Устройство для измерения активной и реактивной мощности

 

Использование: построение измерительных преобразователей активной и реактивной мощностей. Сущность изобретения: устр-во содержит калиброванный резистор 1, два АЦП 2 и 3, перемножитель 4. два сумматора 5 и 6, нуль-орган 7, генератор 8 опорной частоты, два счетчика 9 и 10, элемент задержки 11, регистр 12, блок 13 сравнения кодов, два триггера 14 и 15. 1-3-4-5: 7-11-9-12-13-14-10-6; 8-9-13: 11-14-4; 14-3;14-2: 11-15-6: 14-4-6:2-4.2 ил.М>&'00с•ч looо8СЛ

4ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 21/133

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ !:.::",. (| !

1 а !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827275/21 (22) 18.05.90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) О.M.Äoðîíèíà, В.М.Ванько и Г.Н.Лавров (56) Авторское свидетельство СССР

N. 855516, кл. G 01 R 21 /00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N . 1652934, кл. G 01 R 21/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

„„ Ы„„1780035 Al (57) ИсполЬзование: построение измерительных преобразователей активной и реактивной мощностей. Сущность изобретения: устр-во содержит калиброванный резистор

1, два АЦП 2 и 3, перемножитель 4, два сумматора 5 и 6, нуль-орган 7. генератор 8 опорной частоты, два счетчика 9 и 10, элемент задержки 11, регистр 12, блок 13 сравнения кодов, два триггера 14 и 15. 1 — 3 — 4-5;

7 — 11 — 9 — 12 — 13-14 — 10 — 6; 8-9 — 13; 11 — 14 — 4;

14 — 3; 14 — 2; 11 — 15 — 6; 14 — 4 — 6; 2 — 4. 2 ил, 4

1Оо () ,С) (л) (у) 1780035

Р2 = k П iп1UmСОS Р, 02 = k >T iгпUmS п Р

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике и энергетике, например, для реализации измерительных преобразователей активной и реактивной мощности.

Известно устройство для измерения активной и реактивной мощности. содержащее дискретные преобразователи напряжения и тока, блоки дискретизации входных сигналов, ячейки памяти, комбинационные сумматоры, накапливающие сумматорыы и ум ножител и (1).

Недостатком известного устройства является его сложность и низкая точность, Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения активной и реактивной мощности, содержащее калиброванный резистор, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, регистр, перемножитель, накапливающие сумматоры и блок управления, содержащий нуль-орган, генератор опорной частоты, счетчик, элемент задержки, регистр, схему сравнения кодов и триггеры (2).

Недостатком прототипа является низкая точность преобразования реактивной мощности. Действительно, для синусоиддльных ВхОдных сиГналоВ 0(т) = UmSill (l) t, i(t) -- 1„Яп (О) t +p) при постоянном числе и их дискретизаций за период (n »1) показания активной и реактивной мощности соотьетственно равны; где k — коэффициент пропорциональности.

Иначе говоря, максимальное показание

Р2 (при Cos p= 1) превышает максимальное показание С)2(при Sin p = 1) в и /)т раз, где п»1.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигае1ся тем, что в устройство для измерения активной и реактивной мощности, содержащее калиброванный резистор. первый аналого-цифровой преобразователь, перемножитель, первый и второй накапливающие сумматоры, нуль-орган. генератор опорной частоты, первый счетчик, элемент задержки, регистр, блок сравнения кодов, первый и второй триггеры, причем вход нуль-органа подключен ко входной шине напряжения, вход синхронизации — к выходу генератора о 1орной часготы, соединенному также со входом перво о счет«ика, а выход ко входу записи реГистра и <ер з элемент

55 задержки ко Вxîäëll усTàllîBки в нуль" первого счетчика, первого и второго триггеров, выходы младших разрядов первого счетчика соединены с первыми входами блока сравнения кодов, выходы старших разрядов — через регистр — со вторыми входами блока сравнения кодов, выход которого подключен к счетному входу первого триггера, прямой выход которого соединен с тактовым входом первого аналого-цифрового преобразователя и входами записи первого и второго накапливающих сумматоров, а инверсный — со входом установки в

