Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код

 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования активной мощности в цифровую форму. Изобретение расширяет частотный диапазон и повышает точность и позволяет преобразовать активную мощность трехфазной и однофазной электрических цепей в цифровой код. Цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код введены первый и второй инвертирующие усилители 1 и 3 и изменены схемы включения аналоговых ключей 4, 6. В изобретении за счет изменения схемы включения коммутирующих аналоговых ключей 4, 6 и введения инвертирующих усилителей 1, 3 удается коммутировать входное напряжение суммирующего интегратора 7 во втором такте интегрирования таким образом, что погрешность, обусловленная остаточным напряжением ключа, значительно уменьшена. Устройство также содержит двуполярный источник 2 эталонного напряжения, аналоговый ключ 5, первую и вторую схемы 8 и 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения, пороговый элемент 11, первый, второй, третий, четвертый триггеры 12, 13, 20, 14, логический элемент 2И-НЕ 15, нуль-орган 16, умножитель 17 частоты, логический элемент 2И 18, двоичный счетчик 19, генератор 21 стабильной частоты, логический элемент 2И 22, двоично-десятичный счетчик 23, пассивные сумматоры 24 и 25. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 О 01 R 21/133

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМЪГ СВИД=ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Ilo изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4315223/24-21 (22) 27.07.87 (46) 07.10.90. Бюл. Р 37 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. И.Азизбекова (72) .И.И.Абдуллаев, А.Н.Абиев и Ф.Г.Агаев (53) 621. 317. 016. 24 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 530452, кл. Н 03 К 13/20, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 739736, кл. Н 03 К 13/20, 1977.

/ (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

В ЦИФРОВОЙ КОД (57) Изобретение относится к цифро— вой электроизмерительной технике и

ÄÄSUÄÄ 1597759 А 1

2 может быть использовано для преобразования активной мощности в цифровую форму, Изобретение расширяет частотный диапазон и повышает точность и позволяет преобразовать активную мощность трехфазной и однофазной электрических цепей в цифровой код. Цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код введены первый и второй инвертирующие усилители 1 и 3 и изменены схемы включения аналоговых ключей 4, 6.

В изобретении за счет изменения схемы включения коммутирующих аналоговых ключей 4, 6 и введения инвертируемых усилителей 1,. 3 удается ком- Е мутировать входное напряжение суммирующего интегратора 7 во втором

159775У

20

30

40

4с

° 55 такте интегрирования таким образом, что Погрешность, обусловленная остаточным напряжением ключа, значительно уменьшена. Устройство также содержит двуполярный источник 2.эталонного напряжения, аналоговый ключ 5, первую и вторую схемы 8 и 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения, пороговый элемент 11, первый, Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в иэмерительных— информационных системах для преобразования и кодирования информации.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона и повьппение точности устройства.

На чертеже представлена структурная электрическая схема преобразователя активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код.

Преобразователь активной мощности содержит первый инвертирующий усилитель 1, двухполярный источник 2 эталонного напряжения, второй инвертирующий усилитель 3, первьп, второй и третий аналоговые ключи 4-6, суммирующий интегратор 7, первую и вторую схемы 8 и 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения, пор говый элемент 11, первый, второй и четвертьп» триггеры 12 — 14, логический элемент 2И-HE 15, нуль-орган 16, умножитель 17 частоты, логический элемент 2И 18, двоичный счетчик 19, третий триггер 20, генератор 21 стабильной частоты, логический элемент

ЗИ 22, двоично-десятичный счетчик

23 с цифровой индикацией, два пассивных сумматора 24 и 25, шины ?6 и 21 источников напряжений измеряемой цепи, шины 28 и 29 источников соответетвующих фазных токов и шину

30 "Пуск".

Входные шины 26 и 27. фазных напря жений соединены с входами инвертирующих усилителей 1 и 3 и первым, пятым входами суммирующего интеграто ра 7, второй, третий и четвертый вхо ды которого подключены к выходам первого, второго и третьего аналоговторой, третий, четвертый триггеры

12, 13, 20, 14, логический элемент

2И-НЕ 15, нуль-орган.16, умножитель

17 частоты, логический элемент 2И 18, двоичный счетчик 19, генератор 21 стабильной частоты, логический элемент 2И 22, двоично-десятичный счетчик 23, пассивные сумматоры 24 и

25. 1 ил. вых ключей 4 — б. Вход первого аналогового ключа 4 соединен с выходом первого инвертирующего усилителя 1.

Вход второго аналогового ключа 5 подключен к положительному выводу источника 2 эталонного напряжения.

