Преобразователь активной мощностив количество импульсов

(1 1 ) Заявитель

Львовский ордена Ленина политехническии институт им. Ленинского комсомола

1 54 ) ПРЕОЬРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОИ МОЩНОСТИ

В КОЛИЧЕСТВО ИМПУЛЬСОВ где

Изобретение относится к цифровои электроизмерительнои технике и предназначено для преобразования активнои мощности переменного тока в количество импульсов.

Известен преобразователь мощности, содержащий устройство перемножения величин входного тока и напряжения и преобразователь полученнoI"о произведения в выходную величину, в основе работы которого лежит реализация зависимости

Т р = ) U(t) i(t)dt, . 15 с т — активная мощность;

i (t ), U 1 t ) — соответствующие текущие значения входного тока и напряжения; 20

Т вЂ” период колебаний входного тока или напряжения (1) .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь активной мощности в цифровой код, состоящии из калиброванного резистора, управляемого делителя, ключа, преобразователя напряжения в код,генератора образцовой частоты, 30 регистра, триггера знака, логических устройств, элементов И,синхронизатора, счетчика и сумматора — делителя Г? .

Измерение активной мощности с, в этом устройстве основано на использовании р "âåнства

1 т

tl

Р= — ) Uit) i

Т П - 1

0 f =1 где Т вЂ” период переменного тока;

U ..,,I. — мгновенные значения на1 1 пряжения и тока; п — число отсчетов за период Т.

Оба эти преобразователи имеют низкую точность преобразования. целью изобретения является повышение точности преобразования.

Достигается это тем, что в преобразователь активной мощности в количество импульсов, содержащий калиброванный резистор, преобразователь напряжения в код, генератор образцовой частоты, триггер знака, логическое устроиство, элементы И, сумматор-делитель, счетчик и ключ, в котором шины входного тока подключены к выводам калиброванного резистора, выход ключа соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, вто845109

60 рой вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход знака преобразователя напряжения н код соединен с первым входом логического устройства и через первый элемент И с входом триггера знака, выход которого подключен к второму входу логи еского устройства, а выходы последнего. соединены с входами сумматора-делителя, в него введены фиксаторы уровня, сдвигоный регистр, элементы задержки, формирователь импульсов и преобразователь кода в число импульсов, причем выводы калиброванного резистора через первый фиксатор уровня соединены с первым входом ключа, шины входного напряжения че- рез второи фиксатор уровня подключены к нторому входу ключа, входы сброса н нуль фиксаторов уровня соединены с выходом элемента задержки и входами сброса в нуль счетчика,. преобразователя напряжения в код, сдвигового ре ги с тра, сумматора-делителя, у правляющие входы фиксаторов уровня соединены с прямым выходом m-го разряда счетчика, с управляющим входом ключа и первым входом второго элемента И, первый выход преобразователя напряжения н код соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, третий выход — с входом управления сдвигового регистра, выход генератора образцовой частоты соединен с входом счетчика и первым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента И подключен к третьему входу логического устройства, выход второго элемента И вЂ” к входу сдвигоного регистра, выходы которого подключены к соответствующим входам логического устройства, а выходы последнего подключены через сумматор-делитель к первой группе информационных входов преобразователя кодов н число импульсов, вход формирователя импульсов подключен к одной из шин входного тока, а выход к входу элемента задержки и к входу записи преобразователя кодов в число импульсов, инверсный выход m-ro разряда счетчика соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, а его информационные входы подключены к второи группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов. Преобразователь кодов в число импульсов содержит регистр, блок сравнения кодов, элементы И и ИЛИ, элемент нераннозначности и реверсинный счетчик-регистр, причем его вход записи подключен к входам записи регистра и реверсивного счетчика-регистра, первая группа информационных входов подключена к соотнетствующим входам реверсивного счетчика-регистра, а вторая группа к соответствующим входам регистра и блока сравнения кодов, другие входы последнего

40 подсоединены к выходам регистра, а выходы через элемент ИЛИ вЂ” к первому входу пятого элемента И, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика-регистра подключены соответственно к прямому и инверсному выходам старшего разряда, а информационные выходы подсоединены через элемент неравнозначности к вторым входам четвертого и пятого элементов И, выход пятого элемента И. соединен с входом . реверсивного счетчика-регистра, выходы четвертого и пятого элементов И подключены соответственно к первой и второй выходным шинам преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя активной мощности в количество импульсов.

