н.Чинков, В,А.Бернадский и А.Л,СаВицкий (53) 621.317.38 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 239439, кл. G 01 R 21/06, 1967, Авторское свидетельство СССР

¹ 495614, кл. G 01 R 21/06, 1973, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕCKON МОЩНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании ваттметров и счетчиков электрической энергии в целях синусоидального тока.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение верхнего предела по частоте, Она достигается тем, что в способе измерения, основанном на перемножении сигнала мгновенной мощности на. каждый из двух ортогональных сигналов

„„Ы.) „„1721529 А1 двойной частоты и интегрировании сигналов произведения, номируют амплитуду напряжения исследуемой цепи, возводят в квадрат нормированное напряжение, выделяют его переменную составляющую, которая является первым ортогональным сигналом и после ее фазового сдвига на 90" получают второй ортогональный сигнал. Поставленная цель достигается также тем, что в устройство введены третий блок 6 перемножения, нормализатор 3 амплитуды напряжения, квадратор 7, разделительный конденсатор 8 и фазовращатель 9 на 90, Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом изобретении операции выполняются над аналоговыми сигналами, а опорные ортогональные сигналы формируются из сигнала напряжения (или тока), что обеспечивает синхронность их частоты с частотой исследуемых сигналов. Устройство, реализующее способ, также содержит входные блоки 1, 2, первый и второй интеграторы 10, 11, перемножители 4, 5, блок 12 индикации. 2 с.п, ф-лы, 1 ил.

1721529

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при создании ваттметров и счетчиков электроэнергии в цепях синусоидального тока.

Известен способ измерения активной мощности, основанный на интегрировании мгновенной мощности как в аналоговой, так и в цифровой форме.

Недостатками этого способа являются невозможность непосредственного измерения реактивной мощности и низкая помехозащищенность при наличии помех.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения электрической мощности, основанный на умножении дискретных значений мгновенной мощности в и точках периода на соответствующие значения ортогональных синусоидальных сигналов двойной частоты в этих же точках и на алгебраическом суммировании (интегрировании) полученных произведений.

Наиболее близким к предлагаемому является также устройство, содержащее преобразователь напряжение — время и преобразователь ток — частота, два задатчика значений ортогональных функций, первое и второе множительные устройства, первый и второй интегрирующие счетчики, ключ и блок управления.

Недостатками известных способа и устройства, является невысокая точность измерений и ограниченный верхний предел по частоте. Невысокая точность обусловлена наличием двух составляющих методической погрешности: погрешности дискретизации, вызываемой заменой интеграла в точном выражении для определения мощности суммой в выражении, используемом в прототипах и ваттметре, и погрешности, обусловленной несинхронностью частот исследуемых и ортогональных сигналов. Верхний предел по частоте ограничен временем выполнения операции аналогоцифрового преобразования и числом отсчетов п мгновенных значений мощности за период входных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение частотного диапазона.

На чертехе приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предложенный способ.

Сушность предлагаемого способа изме. рения активной и реактивной мощности заключается в следующем.

Пусть напряжение и ток в исследуемой цепи в общем виде описываются выражениями

U (t) = V sin в t+ (q{t);

I(t) = I sin(o)t+p)+@(t), (2) где Ч, I> — амплитуды напряжения и тока соответственно; а в круговая частота;

5 ф — фазовый сдвиг между током и напряжением;

g> (t), Q (t) — высокочастотные помехи в кривых напряжения и тока соответственно, некоррелированные друг с другом.

10 Мгновенная мощность в исследуемой цепи

Р(1) = О (t) I(t) = Ч! cos p— — 1соз(2 cot+p)+ I(t)(>(t)+

+ 0 (1) фг (1) + Ot () @ (1). (3)

Согласно предлагаемому способу определение активной и реактивной мощности производится по формулам

2 т

— T 3 О() (т)соз2 1 (4)

2О о

2 т

0 = — f U(t) l(t) sin 2 ах бт. (5)

О где cos 2 ы, sin 2 mt — опорные, ортогональные синусоидальные сигналы двойной час-.

25 тоты 2в;

Т вЂ” период напряжения и тока в исследуемой цепи.

Выражения (4) и (5) представим в свернутом виде

3О 2т

Y = — f u (с) > () sin(2 со Т+ф) dk,(6)

T p

Õ иэ которого приP=+ — имеем соотношейие

2 (4), т.е. IYI = Р, а приP= Π— соотношение (5), т.е. Y = Q, Подтвердим справедливость выражений (4) и (5). Для этого подставим в формулу (6) соотношение (3) и проведем несложные преобразования, получим

Y= — У I sin(9-p). (7)

Из этого выражения следует, что при

p=- — IQ = Р = V i ños Щ, у

2 а при

P= 0 YQ = G = V I sIn p что подтверждает справедливость выражений (4) и (5), описывающих предлагаемый способ.

Таким образом, с целью обеспечения . синхронизации частоты 2 в опорных сигналов sin 2 в t, cos 2 в t с частотой в сигналов в исследуемой цепи опорные сигналы

s in 2 в т u cos 2 mt формируются из какоголибо исследуемого сигнала, например напряжения.