Вход третьего аналогового ключа 6 сбе . динен с выходом второго инвертирующего усилителя 3. Первые входы первого и второго пассивных суммато ров 24 и 25 объединены и подключены к отрицательному выводу источника 2 эталонного напряжения, их вторые входы соединены с шинами 28 и 29 источника соответствукщих фазных токов, Выходы первого и второго пассивных сумматоров 24 и 25 соединены с входами схем 8 и 9 сравнения, вы" ходы которых подключены к первым входам первого и второго триггеров 12 и 13, вторые входы которых объединены и подключены к соединенным вместе выходу элемента 2И и входу двоичного счетчика 19. Вторые входы схем

8 и 9 подключены к вьг=оду генератора 10 пилообразного напряжения, управляющий вход которого подключен к второму входу четвертого триггера

14 и выходу элемента 2И-НЕ 15, входы которого соединены с первыми выходами первого и второго триггеров, вторые выходы подключены к управляющим входам третьего и первого аналоговых ключей 6 и 4.

Вход нуль-органа 16 соединен с шиной

27 фазного напряжения, а выход через умножитель 17 частоты подключен к первому входу элемента 2И, второй вход которого соединен с объединенными входами третьего триггера 20, первым входом элемента ЗИ 22 и входом

"Сброс" двоично-десятичного счетчика 23. Первый вход третьего триггера 20 подключен к выходу двоичного

5 159, счетчика 19, а второй его вход - к, шине "Пуск".Выход суммирующего интегратора 7 соединен через пороговый элемент 11 с первым входом четвертого триггера 14, выход которого подключен к второму входу элемента ЗИ

22, третий вход которого соединен с генератором 21 стабильной частоты, а выход — со счетным входом двоична-десятичного счетчика 23.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении сигнала "Пуск" либо от оператора, либо от генератора 31 импульсов (показано пунктиром) на соответствующие входы логических элементов 2И 18 и ЗИ 22 поступает разрешающий сигнал от третьего триггера 20 и показания двоична-десятичного счетчика 23 сбрасываются. Первый же импульс ат умножителя 17 частоты переключает через элемент 2И

18 первый и второй триггеры 12 и 13 и тем самым через элемент 2И-НЕ 15 запускается генератор 10 пилообразного напряжения. На первый и пятый вхо/1ы суммирующего интегратора 7 поступают напряжения u>(t) и Uл(t), пропорциональные соответствующим линейным напряжениям трехАаэной цепи, которые предварительно суммируются с постоянным напряжением U с целью получения однополярных сигналов

0я() = ЦАс () цо

U8,(t) = u„(t) — uî (1)

Выходное напряжение e(t) суммирующего интегратора 7 достигает значения т1к Тюк е(Т„6) =К„Ц БА (t ) dt+ 1 Ц,(t,)dt), о (2) где T z < — интервал времени, соответствующий большему из Т!к и Т2к3

К концу интервала времени Т выкХ ходкой сигнал логического элемента

2И-НЕ 15 перебрасывает четвертый триггер 14 и возвращает генератор 10 пилообразного напряжения в исходное состояние. Выходной импульс четвертого триггера 14 замыкает аналоговый ключ 5, и на третий вход суммирующего интегратора 7 поступает постоянное

35 напряжение U „положительной полярности, При этом выходное напряжение суммирующего интегратора 7 изменяется в обратном направления по закону

4Тк

40 e(t) = е(Т„ ) + К, I U>(t)dt + 2 к дТ„о

23"! )" з д

А а" к () — К„ „ ti (3)

45 о . о

В момент перехода выходного напряжения суммирующего интегратора 7 через нуль пороговый элемент 11 ñðàбатывает и перебрасывает четвертый триггер 14 в исходное состояние, а аналоговый ключ 5 размыкается и прекращается поступление импульсов от генератора 21 стабильной частоты в двоична-десятичный счетчик 23. При.

55 поступлении очередного импульса .ат умнажителя 17 частоты происходит аналогичный процесс преобразования мгновенного значения мощности измеряемой цепи в интервал впемени.

К Т „ =" — — - моменты измерения мгновенМ них з н аче ний на пряже ний

uZ(t) Н (t);

М вЂ” количество внутрипериодных измерений; Т - период измеряемых сигналов, Интервалы T „, Т „ определяются промежутками времени между моментами запуска генератора 10 пилообразного напряжения и срабатываний соответствующих схем 8 и 9 сравнения, т.е.:

Т,„= (U;„(t„- 0,)2(2а);Т,„= ! к 2Кл

7759 6

2К " / в ("g) 1)о3 ° . (26) и где U. (t) и U. (t) — напряжения пропорциональныее токам Лаз А и

В соответственно;

К„ - коэААициент ли-!

