SU1721529A1

SU1721529A1 - Способ измерени электрической мощности и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1721529A1
Application number: SU904786971A
Authority: SU
Inventors: Виктор Николаевич Чинков; Виктор Андреевич Бернадский; Александр Леонидович Савицкий
Priority date: 1990-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при создании ваттметров и счетчиков электрической энергии в цел х синусоидального тока. Цель изобретени - повышение точности измерений и расширение верхнего предела по частоте. Она достигаетс тем, что в способе измерени , основанном на перемножении сигнала мгновенной мощности на каждый из двух ортогональных сигналов двойной частоты и интегрировании сигналов произведени , номируют амплитуду напр жени исследуемой цепи, возвод т в квадрат нормированное напр жение, выдел ют его переменную составл ющую, котора вл етс первым ортогональным сигналом и после ее фазового сдвига на 90Р получают второй ортогональный сигнал. Поставленна цель достигаетс также тем, что в устройство введены третий блок 6 перемножени , нормализатор 3 амплитуды напр жени , квадратор 7, разделительный конденсатор 8 и фазовращатель 9 на 90&deg;. Сущность изобретени состоит в том, что в предлагаемом изобретении операции выполн ютс над аналоговыми сигналами, а опорные ортогональные сигналы формируютс из сигнала напр жени (или-тока), что обеспечивает синхронность их частоты с частотой исследуемых сигналов. Устройство, реализующее способ, также содержит входные блоки 1, 2, первый и второй интеграторы 10, 11, перемножигели 4, 5, блок 12 индикации. 2 с.п, ф-лы, 1 ил. 00 С

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при создании ваттметров и счетчиков электроэнергии в цепях синусоидального тока. 5

Известен способ измерения активной мощности, основанный на интегрировании мгновенной мощности как в аналоговой, так и в цифровой форме.

Недостатками этого способа являются 10 невозможность непосредственного измерения реактивной мощности и низкая помехозащищенность при наличии помех.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения электрической 15 мощности, основанный на умножении дискретных значений мгновенной мощности в η точках периода на соответствующие значения ортогональных синусоидальных сигналов двойной частоты в этих же точках и на 20 алгебраическом суммировании (интегрировании) полученных произведений.

Наиболее близким к предлагаемому является также устройство, содержащее преобразователь напряжение - время и 25 преобразователь ток - частота, два задатчика значений ортогональных функций, первое и второе множительные устройства, первый и второй интегрирующие счетчики, ключ и блок управления. 30

Недостатками известных способа и устройства, является невысокая точность изме- . рений и ограниченный верхний предел по частоте. Невысокая точность обусловлена наличием двух составляющих методической 35 погрешности: погрешности дискретизации, вызываемой заменой интеграла в точном выражении для определения мощности суммой в выражении, используемом в прототипах и ваттметре, и погрешности, 40 обусловленной несинхронностью частот исследуемых и ортогональных сигналов. Верхний предел по частоте ограничен временем выполнения операции аналогоцифрового преобразования и числом отсче- 45 тов η мгновенных значений мощности за период входных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение частотного диапазона. . 50

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предложенный способ.

Сущность предлагаемого способа измерения активной и реактивной мощности за- 55 ключается в следующем.

Пусть напряжение и ток в исследуемой цепи в общем виде списываются выражениями

U (t) = Vm sin ω t + £$(t); (1)_____ i (t) = l_m sin (ω t + φ)+ ξζ (t), (2) где V_m, Im - амплитуды напряжения и тока соответственно;

ω- круговая частота:

ξ-фазовый сдвиг между током и напряжением;

ξι W. & (t) ~ высокочастотные помехи в кривых напряжения и тока соответственно, некоррелированные друг с другом.

Мгновенная мощность в исследуемой цепи

P(t) = U (t) l(t) = V I cos φ - VI cos (2 ω t + φ) + I (t) £1 (t) + + U(t)£2(t) + M)&(t). (3)

Согласно предлагаемому способу определение активной и реактивной мощности производится по формулам р т

Р = = J U (t) I (t) cos 2 ω t dt:(4) *О ^т

Q = ф / U (t) i (t) sin 2 wt dt(5) *о где cos 2 tot, sin 2 ωχ - опорные, ортогональные синусоидальные сигналы двойной частоты 2 со;

Т - период напряжения и тока в исследуемой цепи.

Выражения (4) и (5) представим в свернутом виде

Y = |J U(t)i(t)sln(2toT+/3)dt,(6) ’ о из которого при /?= + имеем соотношение (4) , т.е. IY| = Р, а при/3=0- соотношение (5) . т.е. Y = Q.

Подтвердим справедливость выражений (4) и (5). Для этого подставим в формулу (6) соотношение (3) и проведем несложные преобразования, получим

Y = -V I sin φ-φ). (7)

Из этого выражения следует, что при /3 = = р = ν I cos φ; I а при /3=0 Yq = Q = V I sin у?, что подтверждает справедливость выражений (4) и (5), описывающих предлагаемый способ.

Таким образом, с целью обеспечения· синхронизации частоты 2 ω опорных сигналов sin 2 tot, cos 2 tot с частотой ω сигналов в исследуемой цепи опорные сигналы sin 2 tot и cos 2 tot формируются из какоголибо исследуемого сигнала, например напряжения.

