Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь энергетических параметров сигнала

б 0 тий выход - с первым входом формирователя линейно изменяющейся частоты, выход генератора опорной частоты соединен с входом делителя частоты, дополнительно введены суммо- разностиый блок, блок коммутации, второй преобразователь, код - частота, первый и второй блоки переписи кодов, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, двухпозиционный переключатель и четырехвходовой элемент ИЛИ, причем первый вход суммо- разностного блока соединен с входной шиной напряжения, первым входом блока коммутации и вторым входом блока управления, а второй вход соединен с входной шиной тока и со вторым входом блока коммутации, третий и четвертый входы которого соединены соответст-, венно с первым и вторым выходами суммо-разностного блока, пятый вход с четвертым выходом блока управления, шестой вход подключен к земляной шине, а первый и второй выходы соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого трехпоэиционного переключателя, третий выход.второго трехпозиционного переключателя соединен с первым входом четырехвходового элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым выходом двухпозиционного переключателя, третий вход - с выходом формирователялинейно изменяющейся частоты, четвертый вход - с выходом третьего ключа, а выход - с входом вычитания реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с выходом первого блока переписи, первый вход последнего соединен с пятым выходом блока управления, второй вход - с первым выходом счетчика, первый вход которого соединен с шестым выходом блока управления второй вход - с выходом двухвходового элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первым входом второго блока переписивторой вход последнего соединен с седьмым выходом блока управления, а вь 1 ход соединен с первым вхо дом второго преобразователя код -частота, второй вход которого соединен с восьмым выходом блока управления, третий вход соединен с выходомвторогоключа, четвертый вход - свыходом четвертого ключа, а выходсоединен с первыми входами пятого итретьего ключей, кроме того второйвход второго ключа соединен с первымвходом четвертого ключа, второй входкоторого соединен с девятым выходомблока управления, причем второй входпятого ключа соединен с первым входом второго ключа, а выход - с первым входом двухвходового элементаИЛИ, второй вход которого соединенс выходом первого ключа, а второйвход третьего ключа соединен с десятым выходом блока управления, одиннаццатый выход которбго соединен с 530 15 20 25 30 35 40 45 50 55 первым входом шестого клича, второйвход которого соединен с четвертымвыходом делителя частоты, а его выход - со вторым входом первого преобразователя код - частота, выходкоторого соединен с первым входомдвухпозиционного переключателя, второй вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управления, а еговыход соединен со вторым входом формирователя линейно изменяющейся частоты.На чертеже представлена структурная схема многофункционального аналого-цифрового преобразователя энергетических параметров.Устройство содержит. блок управле ния 1, суммо-разностный блок 2, блоккоммутации 3, трехпозиционные переключатели 4 и 5, квадратичный преобразователь напряжение-частота б, четырехвходовой элемент ИЛИ 7, реверсивный счетчик 8, формирователь линейно изменяющейся частоты 9, ключи10 - 15, блоки переписи 16 и 17,двухпозиционный переключатель 18,двухвходовую логическую схему ИЛИ 19,счетчик 20, преобразователи код-частота. 21 и 22, делитель частоты 23,генератор опорной частоты 24,Устройство работает следующим образом.При работе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в режиме преобразования действующего значения сигнала в код процесс преобраэования состоит иэ трех тактов и программируется блоком управления, В первом такте длительностью Т переключатели 4и 5 устанавливаются в положении "1".При этом к входу преобразователя бпосредством блока коммутации, управляемого сигналом с блока 1, подклю-чается сигнал,.пропорциональный напряжению О (с) или току О (с) нагрузки (в зависимости от выбранногорежима работы прибора). Во второмтакте той же длительности переключатели 4 и 5 посредством блока 1переводятся в положение " Г ", приэтом к входу преобразователя б подключается нулевой потенциал, Крометого, в одном из этих двух тактовпо сигналу с блока 1 открываетсяключ 15.