способ определения коэффициента мощности
Классы МПК: | G01R21/00 Устройства для измерения электрической мощности или коэффициента мощности |
Автор(ы): | Мелентьев В.С., Шутов В.С., Баскаков В.С. |
Патентообладатель(и): | Самарский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-07-08 публикация патента:
27.06.1995 |
Использование: определение коэффициента мощности в электроизмерительной технике. Сущность изобретения: в произвольный момент времени измеряют мгновенные значения напряжения и тока и дополнительно их значения со сдвигом по фазе относительно первых на угол /2 в сторону опережения, а коэффициент мощности определяют по формуле где U1, U2 - мгновенные значения напряжения соответственно исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол /2 I1, I2 - мгновенные значения тока соответственно в исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол /2 . 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ, заключающийся в том, что в произвольный момент времени измеряют мгновенные значения напряжения и тока в исследуемой цепи и определяют коэффициент мощности, отличающийся тем, что, с целью его упрощения, в этот же момент времени измеряют мгновенные значения напряжения и тока со сдвигом по фазе относительно первых на угол /2 в сторону опережения, а коэффициент мощности определяют по формулегде U1, U2 мгновенные значения напряжения соответственно исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол /2;
I1, I2 мгновенные значения тока соответственно в исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол /2.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки экономичности электропотребления промышленных объектов. Известен способ измерения коэффициента мощности (1) заключающийся в том, что измеряют три мгновенных значения напряжения исследуемой цепи, взятые в моменты времени, равноотстоящие друг от друга, первое из которых взято в момент перехода сигнала тока в исследуемой цепи через ноль, а затем вычисляют коэффициент мощности. Недостатками данного способа являются низкое быстродействие, обусловленное тем, что время измерения зависит от момента начала измерения и может в общем случае составлять около периода входного сигнала, и невысокая точность измерения, обусловленная погрешностью определения момента перехода сигнала тока через ноль. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения коэффициента мощности (2), заключающийся в том, что измеряют три мгновенных значения напряжения исследуемой цепи, взятые в моменты времени, равноотстоящие друг от друга, в те же моменты времени измеряют мгновенные значения тока в исследуемой цепи, причем первое измерение производят в произвольный момент времени, а коэффициент мощности определяют по формуле+ (1) где U1, U2, U3 мгновенные значение напряжения исследуемой цепи;
I1, I1, I3 мгновенные значения тока в исследуемой цепи. Недостатками данного способа являются низкое быстродействие и сложность. Низкое быстродействие обусловлено тем, что производят измерения трех мгновенных значений напряжения и тока, взятые через равноотстоящие друг от друга промежутки времени. В общем случае, если вторые мгновенные значения напряжения и (или) тока равны нулю, производят четыре измерения мгновенных значений. Кроме того, данный способ сложен, так как предусматривает анализ вторых мгновенных значений напряжения и тока на ноль и требует проведения большого числа измерительных и вычислительных операций. Цель изобретения повышение быстродействия и упрощение способа. Поставленная цель достигается тем, что в произвольный момент времени измеряют мгновенные значения напряжения и тока исследуемой цепи, в этот же момент времени измеряют мгновенные значения напряжения и тока со сдвигом по фазе относительно первых на угол /2 в сторону опережения, а коэффициент мощности определяют по формуле
cos (2) где U1, U2 мгновенные значения напряжений соответственно исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол /2. I1, I2 мгновенные значения токов соответственно в исследуемой цепи и сдвинутого по отношению к нему на угол . На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 2 блок-схема устройства, реализующего данный способ. Сущность способа состоит в определении коэффициента мощности по двум мгновенным значениям напряжения и тока, одновременно измеренным в произвольный момент времени, причем вторые мгновенные значения напряжения и тока сдвигают относительно первых на угол /2 в сторону опережения согласно формуле (2). Если сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи содержат только первые гармоники, то U1= Um sin 1; U2 U2=Umsin + Um sin 1; I1 Im sin 2; I2 I2=Imsin + =Imcos2, где 1, 2 начальные фазы сигналов напряжения и тока. Тогда выражение (2) принимает вид
(3)
Так как sin2 1 + cos2 1 1; sin2 2 + + cos2 2 1, a cos 1 cos 2 + sin 1 sin 2 cos ( 1 2) cos,где угол сдвига фаз между напряжением и током в исследуемой цепи, то
cos
(4)