Преобразователь состоит из калиброванного резистора 1, фиксаторов 2 и 3 уровня, ключа 4, преобразователя

5 напряжения в код, генератора 6 образцовой частоты, триггера 7 знака, элементов И 8, 9 и 10, логического устройства 11, сдвигового регистра

12, сумматора-делителя 13, элементов

14 и 15 задержки, формирователя 16 импульсов, счетчика 17 и преобразователя 18 кодов в число импульсов, содержащего регистр 19, блок 20 срав- нения кодов, элемент И 1И 21, элемент

И 22, 23, элемент нераннозначности

24 Y. ренерсивный счетчик-регистр 25.

Калиброванный резистор 1, сое,чиненный с фиксатором 2, и фиксатор 3 подключены к входным шинам тока и напряжения соответственно. Выходы фиксаторов 2 и 3 через соответствующие входы ключа 4 подключены к входу преобразователя 5, второй вход которого соединен с выходом генератора

6, входом счетчика 17 и первым входом элемента 23. Выход преобразователя 5 соединен через элемент 10 с входом устройства 11, остальные входы которого соединены соответственно с информационными выходами регистра 12, выходом знака преобразователя 5 и выходом триггера 7, а выходы — с входами сумматора-делителя 13. Выход знака преобразователя 5.соединен также через элемент 8 с входом триггера

7, а выход синхроимпульсов — с входом управления регистра 12. Выход последнего разряда сумматора-делителя 13, в цепи переноса которого включены элементы 14 задержки, через элемент 14 задержки соединен с входом первого разряда. Вход формирователя

16 соединен с входной шиной тока, а выход — с входами записи регистра 19 и счетчика-регистра 25 и через элемент.15 - с входами сброса фиксаторов 2 и 3, преобразователя 5, регистра 12, сумматора-делителя 13 и счетчика 17. Прямой и инверсный выходы

m-ro разряда счетчика 17 соединены соответственно с входами управления

845109 фиксаторов 2 и 3, ключа 4 и вторым входом элемента 9, и вторыми входами элементов 8 и 10. Информационные выходы счетчика 17 соединены с информационными входами регистра 19 и соответствующими входами блока 20, . другие входы которого соединены с информационными выходами регистра 19, а выходы — c входом элемента ИЛИ 21.

Выход элемента ИЛИ 21 соединен через элемент 22 с первой выходной шиной преобразователя и входом счетчикарегистра 25, информационные входы которого соединены с выходами сумматора-делителя 13, выходы — с входами элемента 24, а входы сложения и вычитания соответственно — с прямым и инверсным выходами старшего разряда. Выход элемента 24 соединен с вторыми входами элементов И 22 и 23, а выход элемента И 23 подключен к второй выходной шине преобразователя. 20

Преобразователь активной мощности работает следующим образом.

Формирователь 16 выделяет периоды

Т колебаний входного тока и в начале каждого периода формирует импульс, 25 управляющий переносом информации из счетчика 17 в регистр 19 и из сумматора-делителя 13 — в счетчик регистр

25 и сбросом в ноль фиксаторов 2 и 3, преобразователя 5, регистра 12, сум- щ0 матора -делителя 13 и счетчика 17. Последний между каждыми двумя импульсами с выхода формирователя 16 подсчитывает количество импульсов N частоToÀ следования fz с выхода генератора 35 образцовои частоты йт = f . Т, пропорциональное периоду входного тока.

