Цифровий вимірювач потужності змінного струму

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения мощности переменного тока. Известно устройство для измерения мощности [1], содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, входы которых являются входами устройства, перемножитель, две ячейки выборки и хранения, нуль-орган и дифференциатор, выход которого соединен с входом нуль-органа, а вход - со входами ячеек выборки и хранения, кроме того в него введены сумматор, инвертор и два формирователя импульсов, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующи х ячеек выборки и хранения, соединенных выходами с соответствующими входами сумматора, выход которого является выходом устройства, причем входы перемножителя подключены к выходам масштабных преобразователей тока и напряжения, а выход ко входу дифференциатора, входы формирователей импульсов соединены с выходом нуль-органа непосредственно и через инвертор соответственно. Недостатком данного устройства является наличие большой погрешности вычисления мощности переменного тока, снижающей точность устройства и обусловленной погрешностью реального аналогового умножителя, а именно [2]: - погрешность, связанная со смещением на входе; - погрешность, связанная со смещением на выходе; - погрешность, связанная с масштабным коэффициентом; - погрешность, связанная с нелинейностью. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является цифровой измеритель мощности [3], содержащий входные преобразователи напряжения и тока, источник опорного напряжения, два коммутатора, интегратор, блок управления и генератор тактовых импульсов, причем входы входных преобразователей напряжения и тока являются входами измерителя, входы первого и второго коммутаторов подключены ко входу интегратора, а выход его подключен ко входу блока управления, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго коммутаторов, при этом выходы входных преобразователей подключены к первому и второму входам первого коммутатора, третий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, первый вход второго коммутатора подключен к выходу источника опорного напряжения, четвертый вход первого коммутатора и второй вход второго коммутатора подключены к общей шине, второй вход блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход является выходом цифрового измерителя мощности. Недостатком данного устройства является то, что среднее значение мощности за период преобразования не учитывает сдвига фаз между изменением тока и напряжения, а также довольно сложное управление интегрированием (10 тактов длительностью что вызывает десятикратное увеличение погрешности, связанной с наличием переходных процессов в коммутаторах в моменты переключения. Кроме указанных недостатков, имеются некоторые аспекты, показывающие ограниченность области применения приведенной в прототипе схемы, а именно: 1. Для получения конечного результата измерения необходимо произвести сложение выражений (6) и (11), в результате чего отношения а также взаимно исключаются. Однако это возможно лишь для постоянного сигнала. В основу изобретения поставлена задача разработки цифрового измерителя мощности переменного тока, в котором умножение аналоговых сигналов заменяется перемножением импульсных последовательностей с последующим интегрированием при уменьшении числа тактов и наличии счетного выхода, за счет чего достигают повышения точности определения мощности переменного тока. Поставленная задача решается тем, что в цифровой измеритель мощности переменного тока, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, источник опорного напряжения, два коммутатора, интегратор и блок управления, причем входы входных преобразователей напряжения и тока являются входами измерителя, выходы первого и второго коммутаторов подключены ко входу интегратора, а выход его подключен ко входу блока управления, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго коммутаторов, согласно изобретению, введены первый и второй блоки измерения разности фаз, схема разности, два инвертора, выпрямитель, блок деления, счетчик и индикатор, при этом выход входного преобразователя напряжения подключен к первым входам блоков измерения разности фаз, а выход входного преобразователя тока подключен ко вторым входам блоков измерения разности фаз и к входу выпрямителя, выход которого непосредственно подключен ко входу первого коммутатора и через первый инвертор - ко входу второго коммутатора, кроме этого выходы блоков измерения разности фаз подключены ко входам схемы разности, выход которой подключен к первому входу блока деления, ко второму входу которого подключен выход источника опорного напряжения, а выход блока деления связан непосредственно со вторым входом и через второй инвертор с третьим входом блока управления, выход которого через счетчик связан с индикатором. Отличительные признаки предполагаемого изобретения являются общими существенными признаками, так как их наличие обеспечивает формирование на выходе блока управления последовательности импульсов с частотой, пропорциональной мгновенной мощности в измеряемой цепи переменного тока, что существенно повышает точность измерения мощности, т.