Электронный измеритель мощности и энергии

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбытьиспользовано при построении измерителей активной мощности и энер 5гии сигналов переменного тока.Целью изобретенияявляется повышение точности определения значенийэнергии и мощности,На фиг, 1 изображена Функциональная схема электронного измерителямощности и энергии, на Фиг. 2 - функ-.циональная схема блока управленияиобработки; на фиг. 3 - Функциональная схема блока определения знака;на фиг, 4 ввременные диаграммы работы электронного измерителя мощностии энергии.Электронный измеритель мощности иэнергии (фиг.1) содержит блоки 1 и 2 20выборки и хранения (БВХ), аналоговыйкоммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок 5 управленияи обработки (БУО), аналоговый выпрямитель 6 и блок 7 определения знака 25(БЗ). Вход данных БВХ 1 является входом измерителя по напряжению, а входУданных БВХ 2 - входом измерителя длянапряжения, пропорционального току всети. Выходы БВХ 1 и 2 соединены спервым и вторым входами данных аналогового коммутатора 3 и БЗ 7, Входы управления БВХ 1 и 2 соединены спервым выходом БУО 5, Вход управления аналогового коммутатора 3 соединен с вторым выходом БУО 5, Входзапуска АПП 4 соединен с третьим выходом БУО 5, Выход БЗ 7 соединен свходом для знакового разряда: БУО 5.Выход аналогового коммутатора 3 со- щединен с входом аналогового выпрямителя 6, выход которого соединен свходом данных АЦП 4. Выход АПП 4 соединен с входами данных БУО 5, группа выходов которого является информационным выходом измерителя.БУО 5 может быть реализован на.однокристалльной микроЭВМ.БУО 5 (фиг.2) содержит два цифровых умножителя 8 я 9, сумматор-вычи татель 10, два регистра 11 и 12,двоичный счетчик 13, два Р-триггера14 и 15, три одновибратора 16, 17и 18, генератор 19 опорных импульсов(ГОИ), два двухвходовых элементов И20 и 21, двухвходовой элемент ИЛИ-НЕ22 и элемент НЕ 23. Входы первого (А)и второго (В) сомножителей умножителя8 соединены между собой и являются входами данных БУО 5, выходы умножителя 8 соединены с входами второго (В) сомножителя умножителя 9, входы первого (А) сомножителя которого соединен с шинами нулевогои единичного потенциалов так, что в качестве этого сомножителя. умножителя 9 является код М.г, пропорциональный периоду дискретизации входных сигналов, явЛяющийся постоянной величиной. Выходы умножителя 9 соединены с входами первого, слагаемого сумматора 10, входы второго слагаемого которого соединены с выходами регистра 11 и входами регистра 12, Выходы сумматора 1(1 соединены с входами данных регистра 11, а выходы регистра 12 являются инФормационными выходами БУО 5 и измерителя в целом, Вход синхронизации приема первого сомножителя умножителя 8 соединен с прямым выходом триггера 15, которнй соединен также с входом запуска одновибратора 16 и является вторым выходом БУО 5 Вход синхронизации приема второго сомножителя умножителя 8 соединен с инверсным выходом триггера 15, который соединен также с входами синхронизации приема данных регистра 11 и триггера 14 и с Р-входом триггера 15,вход синхронизации которого соединен с выходом ГОИ 19, инверсным входомГ запуска одновибратора 18, первым входои элемента И 20 и входом синхрони" зации приема первого (А) сомножителя умножителя 9. Вход синхронизации приема второго сомножителя (В) умножителя 9 соединен с инверсным выходом од-новибратора 16, прямой выход которого соединен с суммирующим входом счетчика 13 и является первым выходом ЕУО 5. Вход задания режима суммирования, ли- . бо вычитания сумматора 10 соединен с выходом триггера 14, вход й которого является входом БУО 5 для знакового разряда. Вход сброса регистра 11 соединен с выходом одновибратора 17, ин" версный вход запуска которого соединен с выходом элемента И 21 и первым входом элемента ИЛИ-НЕ 22, второй вход которого соединен с выходом элемента И 20, а выход - с входом синхронизации регистра 12. Инверсный выход переполнения счетчика 13 соединен с первым входом элемента И 21, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 23, вход которого, а также второй вход элемента И 20516соединены с шиной единичного потенциала в случае измерения энергии и сшиной нулевого потенциала при измерении активной мощности. Выход одновибратора 18 является третьим выходом БУО 5.