Эталонный ваттметр-счетчик

Эталонный ваттметр-счетчик относится к области измерительной техники и предназначен для измерения электрической энергии и параметров электрической сети. Эталонный ваттметр-счетчик содержит по три блока масштабных преобразователей напряжения и тока, шесть аналого-цифровых преобразователей (АЦП), коммутатор и цифровой сигнальный процессор. Масштабные преобразователи преобразуют входные сигналы напряжения и тока к уровню 0,5 В. Сигналы с выхода масштабных преобразователей поступают на входы соответствующих АЦП. Выходы АЦП напряжения объединены попарно соответственно с выходами АЦП тока и соединены с тремя входами цифрового сигнального процессора. Цифровой сигнальный процессор управляет процессом измерения, подавая синхронизирующий импульс на все АЦП для запуска измерений. После преобразования аналогового сигнала в цифровой, завершающегося одновременно во всех АЦП, с одного из АЦП напряжения на цифровой сигнальный процессор поступает импульс готовности. По импульсу готовности цифровой сигнальный процессор через коммутатор подает сигналы для считывания из АЦП кодов мгновенных значений сигналов напряжения и тока. По считанным кодам, цифровой сигнальный процессор выполняет в реальном времени все математические расчеты для определения измеряемых параметров. Благодаря тому, что измерения мгновенных значений всех сигналов напряжения и тока производят строго в одни и те же моменты времени, повышена точность измерений.

Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к измерению электрической энергии и параметров электрической сети.

Известен эталонный электронный трехфазный портативный многофункциональный счетчик ЦЭ6815, ОАО «Концерн «Энергомера» [1], содержащий блок трансформаторов тока и делителей напряжения для масштабирования входных сигналов тока и напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) напряжения и тока, цифровой сигнальный процессор (ЦСП), графический дисплей и клавиатуру, а также выход для обмена с персональной электронной вычислительной машиной (ПЭВМ).

Недостатком счетчика является то, что входные сигналы напряжения и тока измеряются не одновременно, а попарно подключаются к АЦП при помощи коммутатора и результаты измерений имеют дополнительную погрешность.

Так же известен прибор для измерения электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии «Энергомонитор 3.3», «МАРСЭНЕРГО» [2], который и является прототипом к заявляемому устройству. Он содержит три блока масштабных преобразователей напряжения и три блока масштабных преобразователей тока, АЦП напряжения и тока, цифровой сигнальный процессор, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС-матрицу), графический дисплей и клавиатуру, а также выход для обмена с ПЭВМ.

Недостатком прибора является то, что входные сигналы напряжения и тока измеряются не синхронно и, для обеспечения точности измерений, необходимо применять сложные алгоритмы, а также для математической обработки кроме сигнального процессора используется сложное устройство - ПЛИС-матрица.

Целью заявляемого устройства является повышение точности измерений и упрощение схемы устройства.

Общие признаки заявляемой полезной модели с прототипом - наличие трех блоков масштабных преобразователей напряжения и трех блоков масштабных преобразователей тока, выходы которых подключены соответственно к входам аналого-цифровых преобразователей напряжения и к входам аналого-цифровых преобразователей тока; цифрового сигнального процессора, имеющего выход, предназначенный для обмена с ПЭВМ.

Отличительные признаки заключаются в том, что введен коммутатор, входы которого подключены к цифровому сигнальному процессору. Выходы коммутатора соединены с аналого-цифровыми преобразователями напряжения и тока, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей напряжения объединены соответственно с выходами аналого-цифровых преобразователей тока и соединены с тремя входами цифрового сигнального процессора. Введена связь цифрового сигнального процессора с аналого-цифровыми преобразователями напряжения и тока для подачи синхронизирующего импульса на АЦП и запуска измерений.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит три блока масштабных преобразователей напряжения 1, 2, 3 и три блока масштабных преобразователей тока 4, 5, 6, выходы которых подключены соответственно ко входам АЦП напряжения 7, 8, 9 и АЦП тока 10, 11, 12, а выходы АЦП напряжения 7, 8 и 9 объединены соответственно с выходами АЦП тока 10, 11 и 12 и соединены с тремя входами ЦСП 14. При этом три выхода ЦСП соединены с тремя входами коммутатора 13, а шесть выходов коммутатора 13 соединены со вторыми входами каждого АЦП напряжения 7, 8, 9 и АЦП тока 10, 11, 12. Кроме этого четвертый выход ЦСП 14 соединен с третьими входами каждого АЦП напряжения 7-9 и АЦП тока 10-12, а второй выход АЦП напряжения 7 соединен с четвертым входом ЦСП 14. ЦСП 14 имеет выводы для обмена с ПЭВМ по интерфейсу RS-232.

