Разработка функциональной схемы. Обобщенная функциональная схема. Преобразователь активной мощности

2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ

 СХЕМЫ

2.1 Обобщенная функциональная схема

Рис.2.1. Обобщенная функциональная схема

Преобразователь входных сигналов (ПВС) – производит масштабирование и преобразование входных измеряемых сигналов в вид наиболее удобный для обработки.

Преобразователь активной  мощности (ПАМ) – служит для преобразования входных величин в сигнал пропорциональный потребляемой активной электрической мощности.

Счетное устройство (СчУ) – производит подсчет активной электрической мощности.

Устройство индикации (УИ) – отображает количество потребленной электрической энергии.

2.2 Преобразователь активной мощности

Выбор преобразователя активной мощности имеет важное значение. В настоящее время для перемножения мгновенных значений напряжения и тока рекомендуется применять интегральные перемножители, к примеру таких как AD534L “Analog Devices”. Погрешность перемножения этой микросхемы, выраженная в процентах от полной шкалы составляет не более + 0.25%. Однако класс точности счетчиков электрической энергии принято устанавливать по пределу допускаемой относительной погрешности. В связи с этим была оценена погрешность перемножителя, которая  определяется отношением абсолютной погрешности перемножителя в данной точке диапазона изменения входного сигнала к результату перемножения в этой же точке. Получили, что при уменьшении входного сигнала в 2 раза от максимального значения относительная погрешность увеличилась также в 2 раза и составила 0.5%, при уменьшении в 4 раза – 1% и т.д., вплоть до 25% при уменьшении входного сигнала в 100 раз. Поэтому необходимо корректировать влияние погрешности перемножителя на точность преобразователя активной мощности.

Это можно сделать при помощи схемы компенсационного преобразователя активной электрической мощности.

Рис.2.2. Преобразователь активной мощности

Функциональная схема компенсационного преобразователя активной электрической мощности представлена на рис.2.2. Так как в преобразователе перемножаются два напряжения переменного тока, пропорциональные напряжению ____ и току ___ в цепи, где измеряется мощность, то частота ω₀ вспомогательного сигнала напряжения  должна быть выше частоты Ω перемножаемых сигналов.  Управляющий сигнал u_y, пропорциональный входному сигналу u_v, имеет частоту Ω. Выходной сигнал  перемножителя будет содержать две составляющие и запишется в виде

u_П = k u_y K₀ u₀ + k u_y  K_i u_i                                                                           (2-1)

где k: - коэффициент передачи перемножителя, 1/В; K₀, K_i - коэффициенты передачи сумматора по входам вспомогательного и токового сигналов соответственно.

Составляющая k u_y  K_i u_i - это гармонический сигнал удвоенной частоты Ω и постоянная составляющая, пропорциональная активной мощности, а составляющая k u_y  K₀ u₀ - это промодулированное сигналом u_y  высокочастотное напряжение u₀. В спектре выходного сигнала перемножителя нет гармоники частотой Ω, которую должен иметь сигнал обратной связи u_ОС. Для восстановления этой частоты используется релейный демодулятор ДМ. Коэффициент передачи K_ДМ(t) демодулятора управляется напряжением u₀ и имеет вид, представленный на рис.2.3. В результате демодуляции составляющей k u_y  K₀ u₀ образуется сигнал

K_ДМ(t)ku_yK₀u₀, причем огибающая этого сигнала имеет частоту Ω. Низкочастотная составляющая преобразуется демодулятором в высокочастотный сигнал, который подавляется фильтрующим низкие частоты усилителем сигнала рассогласования ФУСР. Вычитающее устройство формирует разностный сигнал, равный

                           (2-2)

где Ку, Кос - коэффициенты передачи вычитающего устройства по входам сигнала u_v и сигнала u_ОС соответственно.

Этот разностный сигнал усиливается ФУСР, образуя на его выходе напряжение управления

u_y                                                                                          (2-3)

где K_УС(jω) =  - комплексный коэффициент передачи ФУСР на частоте ω; K_УС - коэффициент передачи ФУСР по постоянному току; τ - постоянная времени ФУСР.

Выражая из формулы (2-3) сигнал и приравнивая получившееся выражение