"единицу" второго триггера, прямой выход которого подключен к входам установки в

"нуль" первого и второго накапливающих сумматоров, выходы первого аналого-цифрового преобразователя соединены с первыми входами перемножителя. выходы которого подключены ко входам первого v второго накапливающих сумматоров, Выходы которых являются выходами устройства, дополнительно введены второй счетчик и второй аналого-цифровой преобразователь вход которого подключен ко BTopoìó выходу калиброванного резистора и к входной шине тока, тактовый вход — к тактовому выходу первого аналого-цифрового преобразова:еля, а выходы — ко вторым входам перемножителя, вход записи которого соединен с инверсным выходом первого триггера, вход второго счетчика соединен с инверсным вь ходом первого триггера. вход установки в

"нуль" — с прямым ВыхОдОм ВторОГО триГГера, а выход старшего разряда с Входом выбора режима работы второго накапливающего сумматора, кроме того. Вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к входной шине напряжени.:.

Выявленные по сравнению с прото1ипоM новые элементы устройства известны из различных источников информации Так. в частном случае реализации, Второй аналого-цифровой преобразователь выполнен пс схеме АЦП К1107ПБЗ (см. Васин Р.У., ", чинскас И.Д,, Марцин кя Вичюс А.-Й. k, С ве рх б ы ст роде Yсi вуа щив ш ест и раз ря дные АЦП К1107ПВЗА,Б. — Электрон-:ая г.:ромышленность", 1985, Ф 7. ". 33, рl с.3i с

l подключенными K нему истс.никам Опорного напряжения. Существенност|- отли лй решения заключается в том, «-.О введение второго аналого-цифрового преобразопателя и второго счетчика обеспечило уае "ичение точности измерений реактивнои мощности в пl.-г2 раз, где и -- число дискретизации ьходных сигналов за период. причем п»1.

)т.=- 3,14. Решений с подог>ньн1 сочетанием известных элементов не ".5«l ружено. ь св-—

1780035

10

40

55 зи с чем заявленное решение обладает новизной и существенными отличиями.

На фиг,1 представлена схема устройства для измерения активной и реактивной мощности; на фиг,2 — временные диаграммы, поясняющие его работу, Устройство (фиг.1) содержит калиброванный резистор 1, аналого-цифровые преобразователи 2 и 3, перемножитель 4, накапливающие сумматоры 5 и 6, нуль-орган 7, генератор 8 опорной частоты, счетчики 9 и 10, элемент 11 задержки, регистр 12, блок 13 сравнения кодов, триггеры 14 и 15.

Вход аналого-цифрового преобразователя

2 подключен к входной шине напряжения, вход аналого-цифрового преобразователя 3 — через калиброванный резистор — ко входной шине тока. Тактовые входы аналогоцифровых преобразователей 2 и 3 подключены к прямому выходу триггера 14, соединенному также со входами записи накапливающих сумматоров 5 и б, а выходы— соответственно к первым и BTQpblM входам перемножителя 4. Вход записи перемножителя 4 соединен с инверсным выходом триггера 14, а выходы — со входами накапливающих сумматоров 5 и 6. Выходы этих сумматоров являются выходами устройства, а выходы установки в "нуль" соединены с прямым выходом триггера 15. Выход старшего разряда счетчика 10 подклю «ен ко входу выбора режима накапливающего сумматора 6. Вход нуль-органа 7 подключен к входной шине напряжения, вход синхронизации — к выходу генератора 8 опорной частоты, соединенному также со входом счетчика 9, а выход — ко входу записи регистра 12 и через элемент 11 задержки — ко входам установки в "нуль" счетчика 9 и триггера 14 и 15. Выходы младших разрядов счетчика 9 соединены с первыми входами блока 13 сравнения кодов, выходы старших разрядов — через регистр 12 — со вторыми входами блока 13 сравнения кодов, выход которого подключен к счетному входу триггера 14. Инверсный выход триггера 14 соединен со входом установки в "единицу" триггера 15 и входом счетчика 10, Выход триггера 15 подключен к входу установки в

"нуль" счетчика 10.