Устройство работает следующим образом. Входные сигналы напряжения U1, U2, U3 преобразуются в масштабных преобразователях напряжения 1-3 с помощью трех измерительных трансформаторов или делителей напряжения к уровню 0,5 В и поступают на входы АЦП напряжения 7-9, имеющих высокую линейность. Входные сигналы тока II, 12, 13 преобразуются в масштабных преобразователях тока 4-6 с помощью трех измерительных трансформаторов тока к уровню 0,5 В и поступают на входы АЦП тока 10-12. Процессом измерения управляет цифровой сигнальный процессор 14, который для запуска измерений подает синхронизирующий импульс на все АЦП 7-12. После выполнения АЦП 7-12 процедуры преобразования аналогового сигнала в цифровой, которая завершается одновременно во всех АЦП, с АЦП 7 на ЦСП 14 поступает импульс готовности. По этому импульсу ЦСП 14 через коммутатор 13 подает сигналы для считывания кодов мгновенных значений сигналов напряжения, а после считывания сигналов напряжения переключает коммутатор 13 и считывает коды мгновенных значений сигналов тока. По считанным кодам ЦСП 14 выполняет в реальном времени все математические расчеты для определения измеряемых параметров.

Кроме этого, благодаря наличию функций контроллера и узлов периферии, ЦСП 14 выполняет роль системного контроллера: управляет интерфейсом RS-232, который используется для обмена с ПЭВМ. ПЭВМ выполняет функции управления устройством и отображения информации, благодаря чему также упрощена схема устройства.

Программа работы цифрового сигнального процессора находится во флэш-памяти, которая встроена в ЦСП.

Достижение технического результата осуществляется за счет того, что измерения мгновенных значений всех сигналов напряжения и тока производятся строго в одни и те же моменты времени, не внося дополнительной погрешности в результаты измерений. Применение цифрового сигнального процессора, совмещающего функции сложной

математической обработки и управления устройством, позволяет упростить схему устройства, исключая, тем самым, использование ПЛИС-матрицы.

Практическая реализации устройства осуществлена на аналого-цифровых преобразователях ADS1250U производства компании "Burr-Brown", цифровом сигнальном процессоре TMS320F2808PZA производства компании "Texas Instruments" и коммутаторе, выполненном на микросхеме 74HCT241D производства компании " Philips Semiconductor".

Источники информациии

1. Каталог ОАО «Концерн Энергомера», 2001 г., с.83; www.energomera.ru

2. Проспект ООО «НПП Марс-Энерго», ж. Энергетик, 2004 г., №1

Эталонный ваттметр-счетчик, содержащий три блока масштабных преобразователей напряжения и три блока масштабных преобразователей тока, выходы которых подключены соответственно к входам аналого-цифровых преобразователей напряжения и к входам аналого-цифровых преобразователей тока, цифровой сигнальный процессор, имеющий выход, предназначенный для обмена с ПЭВМ, отличающийся тем, что в него введен коммутатор, входы которого подключены к цифровому сигнальному процессору, а выходы к аналого-цифровым преобразователям напряжения и тока, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей напряжения объединены соответственно с выходами аналого-цифровых преобразователей тока и соединены с тремя входами цифрового сигнального процессора, а для синхронизации запуска аналого-цифровых преобразователей введена связь цифрового сигнального процессора с аналого-цифровыми преобразователями напряжения и тока.