Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код

"вт"""ио т ь.: H, i э с н утт

Оi1нфт в (»i739736

Союз Советских

Соцнвлистнческих Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) Заявлено 04.02.77 (2! ) 2449578/18-2 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву1 . .(53)M. Кл.

Н 03 К 13/20 с присоединением заявки М

Гоеударствеииый комитет

СССР

llo делам нзебретеиий и отирцтий (23) Приоритет—

Опубликовано 05.06.80. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 05.06.80 (53) УДК 621. .374 (088,8) Ш. Ю. Исмаилов, И, М. Абдуллаев, H. М. Алиев, и А. Н, Абиев

I (72) Авторы изобретения

Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова

I (7I ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОШНОСТИ

ТРЕХфАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ 11ЕП И

В 11ИфРОВОЙ КОД

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительньгх информационных системах для преобразования и кодирования информации, 5

Преобразование активной мощности в, цифровую форму является актуальной: задачей информационно-измерительной тех. ники и необходимо для измерения, регистрации, ввода в 311BN и передачи на расстояние, а улучшение метрологических характеристик и конструктивных параметров преобразователей данного наэначения— для определения наивыгодного режима работы энергетических систем, блоков и ус- 5 тано вок, Известен преобразователь мощности трехфазного тока в частоту, содержащий три генератора Холла, модулятор, демодулятор, преобразователь напряжение-час- m тота типа мультивибратора Роэра и триггер. Преобразование активной мощности трехфазной цепи в частоту осуществляется путем преобразования мгновенных зна2 чейий мощности отдельных фаэ в напряжение с помошьк генераторов Холла, выходные сигналы которых поступают на преобразователь напряжение-частота с предварительным усилением (11 .

Такой преобразователь имеет недостаточную стабильность из-за значительной зависимости. параметров элеме нтов

Холла от влияния окружаюшей среды и низкую точность (погрешность преобразования не меньше 0,5-1%) вследствие многократного преобразования информации о мощности (сначала в аналоговую форму, затем в частоту импульсов).

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь активной мощности трехфаэной электрической цепи в цифровой код, содержащий три преобразователя напряжение-частота "", четыре аналоговых ключа, источник опорного напряжения, нуль-орган, предназначенный для выделения периодов измеряемого напряжения, триггер, реверсивный счетчик импульсов, устройство управления направ - з 739736

30 лением преобразователя счета последнего логические схемы И. Преобразование актив ной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код осуществляется следующим образом. Мгновенные значения напряжений, пропорциональных фазным токам, преобразуется в частоту импульсов с помощью двух преобразователей напряжение— частота; — которые управляя аналоговыми ключами, подключенными со своими по- 10 тенциальными входами к источникам линейных напряжений и опорного напряжения, осуществляют их коммутации ко входу третьего преобразователя напряжениечастота и тем самым на выходе пос- 15

) леднего получаются импульсы с частотой, пропорциональной мгновенному значению мощности трехфазной цепи, которая интегрируется в реверсивном счетчике за время пропорциональное периоду (2) . 20

Недостатки устройства заключаются в сложности схемы и возможности работы только на фиксированной частоте измеряемой цепи, что обусловлено необходимостью деления результата, интегрирования мгновенного значения мощности трехфазной цепи на период, Расширение диапазона по частоте с учетом отклонения ее от фиксированного .значения также усложняет устройство, Бель изобретения — расширение частотного диапазона устройства.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровои

35 код, содержащий нуль-орган, вход которого подключен к шине источника напря- . жения, измеряемой цепи, однополярныйисточник эталонного напряжения, две пары ана-

40 логовых ключей причем потенциальный вход

> одного ключа каждой пары соединено выходом источника эталонного напряжения, а другого ключа — с выходными шинами соответствующих источников напряжений, триггер и логические элементы И, введены суммирую щий интегратор, первые четыре входа которого соединены с выходами двух пар аналоговых ключей, а пятый вход — через дополнительный аналоговый ключ с выхо50 дом источника эталонного напряжения по-°ложительной полярности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а другой вход — с выходами источников соответствующих фаэных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена одним своим входом к выходу соответствующих пассивных сумматоров, а другим входом — к выходу генератора пилы, имеющего управляюший вход, соединенный с выходами двух триггеров через элемент

И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управляющим входам соответст- . вующих пар аналоговых ключей, а. один иэ входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих схем сравнения, а другой вход — с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом — к вы- ходу третьего триггера с разделительными входами, соединенными, с выходом элемента И через двоичный счетчик импульсов и с пусковой шиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу

"сброс" двоично-десятичного счетчика с цифровой йндикацией и к одному иэ входов трехвходового элемента И, другие входы которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и одновременно с управляющим входом дополнительного ключа и с выходом чет-. пертого триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирующего интегратора через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехвходового элемента И подключен к счетному входу. двоично-десятичного счетчика.