е. указанными техническими средствами решается поставленная задача. На фиг.1 изображена блок-схема цифрового измерителя мощности переменного тока; на фиг.2 - эпюры напряжений на выходе блоков устройства. Цифровой измеритель мощности переменного тока содержит входные преобразователь 1 напряжения и преобразователь 2 тока, которые являются входами измерителя, первый коммутатор 3 и второй коммутатор 4, вы ходы которых подключены ко входу интегратора 5, выход последнего связан с первым входом блока управления 6, первый и второй управляющие входы которого соответственно подключены к управляющим входам первого 3 и второго 4 коммутаторов, вы ход входного преобразователя 1 напряжения подключен к первым входам первого блока 7 и второго блока 8 измерения разности фаз, а выход входного преобразователя 2 тока подключен ко вторым входам блоков 7 и 8 измерения разности фаз и ко входу выпрямителя 9, выход которого непосредственно подключен ко входу первого коммутатора 3 и через первый инвертор 10 ко входу второго коммутатора 4, кроме этого выходы блоков 7 и 8 измерения разности фаз подключены ко входам схемы разности 11, выход которой подключен к первому входу блока деления 12, ко второму входу которого подключен выход источника опорного напряжения 13, а выход блока деления 12 связан непосредственно со вторым входом и через второй инвертор 14 - с третьим входом блока управления 6, выход которого через счетчик импульсов 15 связан с индикатором 16. Введение двух блоков измерения разности фаз и схемы разности обеспечивает формирование на выходе схемы разности сигнала вида разности фаз из Первый блок измерения входных сигналов вида и формирует сигнал а второй блок формирует сигнал вида Отсюда разность этих сигналов на выходе блока разности будет равна (принципиальные схемы и работа блоков измерения разности фаз приведены на с.31 в работе [4]). На выходе блока деления получается сигнал вида На выходе интегратора будем иметь сигнал вида Когда достигнет величины на входе компаратора, на основе которого выполняется блок управления, будем иметь откуда частота следования импульсов на входе счетчика будет равна Устройство работает следующим образом. С выходов преобразователей 1 и 2 переменные напряжения подаются к измерителям разности фаз 7 и 8, на выходах которых формируются сигналы, постоянные составляющие которых пропорциональны фазовому сдвигу между током и напряжением. Схема 11 разности обеспечивает выделение постоянной составляющей, пропорциональной амплитуде напряжения и разности фаз между током и напряжением. Постоянное напряжение с выхода схемы 11 разности подается на блок 12 деления, на второй вход которого подается опорное напряжение источника 13 опорных напряжений. С выхода блока 12 деления постоянное напряжение, величина которого обратно пропорциональна величине подается непосредственно и через инвертор 14 на входы блока 6 управления, где используется в качестве опорного сигнала. Переменное напряжение с выхода преобразователя 2 выпрямляется выпрямителем 9 и подается непосредственно на коммутатор 3 и через инвертор 10 - на коммутатор 4. Работа интегратора 5 и блока 6 управления иллюстрируется диаграммами, приведенными на фиг. 2. При появлении напряжения на выходе преобразователя 2 и при наличии на втором управляющем выходе блока 6 управления в момент времени "0", коммутатор 4 открыт и положительное постоянное напряжение, величина которого пропорциональна току, поступает на вход интегратора 5. При достижении выходным напряжением интегратора 5 значения блок 6 управления устанавливается в состояние, соответствующее моменту времени При этом на втором управляющем выходе появляется "1" и коммутатор 3 открывается, коммутатор 4 закрывается, в блоке 6 управления к опорному входу подключается напряжение При достижении выходным напряжением интегратора 5 значения блок 6 управления перебрасывается в обратное состояние и процесс повторяется. Выходное напряжение блока 6 управления (фиг.2) подается на счетчик 15 импульсов, коэффициент деления которого устанавливается в зависимости от масштаба. Индикатор 16 управляется выходными импульсами счетчика 15. Блок управления выполняется на базе компаратора. Такое построение схемы цифрового измерителя мощности переменного тока, а также выбор его работы позволяет существенно повысить точность определения мощности переменного тока по сравнению с прототипом.