БЗ 7 может содержать (фиг.3) двакомпаратора 24 и 25 напряжения иэлемент ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ 26, выходкоторого является выходом БЗ 7. Первый и второй входы элемента ИСКЛК)ЧАЮЦ 1 ЕЕ ИЛИ 26 соединены с выходами компараторов 24 и 25 соответственно, инверсные входы которых соединены с шиной нулевого потенциала, а прямыевходы являются первым и вторым входами БЗ 7 соответственно.Электронный измеритель работаетследующим образом (фиг.4).ГОИ 19 вырабатывает импульсы с периодом Т/2, где Т - период дискретизации входных периодических сигналов.Триггер 15 работает в режиме делителячастоты с коэффициентом деления 2 ивырабатывает импульсы с периодом Т.По каждому перепаду сигнала с выходатриггера 15 из "О" в "1" запускаетсяодновибратор 16, импульсом с которого в БВХ 1 и 2 записываются мгновенные значения входных напряжений, пропорциональных напряжению и току сети.По окончании этого импульса величинымгновенных значений сохраняются в БВХ1 и 2. Знак мгновенного напряжениясети определяется компаратором 24, атока - компаратором 25, которые сравнивают величины запомненных в БВХ 1 и2 мгновенных значений с нулевым потенциалом. При этом, если величинамгновенного значения положительна,на выходе соответствующего компаратора формируется сигнал "1",если отрицательная - то "О". Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 в зависимости от знаков двух входных величин вырабатывает на своем выходеи на выходе БЗ 7 знак из произведения, который используется при выполнении операции цифрового интегрирования при усреднении мгновенныхмощностей.Первую половину периода дискретизации при единичном сигнале с выхода триггера 15 мгновенное значениенапряжения, хранящегося на БВХ 1,подается на аналоговый выпрямитель6 и после выпрямления на вход АЦП 4Во второй половине то же самое про 386536исходит с мгновенным значением, хранящимся на БВХ 2. Независимо от полярности напряжений, хранящихся ина БВХ 1, и на БВХ 2, на вход А 1 П 4поступает однополярный сигнал, величина которого может изменяться впределах О-Гмаксгде Онако - максимальная величина входных для измеритепя напряжений. При этом, если АЦП 4 имеет разрядность и, приведенная погрешность преобразованияопределяется выражением 11 оп11 макс 5 где 11- опорное напряжение АЦП4, являющееся постоянной величиной,20 Это в два раза точнее, чем вслучае преобразования двухполярного напряжения, изменяющегося в диапазоне -11 к - 11 ма кс, приведенная погрешность преобразования которого 25 имеет вид 2110 п ИР,= Нц. ИТ, 1 где И - цифровой эквивалент входно-,ц)го напряжения,В середине первой половины пери ода дискретизации перепадом сигналас выхода ГОИ 19 из "1" в "О" запускается одновибратор 18, импульс которого своим окончанием запускаетпроцесс преобразования выпрямленно го мгновенного значения напряженияс выхода БВХ 1 в цифровой код,Полученный код заносится во внутренний регистр В умножителя 8 спадом в "О" сигнала с выхода триггера 40 15 (переход в "1" сигнала на его инверсном выходе). Этим же сигналом втриггер 14 заносится знак произведения двух величин, хранящихся вБВХ 1 и 2, выработанный блоком БЗ 7.45 Во второй половине периода дискре"тизации аналогично преобразуется выпрямленное мгновенное значение напряжения с выхода БВХ 2 и код по перепаду из "О" в "1" сигнала с выхода триггера 15 заносится в регистр А умножителя 8, Через интервал времени, равный времени задержки работы умножителя 9, на его выходе появляется кодХТ, - цифровой эквивалент входно го тока,Этот код задним фронтом импульса, поступающего с одновибратора 16 запи - сывается в регистр В умножителя 9, Код Н заносится в регистр Л умно- жителя 9 в темпе работы ГОИ 19 После умножения на выходе умножителя 9 10 появляется кодт - 1 пГ1 1который по перепаду сигнала с инверсного выхода триггера 15 из "0" в "1" 15 вычитается или суммируется в зависимо". сти от знака полученного произведения, значение которого сохраняется в триггере 14, с содержимым накапливающего сумматора, построенного на регистре 1120 и комбинационном сумматоре-вычитателе 10, В результате на выходе регистра 11 формируется код алгебраической суммы вида25ь 1: И ., И, ИТ, Ь=1где 1 - число просуммированных квантов энергииЕсли измеритель настроен на измеоение энергии и сигнал Е/Р = 1, то на вход одновибратора 17 поступаетпостоянный сигнал 0" и он никогда не запускается, т.