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

Преобразователь активной мощности твехфаэной электрической цепи в цифровой код содержит двухканальный источник эталонного напряжения 1, суммирующий интегратор 2 с набором аналоговых ключей 3-7 на входах, пороговый элемент

8, триггеры 9, 10 и 11, схемы сравнения 12 и 13,,генератор пилы 14, логический элемент 15 И-НЕ, и два пассивных сумматора),6 и 17. Нуль орган.

18, умножитель 19 честны, логический элемент 20 И, двоичный счетчик 21 и триггер 22. Генератор .23 стабильной частоты, логический элемент 24 И и двоично-десятичный счетчик 25 с цифровой индикацией, пусковую шину 26, шины 28 и 29 источников напрямений измеряемой работы цепи, шины 30 и 31 источников соответствук ших фазных токов.

Преобразователь работает следующим образом, 5 739 73

При поступлении сигнала "пуск" либо от оператора, либо от генератора 32 импульсов (показанного пунктиром) на, со- ° ответствуюшие входы логических элементов 20 и 24 И поступает разрешаю; ший сигнал от триггера 22 и показания счетчика 25 сбрасываются.

Первый же импульс от умножителя 19 частоты перебрасывает через элемент 20 И триггеры 10 и 11, и тем самым ана- <о логовйд ключи 3-7 замыкаются, а.также через элемент 15 И-НЕ запускается генератор пилы 14.

На первый и пятый входы интегратора 2 поступают соэтветствуюшие напря- . жения 0 (4) и lj (Я пропорциональные дс Вс линейным напряжениям трехфазной цепи, а на второй и четвертый входы — стабильное напряжение. g отрицательной о полярности. 26

Выходное напряжение < (Ц интегратора достигает значения (((„.a)=v,„Ä((,(a„)at j U (+„)at) (<)

25 где Т вЂ” интервал времени, соответ-, ствуюши и большему из

6

Т ит

0,®=о„()-о;о ®=ц (в-о„ ; () зо

- моменты измерения мгновенK.T ных значений напряжений

UÞ и LI Ю;

i6 — количество внутрипериодных измерений, T — период измеряемых сигналов, Hmepaami времени т1К и ттк опреде ляются промежутками времени (между моментами запуска генератора пилы 14 40 и срабатываний соответствуюших схем сравнения 12 и 13, т.е.

Т L М(к Uo) л (а )

45 (. 28) ПФ

К Р к о

Где (. (Ю и U (t)- напряжения, пропор- О А jB циональные токам фаз

А и В, соответственно

К вЂ” коэффициент линейного

h напряжения.

K концу интервалов временит1к и Т2к и соответствуюшие пары ключей (3 и 4, 6 и 7) размыкаются и прекрашается поступление напряжений 0 ® и 0 ()на интегратор 2.

К концу, интервала времени Т,<, выходной сигнал логического элемента 15 И -НЕ перебрасывает триггер 9 и возврашает геI нератор пилы 14 в исходное состояние, Выходной импульс триггера 9 замыкает ключ 5 и на третий вход интегратора 2 поступает постоянное напряжение 0 лоос ложительной полярности, При этом выходное напряжение интегратора 2 изменяется в обратном направлении по закону.

LTg ,С()=а(т,„)-K„) u, аь

О

В момент перехода выходного напряжения интегратора 2 через нуль пороговый элемент 8 сбрасывает и перебрасывает триггер 9 в исходное состояние и тем самым ключ 5 размыкается и прекрашается поступление импульсов от генератора

33 в счетчик 25.

При поступлении очередного импульса, рт умножителя 19 частоты происходит аналогичный процесс преобразования мгновенного значения мошйости измеряемой контролируемой цепи в интервал времени, ИнтеРвал вРемени дтк, соответствуюший длительности выходного сигнала с с триггера 9 при К -ом шаге квантования,. определяют из уравнения (3) с учетом 6(Я = О, т.е.

Дтк (т„ -g„r и а =о, о откуда с учетом выражения (1) ((к г к атк= ) (к (+I ) (< )dt (4) ос о " о 2.к

С учетом длительности шага квантования и выражений 2а и б из (4) получаем гл u.. (,)- Д„(„ -Д (Б)

Выходной сигнал триггера 9 длительности АНТК заполняется импульсами с частотой „от генератора 23 и в счетчик 25 записывается число к aï ((И

Таким образом, за время интегрироM(HHa он., "- >4.Ò в счетчике 25 накапливается следуюшее количество импульсов

7 7397

- постоянное число;