Таким образом выражение (2) соответствует коэффициенту мощности. Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг.2) содержит фазосдвигающие блоки 1 и 2, аналого-цифровые преобразователи 3-6, мультиплексор 7, вычислительный блок 8 и блок управления 9, причем шина напряжения и u(t) исследуемой цепи соединена с входом аналого-цифрового преобразователя 4 и через фазосдвигающий блок 1 с входом аналого-цифрового преобразователя 3, шина тока i(t) в исследуемой цепи соединена с входом аналого-цифрового преобразователя 6 и через фазосдвигающий блок 2 с входом аналого-цифрового преобразователя 5, выходы разрядов аналого-цифровых преобразователей 3-6 соединены соответственно с первой, второй, третьей и четвертой группами входов мультиплексора 7, выходы которого соединены с информационными входами вычислительного блока 8, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 9 управления, второй выход которого соединен с запускающими входами аналого-цифровых преобразователей 3-6, а третий и четвертый выходы блока 9 управления соединены с управляющими входами мультиплексора 7, вход блока 9 управления соединен с входом начальной установки вычислительного блока 8 и шиной "Пуск" устройства. Устройство работает следующим образом. Фазосдвигающие блоки 1 и 2 осуществляют сдвиг сигналов напряжения и тока на угол /2. После подачи импульса на шину "Пуск" устройства вычислительный блок 8 переходит к началу выполнения программы, а на третьем и четвертом выходах блока 9 управления устанавливается код ОС, по которому мультиплексор 7 подключает выходы разрядов АЦП 3 к информационным входам вычислительного блока 8. По команде с блока 9 управления в момент времени t1 (фиг.1) запускаются аналого-цифровые преобразователи 3,4,5 и 6, на входах которых в это время величины напряжений и токов соответственно равны U2, U1, I2 и I1. Блок 9 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 8. Код N2U с выходов АЦП3; пропорциональный напряжению U2, записывается в вычислительный блок 8. После этого на третьем и четвертом выходах блока 9 управления устанавливается код 01, по которому мультиплексор 7 подключает выходы разрядов АЦП 4 к информационным входам вычислительного блока 8. Блок 9 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 8. Код N1U с выходов АЦП4, пропорциональный напряжению U1, записывается в вычислительный блок 8. После этого на третьем и четвертом выходах блока 9 управления устанавливается код 10, по которому мультиплексор 7 подключает выходы pазpядов АЦП5 к информационным входам вычислительного блока 8. Блок 9 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 8. Код N2I с выходов АЦП 5, пропорциональный току I2, записывается в вычислительный блок 8. После этого на третьем и четвертом выходах блока 9 управления устанавливается код 11, по которому мультиплексор 7 подключает выходы разрядов АЦП 6 к информационным входам вычислительного блока 8. Блок 9 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 8. Код N1I с выходов АЦП 6, пропорциональный току I1, записывается в вычислительный блок. В вычислительном блоке 9 выполняются вычисления согласно выражению
Nвых
(5)
Выходной код Nвых пропорционален коэффициенту мощности. В качестве аналого-цифровых преобразователей могут быть использованы АЦП параллельного типа с выходным регистром памяти. В качестве вычислительного блока 9 может быть использована микро-ЭВМ или специальное, программно-управляемое, вычислительное устройство. В известном способе время определения коэффициента мощности зависит от длительности шага дискретизации t, который определяется, в основном, временем аналого-цифрового преобразователя, и времени выполнения вычислительных операций Твыч.и. Минимальное время определения коэффициента мощности равно Тиmin2 t + Tвыч.и. В общем случае, если вторые мгновенные значения напряжения и (или) тока равны нулю, производят четыре измерения мгновенных значений напряжения и тока. В этом случае время измерения равно Ти.max 2 t + Tвыч.и. Время выполнения вычислительных операций в известном способе равно Твыч.и 20 ty + 9 tc + 4tв + 2tд, где ty время выполнения одной операции умножения (квадратирования); tc время выполнения одной операции сложения (вычитания); tв время выполнения одной операции вычисления квадратного корня; tд время выполнения одной операции деления. В предлагаемом способе время определения коэффициента мощности также зависит, в основном, от времени аналого-цифрового преобразования и времени выполнения вычислительных операций и равно T3 t + Tвыч.3. Время выполнения вычислительных операций равно Твыч.3 7ty + 3tc + tв+ tд. Если считать, что ty tв tд и пренебречь временем выполнения операций сложения (вычитания), то предлагаемый способ обеспечивает выигрыш в быстродействии выполнения вычислительных операций в kв 2,87 раза. Предлагаемый способ обеспечивает выигрыш в быстродействии выполнения измерительных процедур примерно в 4 раза. Предлагаемый способ проще известного, поскольку содержит меньшее число измерительных и вычислительных операций и исключает необходимость анализа мгновенных значений напряжения и тока на ноль, так как знаменатель выражения (2) никогда не может обратиться в ноль.
Класс G01R21/00 Устройства для измерения электрической мощности или коэффициента мощности