В моменты установления в единичное состояние m-го разряда счетчика 17 фиксаторы 2 и 3 запоминают соответственно значение падения напряжения на 10 калиброванном резисторе 1, прямо пропорциональное мгновенному значению входного тока 3„ и мгновенное значение входного напряжения U.. Напряжение с фиксаторов 2 и 3 подключается 45 к входу преобразователя 5 ключом 4 соответственна при единичном и нулевом состоянии m-ro разряда счетчика 17.

На протяжении времени нахождения 50

m-го разряда счетчика 17 в одном и . том же состоянии преобразователь 5 формирует серию синхроимпульсов, на протяжении действия каждого из которых с выхода последнего поступает значение очередного разряда кода преобразуемого напряжения.

Таким образом при единичном состоянии m-го разряда счетчика 17 на выходе преобразователя 5 формируется последовательный код напряжения, про- dO порционального мгновенному значению входного тока, которое поступает через элемент 9 на вход регистра 12 и поскольку сдвиг в последнем осуще ствляется концом каждого синхроим- 45 пульса. записывается в этом регистре к окончанию своего формирования.

При переключении m-ro разряда счетчика 17 в нулевое состояние триг-. гер 7 устанавливается в состояние, соответствукщее знаку мгновенного значения тока (в единичное — при ми †. нусе, нулевое при плюсе). Разряды кода мгновенного значения входного напряжения U;, поочередно формирующиеся на выходе преобразовтеля 5, через элемент 10 поступают на вход логического устройства 11 и, если имеют единичное значение, разрешают перенос кода напряжения, пропорционального мгновенному .значению тока, сдвигакщегося в регистре 12 на один разряд вправо с окончанием каждого синхроимпульса, из регистра 12 в сумматор-делитель 13, где производится сложение его с уже находящимся там кодом. Причем .устройство 11 производит сравнение знаков мгновенных значений входного тока и напряжения соответственно потенциалов на выходе триггера 7 и выходе знака преобразователя 5) и при их совпадении подклю.— чает к входам сумматора-делителя 13 прямые выходы регистра 12, а при несовпадении — инверсные и устанавливает старший (знаковый) разряд сумматора-делителя 13 в соответствующее состоя ние.

Таким образом, к концу преобразования очередного значения входного напряжения в код в сумматоре-делителе 13 фиксируется прямои упри положительном знаке) или обратный (при отрицательном знаке) код числа, пропорционального очередному произведению мгновенных значений входного тока и напряжения, а к концу очередного периода колебаний входного тока код числа, пропорционального сумме произведений мгновенных значений входного тока и напряжения за этот период, т. е. значению активной энергии где К вЂ” коэффициент пропорционально сти.

В начале следующего периода код числа, соответствующего значению активной энергии, переносится из сумматора-делителя 13 в счетчик-регистр 25.

Счетчик 17, регистр 19, блок 20 и элемент 21 образуют интегратор последовательного переноса, на выходе которого формируется частотноимпульсная последовательность часто" той следования

"т о

М оц где N ö †числовая емкость счетчика

17 и регистра 19.

345109

Импульсы этой последовательности поступают через элемент 22 на вход счетчика-регистра 25, работающего в режиме вычитания при нулевом значении старшего разряда (код энергии прямой, знак — положительный) или в режиме сложения — при единичном состоянии (код энергии — обратный, знак — отрицательнын). При установлении всех разрядов счетчика-регистра 25 в нулевое состояние при вычитании или единичное — при сложении на выходе элемента 24 появляется нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов частотой следования f u соответственно на выходе элементов

22 и 23.