Преобразьватель активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код, содержащий нуль-орган; вход которого подключен к" шине источника напряжения измеряемой цепи, однополярный источник эталонного напряжения, две пары аналоговых ключей, причем потенциальный вход одного ключа каждой пары соединен с вы ходом" источййка эталонного на1 ряжения отрицательной!. полярности, а другого клича - с выходными шинами соответствующих источников напряжений, триггер и логические элементы И, о т л ич а ю шийся" тем, чт6, с целью расширения частбтного диапазона, в него введены суммйруюший интегратор, первые четыре входа которого соединены с выходами двух пар аналоговых ключей, а пятый входчерез дополнительный аналоговый ключ с выходом источникаэталонного напряжения положительной полярности, два пассивных сумматора, один вход каждого из которых соединен с выходом источника эталонного напряжения отрицательной полярности, а другой, вход — с выходами источников соответствующих фаэных токов, две схемы сравнения, каждая из которых подключена одним своим входом к выходу соответству|ощих пассивных сумматоров, а другим входом - к выходу генератора

I пилы, управляющий вход которого соеди2 где - .— ".. Е л ос м . N= х.

, ос к,:q

X(U

Исключение М из результатов не пред»

10 ставляет трудности и может быть достигнуть путем подключения между элементом 24 И счетчика 25 двоичноого счетчика с объемом йо, переполнение которого дает разрешающий сигнал к накоплению остальных импульсов в счетчике 25.

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

В этом случае напряжения Оф(Ы a0 y(%1, пропорциональные соответственно фаз ным напряжению и току, подаются на вход ключа 3 или 7 и на вход пассивных

23

" сумматоров 16 или 17 °

Тогда получается код

- - " " @ ню —;,. 1 л ос к=1 30

Количество внутрипериодных измерений

/ф, выбирается из условия обеспечения МФ1 нулевой методической погрешности %=2 (где И вЂ” порядок наивЫсшей четной гармоники, выражаемой в cTerteHH с осно- 3s ванием 2.).

Предлагаемый преобразователь одинаково успешно работает и в режиме из1 мерения мощности цепи постоянного тока с обеспечением однократного и много- 40 кратного режимов измерения, В последнем случае в качестве нуль-органа 18 используется генератор тактовых импульсов с требуемой частотой.

Предлагаемый преобразователь рЕали- 45 зуется на хорошо разработанных элементах и узлах аналого-цифровой техники с применением интегральных микросхем, По предлагаемой структуре изготовлен опытный образец на интегральных 50

Микросхемах серий К284, К168, К153, и К155, имеющий основную погрешность не б6лее 0,3% при изменении входных напряжений 0,01-5В, частоты измеряемой цепи от долей Гц до 100 Гц и при наля- у чии у кривых напряжений и токов до 15-й гармоники включительно, При использо вании входных измерительных трансформаторов этот рабочий диапазон устройст36 8 ва является достаточным для измерения мощности от единиц Вт цо десятков кВт

Таким образом, в данном устройстве получено новое решение задачи создания преобразователя активной мощности трехфаэной электрической цепи в цифровой код с относительно простой схемой и улучшенными метрологическими характеристиками, заключающееся в построе-. йии его по схеме многоканального интегрирующего функционального аналого-цифрового преобразователя с промежуточным преобразованием мгновенного значения измеряемой мощности в интервал ipe eaa путем равномерной дискретизации процесса преобразования с шагом, пропорциональным периоду входного напряжения и обеспечения временй интегрирования, входных напряжений, пропорциональныХ линейным напряжениям, в прямой зависимости от

cooTBeTcTBylotUax фазных токов и с последующим цифровым интегрированием ре- зультатов за время, кратное периоду напряжения в контролируемой цепи. ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

736

V(Составитель О. Орлов

Редактор Н. Шильникова Техред Н. Бабурка Корректор Г. Назарова

Заказ 3056/10 Тираж 995 Подписное

IIHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 \

9 739 нен с выходами двух триггеров через элемент И-НЕ, другие выходы этих триггеров подключены к управляющим входам соответствующих пар аналоговых ключей, а один из входов каждого триггера соединен с выходами соответствующих ,схем сравнения, а другой вход — с выходом двухвходового элемента И, подключенного одним входом к выходу нуль-органа через умножитель частоты, а другим входом — к выходу третьего триггера с раздельными входами, соединенными с выходом элемента И через двоичный счетчик импульсов и с пусковой шиной, а выход третьего триггера подключен также ко входу сброс" двоично-десятичного счетчика с цифровой индикацией к одному из входов трехвходового элемента И, дру10 гие входы которого соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и одновременно с управляющим входом дополнительного аналогового ключа и с выходом четвертоГо триггера, имеющего раздельные входы, соединенные с выходом суммирующего интегратора. через пороговый элемент и с выходом элемента И-НЕ, а выход трехкодового элемента И подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика, /

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.ЕореС N,Rotb. L "Феям;е.сЬиЖ"

1968, М: 8.

2, Авторское свидетельство СССР

1 с 347906р 197 2