• 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.

Единицы основных и производных величин

Единица физической величины представляет собой значение этой величины, принятое за основание для сравнения с ней значений...

читать далее

Метод совпадений (или метод «нониуса») представляет собой метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой...

читать далее

Добавочные сопротивления

Добавочные сопротивления являются измерительными преобразователями напряжения в ток...

читать далее