е. содержимое регистра 11 никогда не сбрасывается, Одновременно на вход синхронизации приема регистра 35 12 через элементы И 20 и ИЛИ-НЕ 22 поступают импульсы с выхода ГОИ 19. Тем самым в регистр 12 постоянно перезаписывается содержимое регистра 11,40что соответствует значению электроэнергии в сети.45При Е/Р = 0 на вход синхрониза-,ции приема кода регистра 12 черезэлементы И 21 и ИЛИ-НЕ 22 подключается выход переноса счетчика 13, Этотже выход через элемент И 21 подключенк инверсному запускающему входу одновибратора 17. Так как активная мощность представляет собой энергию,выделенную в единицу времени, то ееможно определить путем деления полученной энергии на интервал времени.Время, в течение которого необходимоизмерять энергию, выбирают из условияТ м Т, где Тьх - период входногоЯ 4 Я сигнала, для того, чтобы появилосьсвойство усреднения. С другой стороны,при Тя= 2Т, где 1 - произвольноецелое число, деление заменяется операцией сдвига. Так как операция сдвига не изменяет вид кода, а только передвигает запятую, то при Т = 2 Тимкод полученной энергии на выходе регистра 11 имеет такой же вид, что икод активной мощности. Счетчик 13подсчитывает количество циклов вычисления. На его выходе появляется сигнал переполнения, когда время измерения ", ,= 2 Т, где К - разрядностьсчетчика 13, При этом код на выходерегистра 11, совпадающий по виду с кодом активной мощности, по переднемуфронту сигнала переполнения перезаписывается в регистр 12 и появляетсяна выходе измерителя. Одновременнозапускается одновибратор 17, который своим импульсом сбрасывает в нольсодержимое регистра 11, Далее процесс вычисления активной мощности всети повторяется,Таким образом, предлагаемый измеритель имеет более высокую точностьопределения активной. мощности и энергии благодаря тому, что знаковый разряд АЦП используется в качестве разряда данных, а знак формируется с использованием дополнительных аппаратных средств.Формула изобретенияЭлектронный измеритель мощности и энергии, содержащий два блока выборки и хранения. аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и блок управления и обработки причем вход данных первого блока выборки и хранения является входом измерителя по напряжению, вход данных второго блока выборки и хранения является входом измерителя для напряжения, пропорционального току в сети, выходы первого и второго блоков выборки и хранения соединены с первым и вторым входами данных аналогового коммутатора соответственного, а входы управления блоков выборки и хранения соединены с первым выходом блока управления и обработки, вход управления аналогового коммутатора соединен с вторьм выходом блока управления и обработки, вход запуска аналогоцифрового. преобразователя соединен1 О аналогового выпрямителя соединен свыходом аналогового коммутататора, авыход - с входом данных аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго блоков выборки и хранения соединены с первым и вторымвходами блока определения знака, выход которого соединен с входом длязнакового разряда блока управления иобработки. 9 1638653/с третьим выходом блока управления и обработки, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами данных блока управления и обработки, а группа выходов блока управления и обработки является информационным выходом измерителя, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введенЫ аналоговый выпрямитель и блок определения знака,причем вход1638653 СоставиТехред Редактор А.Лежнина Заказ 92 од но по изобретен -35, Раушска ПИ Госуда КНТ СССР м н оизводственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 Тираж венного комите 113035, Москва ель С.ХромовА;Кравчук Корректор Л.Пилипен открытияд. 4/5