-Устройство содержит входные блоки 1 и

2, нормализатор 3 амплитуды напряжения, блоки 4 — 6 перемножения, квадратор 7, разделительный конденсатоо В, фазовращатель 9 на 900, интеграторы 10 и 11 и блок 12 индикации, Назначение функциональных блоков устройства однозначно определяется их названиями, все они являются стандартными для измерительной техники и могут быть выполнены по типовым, хорошо разработанным схемам, в том числе на элементах микросхемотехники.

Входные (или масштабные) блоки 1 и 2 своими входами подключены соответственно к входу напряжения и токовому входу устройства. Они предназначены для обеспечения высокого входного сопротивления устройства и выбора его предела измерения. Входной блок 2, кроме того, служит для преобразования тока i(t) в пропорциональное падение напряжения 0 (т) на образцовом активном резисторе. Выход входного лака 1 соединен с точкой, объединяющей вход нормализатора 3 амплитуды напряжения и первый вход блока 4 перемножения, второй вход которого подключен к выходу входного блока 2, а ега выход — к точке, объединяющей первые входы блоков 5 и 6, перемножения.,Выход нормализатора 3 амплитуды напряжения соединен с входом квадратора 7, выход которого через разделительный конденсатор 8 подключен к точке, объединяющей второй вход блока 5 перемно>кения и вход фазавращателя 9 на

900, соединенного по выходу с вторым входом блока 6 перемножения, Выходы блоков

5 и 6 перемножения подключены к входам соответственно интеграторов 10 и 11, выходы которых соединены с входами блока 12 индикации. Блок 12 индикации может быть выполнен либо аналоговым на базе магнитаэлектрическога измерительного механизма, либо цифровым на базе АЦП и цифрового отсчетнаго устройства.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение U(x) через входной блок 1 подается на нормализатар 3 амплитуды напряжения и на первь|й вход блока 4 перемножения. Ток ф) поступает на входной блок 2, где он преобразуется в пропорциональное падение напряжения, подаваемое на второй вход блока 4 перемножения, выходное напряжение катарага поступает на первые входы блоков 5 и 6 перемножения.

На выходе нормализатара 3 амплитуды образуется синусаидальнае напряжение с нормированной амплитудой Vm<. Это напряжение через квадратар 7 и разделительный конденсатор 8, которым выделяется переменная составляющая выходного напряжения квадратора 7, подается на второй вход блока 5 перемножения и на вход фазовращателя 9, Напряжение с выхода фазовращателя 9, сдвинутое на 90 по отношению к его входному напряжению, поступает на второй вход блока 6 перемножения. Вы5 ходные напряжения блоков 5 и 6 перемножения подаются на интеграторы 10 и 11, на выходах которых образуются постоянные напряжения

Uv= Kv Р; Ua= Ko G.

10 1 гДЕ KP =- — К1 Кг ЕЗ К4 КЕ Vm< — казффи4 циент передачи устройства по активной мощности;

2 2

KQ = — К1 К2 КЗ К4 К5 К6 Чая коэффициент передачи устройства по реактивной мощности;

g>, К вЂ” коэффициенты передачи входных блоков 1 и 2 соответственно;

20 Кз — коэффициент передачи блоков 4 — 6 перемножения;

К4 — коэффициент передачи квадратора

К5 — коэффициент передачи фазовраща25 теля 9;

K6 — коэффициент передачи интеграторов 10 и 11.

Таким образом, выходные напряжения

Up u Ua интеграторов 10 и 11 пропорциа30 нальны активной P и реактивной Q мощности соответственно. Эти напряжения поступае:от на блок 12 индикации для отсчета результатов измерений.

Формула изобретения

35 1. Способ измерения электрической мощности, включающий измерение тока и напряжения сети, формирование мгновенной мощности, умнаженние сигнала мгновенной мощности на каждый из двух

40 ортоганальных синусаидальных сигналов двойной частоты сети и интегрирование сигналов произведения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, 45 артагональные синусоидальные сигналы двойной частоты сети формируют из напряжения сети, для чего нармируют амплитуду напряжения исследуемой цепи, возводят в квадрат сигнал нормированного напряже50 ния, выделяют его переменную составляющую, которая является первым ортогональным сигналом, и после ее сдвига на 90 получают втараи артаганальный сиго нал.

55 2. Устройство для измерения электрической мощности, содержащее первый и второй входные блоки, первый и второй блоки перемножения, первый и второй интеграторы, а также блок индикации, при этом входы первого и второго интегратарав падключе1721529

Составитель В.Чинков

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор Л.Гратилло

Заказ 950 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ны к выходам первого и второго блоков перемножения, а выходы интеграторов соединены с входами блока индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены третий блок перемножения и последовательно соединенные нормализатор амплитуды напряжения, квадратор, разделительный конденсатор и фазовращатель на 90", причем выход первого входного блока соединен с входом нормализатора амплитуды и первым входом третьего блокг перемножения, второй вход которого подключен к выходу второго входного блока, выход третьего блока перемножения соединен с

5 первыми входами первого и второго блоков перемножения, а выход второго блока перемножения подключен вторым входом к выходу фазовращателя на 90, вход которого соединен с вторым входом первого блока

10 перемножения.