О нейного напряжения °

К концу интервалов времени Т „„ и

T „ срабатывают схемы 8 и 9 сравнения, выходные сигналы которых перебрасывают.первый и второй триггеры

12 и 13 в исходное состояние, и замыкаются аналоговые ключи 4 и 5.

Через них на второй и четвертый входы суммирующего интегратора 7 с выхо2р дов инвертирующих усилителей 1 и 3 поступают инвертированные значения входных сигналов U<(t) и U!!(t). 0дновременно на первый и пятый входы продолжают поступать прямые значения напРяжений UА(t) и UÂ(t).

1597759

Интервал времени 4Т, соответствующий Длительности выходного сигнала .четвертого триггера 14 при К-м шаге квантования, определяют из уравнения (3) с учетом e(t) = О:,11„р(к е(Т..К) + К, J П, ()" + К,jU, () — Р к р антк o Clog

I 06 4 ! RfU «)« — К f«t) t — К U

on

В 10 откуда с учетом выражения (2) н(Т к ((т, = „(fo (r>ar + с,(е)аг). (4) рп

С учетом длительности mara кванто- 15 вания и .выражений (2а) и (26) из (4) получаем — -(I.u„Ñ (q) -- VojÐ 1 „(Q

Л on — U,j+ $U«(Q — UÙ,(e„) — U,j. (5) Выходной сигнал четвертого триггера 14 длительности дТ заполняется импульсами с частотой р„от генерато25 ра 21 стабильной частоты и в двоично-десятичный счетчик 23 записывается, исло

N< Грр АЗУ„.

° Таким образом, за время интегрирования Т„„ = п Т в счетчике 23 на.капливается следующее количество имг льсов

= с™.к = N(> + Np э к=(2. п-ш.Пр (где No = — — — — — постоянное число, к„.и» п (й — — (U >c(g V„(g +

2Кп Пр и к=(+ U (. (Q U ) (Q — число, пропорциональное активной мощности трехфазной цепи.

Исключение ГТр из результатов не представляет трудности и может быт ь достигнуто путем подключения между элементом ЗИ 22 и счетчиком 23 двоичного счетчика с объемом Nî, переполнение которого дает разрешающий сигнал к накоплению остальных импульсон в счетчике 23. А в случае, когда в качестве счетчика .23 применяется ре-. версинный дноично-десятичный счетчик необходимость использования дополнительного счетчика отпадает.

Как видно из выражения N р предлагаемое устройство позволяет осуществить также преобразование активной мощности одноАазной цепи без каких-либо изменений в структуре.

Формула изобретения

Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган, вход которого подключен к шине источника напряжения измеряемой цепи, двухполярный источник эталонного напряжения, суммирующий интегратор, три аналоговых ключа, вход второго аналогового ключа соединен с выходом источника эталонного напряжения положительной полярности, два пассивных сумматора, первый вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а второй вход— с выходами источников соответствующих фазных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена первым своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а вторым входом — к выходу генератора пилообразного напряжения, упранлчющий вход которого соединен с первыми выходами первого и второго триггеров через элемент 2И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управляющим входам первого и третьего аналоговых ключей, а первые входы каждого триггера соединены с выходами соответствующих схем сравнения, вторые объединены и соединены с выходом элемента ?И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом — к выходу третьего триггера, первый вход которого соединен с выходом элемента 2И через двоичный счетчик импульсов, а второй — с пусковой шиной, выход третьего триггера подключен также к входу "Сброс" двоично-десятичного счетчика с циАроной индикацией, к одному из входов элемента ЗИ„ другие входи которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и объединенными управляющим входом второго аналогового ключа и выходом четвертого триггера, первый вход которого соединен с выходом суммирующего интегратора через пороговый элемент, а второй — с выходом элемента 2И-НЕ, выход элемента ЗИ подключен к счетному входу двоично-десятичного счет9

1597759

10 чика с цифровой индикацией, о т- говых ключей, которые соединены с л и ч а ю шийся тем, что, с целью вторым и четвертым входами суммируюрасширения частотного диапазона и по- щего интегратора, третий вход котовышения точности, в него введены два рого соединен с выходом второго ана5 инвертирукщих усилителя, входы кото- логового ключа, а шины соответствуюРых подключены к шинам соответствую- щих фазных напряжений непосредственщих Фазных напряжений, а вь1ходы — но соединены с первым и пятым входами к входам первого и третьего анало- суммирующего интегратора.

Составитель С.Хромов

Редактор Н.Яцола Техред М.Дидык Корректор1 Т.Палец

Заказ 3050 Тираж 549 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 10,1