• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Построение цифровых ваттметров и счетчиков электрической энергии

Построение цифровых ваттметров и счетчиков электрической энергии
Построение цифровых ваттметров и счетчиков электрической энергии основаны на реализации операции умножения и интегрирования мгновенной мощности. Поэтому при проектировании ваттметров и счетчиков электрической энергии, особое внимание уделяется перемножающему устройству, от метрологических характеристик которого и зависит главным образом погрешность измерения.

Сравнительный анализ широко применяемых электронных схем умножения, выполненных на операционных усилителях и импульсных логических элементах микроэлектроники, показал, что наиболее перспективной реализацией перемножающего устройства является схема импульсного перемножения двух аналоговых сигналов по способу ШИМ-АИМ (широтно-импульсной-амплитудно-импульсной модуляции), которая позволяет добиться погрешности умножения меньшей 0,01 % в полосе рабочих частот несколько сотен герц.
Функциональная схема импульсного перемножающего устройства (ИПУ), входящего в состав электронного счетчика электрической энергии в качестве одного из основных узлов, а также принцип перемножения иллюстрируется схемой рис. 53 и графиками рис. 54.
ИПУ включает в себя два основных узла: широтно-импульсный модулятор (ШИМ) и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ). Основное назначение ИПУ: сформировать на выходе импульсное напряжение Uвых, среднее значение которого прямо пропорционально произведению двух входных сигналов Uy и Ux, то есть мгновенной мощности P:

, (27)
где Ux и Uy – амплитуды напряжений, пропорциональные соответственно току и напряжению в нагрузке; k1 и k2 – масштабные коэффициенты для этих напряжений; k – коэффициент пропорциональности; Р – мгновенная мощность.


Рис. 53. Функциональная схема счетчика: DA1 – интегратор; DA2 – триггер Шмитта;
DA3 – компаратор; DA4 – инвертор; DD1, DD2 – электронные ключи; DA5.1 – повторитель; DA52 – инвертор; DA53 – инвертирующий интегратор;
DA5.4 – инвертирующий триггер Шмитта; ФНЧ – фильтр нижних частот


Рис. 54. Временные диаграммы, поясняющие работу узла ШИМ


Формирование этого напряжения в ИПУ осуществляется по описанному ниже способу «ШИМ – АИМ» следующим образом.

Пусть на входы ИПУ XS1 и XS2 подаются напряжения любой формы, например, Ux – постоянное напряжение +5 В, пропорциональное току Ix, и Uy – также постоянное напряжение +5 В, пропорциональное напряжению Uн в нагрузке, то есть

;, (28)
где ki и ku – соответствующие коэффициенты пропорциональности.

Как видно из схемы, Ux подается на узел ШИМ, а Uy – на вход узла АИМ.

В соответствии с этим, напряжение Ux подвергается процессу широтно-импульсной модуляции, то есть формируются импульсы, скважность которых, то есть отношение периода к длительности (ширине) импульса, прямо пропорциональна величине напряжения Ux. В свою очередь, сформированное узлом ШИМ импульсное напряжение модулируется по амплитуде второй контролируемой величиной Uy в амплитудно-импульсном модуляторе, в результате чего конечная амплитуда этих импульсов на выходе ИПУ оказывается прямо пропорциональной величине Uy.

Таким образом, на выходе ИПУ формируется величина произведения двух сигналов, пропорциональная мгновенной мощности.

Сдвиг по фазе между двумя синусоидальными напряжениями одинаковой частоты можно измерить методом эллипса...

читать далее

Определение измерения

Определения метрологии и метрологического обеспечения начинаются с основного понятия – измерение. Пожалуй, ни одно определение...

читать далее

Косвенными измерениями называют такие измерения, при которых значение искомой величины находят на основании...

читать далее