Устройство содержит входные блоки 1 и 2, нормализатор 3 амплитуды напряжения, блоки 4-6 перемножения, квадратор 7, разделительный конденсатор 8, фазовраща5 тель 9 на 90°, интеграторы 10 и 11 и блок 12 индикации.

Назначение функциональных блоков устройства однозначно определяется их названиями, все они являются стандартными для измерительной техники и могут быть выполнены по типовым, хорошо разработанным схемам, в том числе на элементах микросхемотехники.

Входные (или масштабные) блоки 1 и 2 своими входами подключены соответственно к входу напряжения и токовому входу устройства. Они предназначены для обеспечения высокого входного сопротивления устройства и выбора его предела измерения. Входной блок 2, кроме того, служит для преобразования тока 1(г) в пропорциональное падение напряжения Ui(t) на образцовом активном резисторе. Выход входного блока 1 соединен с точкой, объединяющей вход нормализатора 3 амплитуды напряжения и первый вход блока 4 перемножения, второй вход которого подключен к выходу входного блока 2, а его выход - к точке, объединяющей первые входы блоков 5 и 6 перемножения. Выход нормализатора 3 амплитуды напряжения соединен с входом квадратора 7, выход которого через разделительный конденсатор 8 подключен к точке, объединяющей второй вход блока 5 перемножения и вход фазовращателя 9 на 90°, соединенного по выходу с вторым входом блока 6 перемножения, Выходы блоков 5 и 6 перемножения подключены к входам соответственно интеграторов К) и 11, выходы которых соединены с входами блока 12 индикации. Блок 12 индикации может быть выполнен либо аналоговым на базе магнитоэлектрического измерительного механизма, либо цифровым на базе АЦП и цифрового отсчетного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение U(t) через входной блок 1 подается на нормализатор 3 амплитуды напряжения и на первый вход блока 4 перемножения. Ток i(t) поступает на входной блок 2, где он преобразуется в пропорциональное падение напряжения, подаваемое на второй вход блока 4 перемножения, выходное напряжение которого поступает на первые входы блоков 5 и 6 перемножения.

На выходе нормализатора 3 амплитуды образуется синусоидальное напряжение с нормированной амплитудой V_mH. Это напряжение через квадратор 7 и разделительный конденсатор 8, которым выделяется переменная составляющая выходного напряжения квадратора?, подается на второй вход'блока 5 перемножения и на вход фа зовращателя 9. Напряжение с выхода фазовращателя 9, сдвинутое на 90° по отношению к его входному напряжению, поступает на второй вход блока 6 перемножения. Выходные напряжения блоков 5 и 6 перемножения подаются на интеграторы 10 и 11, на выходах которых образуются постоянные напряжения

Up = Kp*P; Uq=Kq-Q, где Кр - - — Кг Кг- Кз-Кг Кб Vm_H - коэффициент передачи устройства по активной мощности;

Ко = - | Кг К₂' Кз · К« · К₅ · К₆ Vmn коэффициент передачи устройства по реактивной мощности;

Κι, К₂ - коэффициенты передачи входных блоков 1 и 2 соответственно;

Кз - коэффициент передачи блоков 4 - 6 перемножения;

Kzj - коэффициент передачи квадратора 7;

Кб - коэффициент передачи фазовращателя 9;

Кб - коэффициент передачи интеграторов 10 и 11.

Таким образом, выходные напряжения Цр и L/q интеграторов 10 и 11 пропорциональны активной Р и реактивной Q мощности соответственно. Эти напряжения поступаеют на блок 12 индикации для отсчета результатов измерений.

Claims

Формула изобретения

1. Способ измерения электрической мощности, включающий измерение тока и напряжения сети, формирование мгновенной мощности, умноженние.сигнала мгновенной мощности на каждый из двух ортогональных синусоидальных сигналов двойной частоты сети и интегрирование сигналов произведения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, ортогональные синусоидальные сигналы двойной частоты сети формируют из напряжения сети, для чего нормируют амплитуду напряжения исследуемой цепи, возводят в квадрат сигнал нормированного напряжения, выделяют его переменную составляющую, которая является первым ортогональным сигналом, и после ее сдвига на 90° получают второй ортогональный сигнал,
2. Устройство для измерения электрической мощности, содержащее первый и второй входные блоки, первый и второй блоки перемножения, первый и второй интеграторы, а также блок индикации, при этом входы первого и второго интеграторов подключе7 ны к выходам первого и второго блоков перемножения, а выходы интеграторов соединены с входами блока индикации, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий блок перемножения и последовательно соединенные нормализатор амплитуды напряжения, квадратор, разделительный конденсатор и фазовращатель на 90°, причем выход первого входного блока соединен с входом нормализатора амп литуды и первым входом третьего блока перемножения, второй вход которого подключен к выходу второго входного'блока, выход третьего блока перемножения соединен с первыми входами первого и второго блоков перемножения, а выход второго блока перемножения подключен вторым входом к выходу фазовращателя на 90°, вход которого соединен с вторым входом первого блока перемножения.