В конкретном реализованном устройстве аналого-цифровой преобразователь 2 аналогичен аналого-цифровому преобразователю 1. Перемножитель 4 построен на основе микросхемы 1802ВРЗ (бК0.347.253TY7), включенной в режим прозрачности входных регистров и разрешения выдачи информации (см. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты ин1егральных микросхем: Справочник/Под ред. В.А.Шахнова. — М.: Радио и связь, 1988, т.2, с,71, рис. 12. 17).

Накапливающие сумматоры 5 и 6 построены на основе комбинационного сумматора (см, Алексеенко А.Г„Шагурина И.И.

Микросхемотехника. — М.; Радио и связь, 1982, с.124, рис.3.12,б), выходы которо о соединены со входал1и дополнительного регистра, вход записи которого является входом записи накапливающего сумматора. а выходы — выходами последнего и соединены со вторыми входами комбинационного сумматора. Накапливающий сумматор 5 включен в режим сложения, В качестве нуль-органа 7 использован триггер Шмитта с выходом, подключенным к С-входу D-триггера, D-вход которого соединен с шиной питания, а прямой выход и

R-вход — соответственно с D-входом и инверсным выходом второго D-триггера, С- и

R-входы которого подключены ко входу синхронизации нуль-органа, а прямой выход является выходом нуль-органа.

Схема 13 сравнения кодов построена на основе микросхемы К555СП1 (бК0.348.289

ТУЗ) (см. Применение интегральных микросхем s электронной вычислительной технике: Справочник/Под ред. Б.Н,Файзулаева, Б.В.Тарабрина. -- М,; Радио и связь, 1987, с 355, рис.П2.71), Измерение активной и реактивной мощности в предлагаемом устройстве производится по каждому периоду сигналов контролируемой электрической сети, выделяемому по соседним переходам напряжения U(t) через "нуль" в одном направлении.

В начале очередного периода Т, (фиг.2,а) нуль-органом 7 формируется импульс (фиг.2,б), синхронизированный с импульсом опорной последовательности с выхода генератора 8 опорной частоты, производящий по своему переднему фронту перенос в регистр 12 кода 1/2 шага АТ> дискретизации входных сигналов из старших разрядов счетчика 9 и установку через некоторое время задержки, определяемое элементом 11, счетчика 9 и триггеров 14, 15 в "нулевое" состояние. В течение Т, блок 13 сравнивает код ЛТ,/2 с текущим кодом младших разрядов счетчика 9, на вход которого поступают импульсы опорной частоты следования с выхода генератора 8. При равенстве кодов вырабатывается импульс, ограничивающий очередную 1/2 шага дискретизации входных сигналов (фиг.2,в).

Триггер 14 производит деление частоты следования импульсов с выхода блока 13 сравнения кодов на 2, выделяя тем самым текущие шаги Л Т> дискретизации входных

17800: 5 и

= — Jm UmsIn p, (3) 10

20

40 (2) 50

55 сигналов (фиг.2.г). А счегчик 10 производи деление часто1 ы следования импульсов с выхода триггера 14 на n/2, где n -- число ша ов дискретизации входных сигналов за период, производят тем самым выделение четырех четвертей т . ty, z;->, г4 периода

T,(ôèã.2,ä).

В течение первого полушага очередного (j-го) шага дискретизации (фиг.2,г; триггер

14 — в "нуле" ) преобразователи 2 и 3 производят выборку и преобразование в цифровой код соответственно текущего значения

Uj входного напряжения u(t) и текущего значения ij входного тока i(t), умноженного на сопротивление R калиброванного резистора 1.

В течение второго полушага текущего (j-го) шага дискретизации (фиг,2,г; триггер

14 -- в "единице") преобразователи 2 и 3 переходят в режим хранения. При этом коды

Ц и R ij c их выходов поступают на входы перемножителя 4 и перемножаются им, после чего по положительному фронту на инверсном выходе триггера 14 (отрицательному на прямом выходе триггера 14 — фиг.2,г) код произведения заносится в регистр произведения перемножителя 4.

В течение первого полушага следующего (j+1)-го шага дискретизации (фиг.2,г) код произведения Uj u R ° Ij прибавляется к содержимому сумматора 5 и прибавляется к содержимому сумматора 6, если данный шаг дискретизации принадлежит интервалам t> и гз (фиг,2,д), или вычитается из содержимого сумматора 6, если данный шаг дискретизации принадлежит интервалам

t2 и г4 (фиг.2,д).