В результате по истечении двухЪтактов в реверсивном счетчике такженакапливается числот"хаио чс а в преобразователе 21 числоВ= 1,(1)В третьем такте (положение " )и переключателей 4 и 5, открыт ключ 10) осуществляется описывание числа в реверсивном счетчике линейно изме- няющейся частотой с,выхода формирователя 9, формируемой с помощью преКак видно из выражения (11), точность аналого-цифрового преобразователя активной мощности определяется лишь стабильностью образцового напряжения преобразователя б.В режиме измерения полной мощности работа АЦП осуществляется . в два цикла, каждый из которых состоит из трех тактов. Переключатель 18 при этом в течение обоих циклов находится в положении "1". В первом цикле описанным выше образом (при рассмотрении режима измерения действующего значения сигнала) осуществляется процесс преобразования действующего значения, например напряжения О, , пропорционально напряжению нагрузки. При этом в течение первых двух тактов первого цикла в реверсивный счетчик и в управляющий счетчик преобразователя21 заносятся соответственно числа иМ, и М,пропорциональные соответст-венно квадрату действующего значения и длительности такта. В третьемтакте осуществляется описывание донуля числа в реверсивный счетчик линейно изменяющейся частотой формирователя 9. При этом длительностьтретьего такта в соответствии с выражением (5) определяется как42 мя 1 чьсо 1.1 о Х,ОВ течение этого времени черезоткрытый сигналом с блока 1 ключ 13осуществляется заполнение управляющего счетчика преобразователя 22частотой 14 . В результате в этомсчетчике фиксируется число, пропорциональное действующему значению Овк =О125 О КО Уогде К= -д- - коэффициент деления де 4 лителя частоты.На этом первый цикл преобразования полной мощности заканчивается.На втором цикле в течение трехтактов аналогичным образом осуществляется преобразование напряжения,пропорционального току нагрузки, вовременной интервалРМОФлмч ойкч13С 1, 1 Хо ОВ течение этого времени сигналомс блока 1 открываются ключи 14 и 11.В результате"на сигйальный вход пре-0образователя 22 поступают импульсыс частотой Ю 4 ,а его выходной сигналчастота которого . 2 НМ М 5=О О - =Кт К14 10 где 2 ММк:1.1 1 к 165 - полная мощность,являющаяся кодовым эквивалентом полной мощности, .Из выражения (14) видно, что точность преобразоВания полной мощностиопределяется лишь стабильностью образцового напряжения преобразователяб О (величины М,МЗ,К и, М 6 задаютсяс абсолютной точйостью).В режиме преобразования коэф;рпциента мощности процесс преобразования состоит из четырех циклов, Приэтом в первых двух циклах работа при 2 бора полностью аналогична режиму измерения полной мощности, по окончании этих двух циклов в счетчике 20фиксируется код полной мощности,определяемый выражением (11). Соот 30 ветствующими сигналами с блока управления в этот момент производитсясброс счетчиков преобразователя 22,перепись кода с помощью блока переписи кода 17 из счетчика 20 в управ 35 ляющий счетчик преобразователя 22 исброс счетчика 20. В третьем цикле,также состоящем из трех тактов, производится кодирование активной мощности. При этом устройство работает40 так же, как в описанном выше, режимепреобразования активноймощности.По окончании третьего цикла счетчиком20 фиксируется код активной мощности,определяемый соотношением (11). Перед началом четвертого цикла соответ 45 ствующими сигналами блока управленияосуществляется перепись кода с помощью блока переписи 16 из счетчика 20.В четвертом цикле по команде с50 блока управления открываются ключи10, 11 и 12, При этом осуществляетсяописывание до нулевого значения числа в реверсивном счетчике выходнойчастотой преобразователя 22. ф5515 Мв 5 Яь 455 М 4 частоты счетчика 20, в последнем получают цифровой эквивалент активной.мощности где М 6 - емкость счетчика преобразователя 22,поступает через открытый ключ 14 в счетчик 20, При этом в последнем накапливается число5 5 С 1или с учетом выражений (12) .и (13) и измерения времени описывания Тс счетно-импульсным методом путем заполнениясчетчика 20 импульсами с частотой Х . В данном случае справедливы соотношенияМРТс= -Мк -с 14,5Как видно из выражения (16), преобразование коэффициента мощности также принципиально является высокоточным, поскольку в функции преобразования в качестве пропорциональности входят лишь величины, задаваемыес абсолютной точностью,Таким образом, предложенный АЦПпозволяет осуществить высокоточноепреобразование действующего значения,активной и полной мощности и коэффициента мощности сигналов с несинусоидальной формой кривой. При этомструктура устройства обеспечиваетмаксимальное использование одних итех же узлов и но многом одинаковуюорганизацию блока управления припреобразовании различных величин, чтои обусловливает