Огляд методів і засобів вимірювання активної потужності. Вибір і розрахунок вхідного перетворювача напруги, страница 2

Перемножуючий пристрій є центральним вузлом ВП. Метрологічні можливості методів аналого-цифрового перетворювача потужності в більшості залежать від способів перемноження і усереднення, а також від розположення пристроїв реалізуючи операцій в функціональній схемі вимірювача. Тепер намітились три напрямки розвитку структур цифрових засобів вимірювання потужності, відповідно трьом способам перемноження, цифровому, аналоговому і аналого-цифровому. Розглянемо кожен з цих напрямків.

Вимірювачі потужності з перетворенням основних функціональних залежностей в аналоговій формі.

ВП з аналоговим перемноженням сигналів можна розділити на дві групи:

До першої відноситься пристрій з аналоговим перемноженням  і наступним аналоговим усередненням і другу групу складають засоби з аналоговим перемноженням і наступним усередненням в процесі аналого-цифрового перетворення. Усереднення здійснюються аналоговими, цифровими і гібридними методами. Вимірювачі потужності з аналоговим усерередненням

(мал..2) алгоритм одержання результату може бути відображений слідуючими перетвореннями.

Узагальненна структурна схема ВП з аналоговим усередненням

АП – аналоговий перемножував,  АЦП – аналоговий усереднюючий пристрій (фільтр нижніх частот)

u(t)     k₁ u(t)

i(t)      k₂ i(t)     R1·R2u(t)·i(t)=R₁·R₂ p(t)            A     N_p , де

k₁ і k₂ – коефіцієнти перетворення ВПН і ВПС;

p(t) – сигнал, пропорційний миттєвій потужності;

m – цілий коефіцієнт кратності;

A – інформативний параметр сигналу постійного струму на виході АЦП

(напругу або струм) Використовуючи аналогово перемножуючий пристрій, цифровий еквівалент активної потужності  можна визначити шляхом цифрового усереднення з попереднім аналого-цифровим перетворенням  миттєвих значень вихідного сигналу АП.

В такому цифровому пристрої ВП (мал.3)

R₁·R₂p(t)     , де n – кількість перетворювань сигналу p(t) за період:

Np(tn) – цифрові еквіваленти сигналу p(t) в n-i моменти часу.

Структурна схема ВП з цифровим усередненням.

Одним з найбільш перспективних напрямків розвитку структур цифрових засобів вимірювання потужності є їх синтез з врахуванням переваг аналогових і цифрових методів обробки інформації. Прикладом такої структури, що забезпечує достатньо високу точність при значній швидкодії може служити схема приведена на (мал.4). (УАЦП – усереднюючий аналого-цифровий перетворювач)

Структурна схема ВП з усереднюючим аналого-цифровим перетворювачем

            В такій структурі k₁k₂p(t)     

N_T – цифровий еквівалент часу

mT (T-період основної гармоніки вхідного сигналу, m-цілий коефіцієнт кратності)

Інтервал інтегрування задається блоком управління БУ шляхом виділення одного або декількох періодів вхідного сигналу. В процесі усереднюю чого аналого-цифрового перетворення, крім інтегрування сигналу p(t) за час mT, здійснюється ділення інтегралу в явному або неявному виді на час інтегрування. Середнє значення вихідного сигналу АП визначається так як і в завадостійких АЦП напруги постійного струму з двохтактним інтегруванням. Найбільш поширені методи, що передбачають настройку частоти заповнення інтервалу другого такту інтегрування під частоту вхідного сигналу, формування опорної напруги, пропорційного періоду вхідних сигналів, використання вагового інтегрування, що забезпечує подавлення завад в широкому діапазоні частот і на кінець, ділення цифрового значення інтеграла від сигнала p(t) за час mT на цифрове значення цього часу. Формування опорної напруги може здійснюватись або інтегруванням зразкової напруги за інтервал часу mT, або шляхом використання цифрового перетворювача, на керуючий вхід якого подається цифровий код, відповідний часу інтегрування. Так як в цих пристроях основні математичні операції виконуються в аналоговій формі, забезпечується висока швидкодія ВП, а підвищення точності аналогового перемноження інтегрування можна добитися алгоритмічними методами.

Вимірювачі потужності з цифровим функціональним