В результате указанных операций для

j-й точки отсчета мощностей содержимое сумматоров 5 и 6 изменяется соответственно на

P = k UmSin () tj lmSIn((i) tj -j p), Q =- Р или Q" =-k UmSin и tj lmSin((i) tj+ p) где k — коэффициент пропорциональности, а к концу периода Т, при Л Тх«Тх составляет соответственно

К К вЂ” — P (t)«t — — J.U CoSp, К оi -Л (f. " а ()«t+f, 4а (t)dt+. т,2 (1)«1 Хг 4О (1)«1—

За время текущего периода Т> входных сигналов в счетчике 9 накапливается число

Т„1, импульсов опорной частотой fo следования с выхода генератора 8. В начале следующего периода входных сигналов содержимое T

Кроме того, в начале последнего на выходе триггера 15 формируется импульс управления (фиг.2,е), сбрасывающий по своему положительному фронту сумматоры

5, 6 и счетчик 10 в "нуль", подготовляя их тем самым к работе в этом периоде.

Предлагаемое устройство для измерения активной и реактивной мощности выгодно отличается от прототипа, так как за счет введения второго аналого-цифрового преобразователя и второго счетчика позволяет значительно увеличить точность измерения реактивной мощности, Действительно, как видно из сравнения выражений (1) и (3), с учетом того. что шаг дискретизации в прототипе в два раза длиннее, чем шагдискретизации в предлагаемом устройстве, так как аналого-цифровой преобразователь прототипа должен выполнить в течение шага дискретизации два преобразования, а предлагаемое устройство — только одно, т.е, п =. 2n, точность измерения активной мощности остается без изменения, Что же касается измерения реактивной мощности, то, как видно из сравнения выражений (1) и (3), точность ее измерения предлагаемым устройством увеличивается по сравнению с точностью измерения в прототипе в

01/Q2 = n/ë раз, при и = 1000 Q>/Qz:= 100.

Увеличение точности измерения реактивной мощности, в свою очередь, приводит к улучшению регулировки вырабатываемой и потребляемой мощности, а следовательно, к экономии электроэнергии.

Формула изобретения

Устройство для измерения активной и реактивной мощности, содержащее калиброванный резистор, первый аналого-цифровой преобразователь, перемножитель, первый и второй накапливающие сумматоры, нуль-орган, генератор опорной частоты, первый счетчик. элемент задержки, блок сравнения кодов, первый и второй триггеры. причем вход нуль-органа подключен к вход1780035

Составитель О.Доронина

Техред М.Моргентал Корректор B,Петраш

Редактор

Заказ 4434 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 ной шине напряжения, вход синхронизации — к выходу генератора опорной частоты, соединенному также с входом первого счетчика, а выход — к входу записи регистра и через элемент задержки — к входам установки в

"0" первого счетчика, первого и второго триггеров, выходы младших разрядов первого счетчика соединены с первыми входами блока сравнения кодов, выходы старших разрядов через регистр — с вторыми входами блока сравнения кодов, выход которого подключен к счетному входу первого триггера, прямой выход которого соединен с тактовым входом первого аналого-цифрового преобразователя и входами записи первого и второго накапливающих сумматоров, а инверсный — с входом установки в "1" второго триггера, прямой выход которого подключен к входам установки в "0" первого и второго накапливающих сумматоров, выходы первого аналого-цифрового и реобразователя соединены с первыми входами перемножителя, выходы которого подключены к входам первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых являются выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я .

5 тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй счетчик и второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к второму выходу калиброванного резистора и входной шине

10 тока, тактовый вход — к тактовому входу первого аналого-цифрового преобразователя, а выходы — к вторым входам перемножителя, вход записи которого соединен с инверсным выходом первого триггера и

15 входом второго счетчика, вход установки в "нуль" — с прямым входом второго триггера, а выход старшего разряда — с sxoдом выбора режима работы второго накапливающего сумматора, кроме того, 20 вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к входной шине напряжения,