ее относительнуюпростоту. откуда с учетом выражений (11).,(1 ч) и (15) имеютР ФКЦБИк щ-к к16км1 ы км где й - число, фиксируемое в момент обнуления реверсивного счетчика счетчиком 20 (все ключи в этот момент закрываются и процесс преобразования заканчивается), являющееся кодом коэффициента мощности4 К йбь Формула изобретения Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь энергетических параметров сигнала, содержащий квадратичный преобразователь напряжение-частота, вход которого соеди-нен с выходом первого трйхпозиционного переключателя, а выход - с входом второго трехпозиционного переключателя, причем первый выход последнего соединен с входом сложения реверсивного счетчика, а второй выход соединен с первым входом первого преобразователя код-чаотота, первый выход блока управления соединен с первым входом первого и со вторым входом второго трехпозиционных переключателей, и второй вход первого подключен к шине "земля", второй и третий ныходы блока управления соединены соответственно с первыми входами первого и второго ключей, а первый вход блока управления соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй выходы делителя частоты соединенысоответственно со вторыми входами первого и второго ключей, а третий выход - с первым входом формирователя линейно изме" няющейся частоты, выход генератора опорной частоты соединен с входом.делителя частоты, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, вустройство дополнительно введенысуммо-разностный блок, блок коммутации, второй преобразователь кодчастота, первый и второй блоки переписи кодов, третий, четвертый пятыйи шестой ключи, двухпозиционнйй переключатель и четырехнходовой элементИЛИ, причем первый вход суммо- разностного блока соединен с входнойшиной напряжения, первый входом блока коммутации и вторым входом блокауправления, а второй вход соединенс нходной шиной тока и со вторым входом блока коммутации, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами суммо-разностного блока, пятыйвход с четвертым выходом блока управ ления, шестой вход подключен к земляной шине, а первый и второй выходысоединены соответственно с третьим ичетвертым входами первого трехпозиционного переключателя, третий выход 25 второго трехпозиционного переключателя соединен с первым входомчетырехнходового элемента ИЛИ, второй вход которого соединен спервым выходом двухпозиционного 30 переключателя, третий вход с выходом формирователя .линейно изменяющейся частоты, четвертый входс выходом третьего ключа, а выход -с входом вычитания реверсивного счет чика, третий вход которого соединенс выходом первого блока переписи,первый вход последнего соединен спятым выходом блока управления, второй нход - с первым выходом счетчи ка, первый вход которого соединен сшестым выходом блока управления,второй вход - с выходом днухвходовогоэлемента ИЛИ, а второй выход соединенс первым входом второго блока перепи си, второй вход последнего соединенс седьмым выходом блока управления,а выход соединен с первым входом второго преобразователя код-частота, второй вход которого соединен с восьмымвыходом блока управления, третий вход,соединен с выходом второго ключа чет,:вертый вход - с выходом четвертогоключаа выход соединен с первыми вхо.,дами йятого и третьего ключей, крометого второй вход второго ключа соединен с первым входом четвертого ключа, второй вход которого соединен сдевятым выходом блока управления, причем второй вход пятого ключа соединецс первым входом второго ключа, а вы ход - с первым входом двухвходоногоэлемента ИЛИ, второй вход которогосоединен с выходом первого ключа, авторой вход третьего ключа соединенс десятым выходом блока управления, 65 одиннадцатый выход которого соединен74 6294 щИсточники информации,5принятые во внимание при экспертизе1.Орнатский П.П. и др. Измерительные приборы периодического сравненияМ., "Энергия", 1975, с,178,2. Заявка Р 2046145/18-21 МКИС 01 й 13/02 (прототип,Ж Составитель Л.Беляева ктор Т,Иванова Техред М. Петко Корректор Н.Стецказ 4964/49 Тираж 101ЦНИИПИ Государственногпо делам изобретени 113035, Москва, ЖПод комитета:С и открытий аушская на 9 писноео ССРй,Р б., д.4/5илиал ППП "Патент", г,ужгород,ул,Проектнря,4 с первым входом шестого ключа, второй вход которого соединен с четвертым выходом делителя частоты, а еговыход - со вторым входом первогопреобразователя код-частота, выходкоторога соединен с первым входомдвухпозиционного йереключателя, второй вход которого соединен с двенадцатым выходом блока управления, аего выход соединен со вторым входом формирователя линейно изменяющейсячастоты.