При этом за время t от момента переноса кода энергии в счетчик-регистр

25 до установления нуля на выходе элемента 24

t

На выход элемементов 22 и 23 пройдет количество импульсов, пропорциональное соответственно значению активной энергии и значению активной мощности Р

NCq ",1

P = К ° t° . У = К о

Преимуществом преобразователя активнои мощности в количество импульсов является независимость результата вычисления активнои мощности от периода входного тока, которая обеспечивается путем деления результата вычисления активной энергии на величину этого периода, а не за счет фиксированного числа отсчетов за период.

Это, во-первых, позволяет определять значение активной энергии, и во-вторых, дает возможность проведения отсчетов мгновенных значений входного тока и напряжения на протяжении всего периода нез ависимо от частоты колебаний входных сигналов, а следовательно приводит к полному учету информации за период, результатом чего является снижение погрешности ее преобразования.

Формула изобретения

1. Преобразователь активнои мощности в количество импульсов, содержащий калиброванный резистор, преобразователь напряжения в код, генератор образцовой частоты, триггер знака, логическое устройство, элементы И, сумматор-делитель, счетчик и ключ, в котором шины входного тока подключены к выводам калиброванного резистора, выход ключа соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, второй вход которого соединен с выходом ге нератора образцовой частоты, выход знака преобразователя напряжения в код соединен с первым входом логического устройства и через первый элемент И с входом триггера знака, выход которого подключен к второму входу логического устройства, а выходы последнего соединены с входами сумматора-делителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразо вания, в него введены фиксаторы уровня, сдвиговый регистр, элементы задержки, формирователь импульсов и преобразователь кода в число импульсов, причем выводы калиброванного резистора через первый фиксатор уро..— ня соединены с первым входом ключа, шины входного напряжения через второй фиксатор уровня подключены к второму входу ключа, входы сброса в

20 нуль фиксаторов уровня соединены с выходом элемента задержки и входами сброса в нуль счетчика, преобразователя напряжения в код, сдвигового регистра, сумматора-делителя, управ—

2 ляющие входы фиксаторов уровня соединены с прямым выходом m-го разряда счетчика, с управляющим входом ключа и первым входом второго элемента

И, первый выход преобразователя напряжения в код соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, второй выход -- с входом управления сдвигового регистра, выход генератора образцовой частоты соединен с входом счетчика и первым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента И подключен к третьему входу логического устройства, выход второго элемента И вЂ” к входу сдвигового регистра, выходы которого

40 подключены к соответствующим входам логического устроиства, а выходы последнего подключены через сумматорделитель к первой группе информационных входов преобразователя кодов в число импульсов, вход формирователя импульсов подключен к одной из шин входного тока, а выход к входу элемента заде ржки и к входу з аписи преобразователя кодов в число импульсов, инверсный выход m-го разряда счетчика соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, à его информационные выходы подключены к ь торой группе информацион ных входов преобразователя кодов в число импульсов.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что преббразователь кодов в число импульсов содержит триггер, блок сравнения кодов, элементы И и ИЛИ, элемент неравнозначности и реверсивный счетчикрегистр, причем его вход записи под— ключен к входам записи регистра и реверсивногo c Iег гика †:.гистра, перя Вая Группа информа11нон iii ix В ходОВ под—

845109

/3 ое ключена к соответствующим входам реверсивного счетчика-регистра, а вторая группа — к соответствующим входам регистра и блока сравнения кодов, другие входы которого подсоединены к выходам регистра, а выходы чере= элемент ИЛИ вЂ” к первому входу пятого элемента И, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика-регистра подключены соответственно к прямому и инверсному выходам старшего разряда, а информационные выходы подсоединены через элемент неравноэначности к вторым входам четвертого и пятого элементов И, выход пятого элемента И соединен с входом реверсивного счетчика-регистра, выходы четвертого и пятого элементов П подключены соответственно к первой и второй выходным шинам преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мартяшин A. И., Шахов Э. К., Шляндин В. М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. — M., Энергия, 1976, с. 189.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 223459, кл. G 01 R 21/06, 05.07.69.

Филиал ППП Патент", r.ужгород,ул.Проектная,1