РОЗДІЛ 2
ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ АЦП електроенергії
2.1. Загальні принципи виміру електроенергії
Найбільш поширеним є вимір енергії W електричного струму через потужність P
[1-5]:
(2.1.1)
де t - час, протягом якого потужність підводиться до навантаження.
Активна Р і реактивна Q потужності однофазного струму визначаються за виразами
[1]:
(2.1.2)
де U i I - діючі значення напруги і струму; - кут зсуву між цими величинами.
Активну потужність трифазного кола можна виразити наступним чином [1]:
- для симетричної системи
; (2.1.3)
- для трипровідної системи
(2.1.4)
або
чи
- для чотирипровідної асиметричної системи
. (2.1.5)
У наведених виразах: - діючі значення відповідно лінійних струмів і лінійних
напруг; і - діючі значення різнофазних струмів та напруг; - всюди кути зсуву
між відповідними фазними напругами та струмами;
- кути зсуву між відповідними лінійними напругами та струмами. Наведені вирази
справедливі як при з'єднанні навантаження зіркою, так і трикутником.
Реактивна потужність для трифазного кола в загальному випадку при повній
симетрії системи
(2.1.6)
З наведених виразів випливає, що потужність і, відповідно, енергію можна
визначити або на основі непрямих вимірів інших величин I, U, , або
безпосередньо по показах пристроїв: ватметрів для активної потужності
(градуйованих у Ватах) і варметрів для реактивної потужності (градуйованих у
варах), які здійснюють необхідні обчислювальні операції і в першу чергу -
перемноження [1,2].
В діапазонах високих і дуже високих частот навантаження має практично активний
характер і оскільки в активному навантаженні підведена потужність
перетворюється в тепло, то в цих діапазонах широкого застосування набув вимір
потужності через вимір кількості тепла , що виділяється за одиницю часу в
навантаженні [1]
, (2.1.7)
де - коефіцієнт пропорційності.
2.1.1. АЦП з перемноженням діючих значень.
Крива будь-якої форми , як відомо, може бути виражена рядом Фур'є:
(2.1.8)
або у рівнозначному вигляді
, (2.1.9)
де - кругова частота;
- постійна складова струму,
; (2.1.10)
i - амплітудні значення ортогональних складових, причому
. (2.1.11)
Діюче значення будь-якої періодичної функції визначається як[3]:
(2.1.12)
Повне діюче значення будь-якого періодичного струму може бути подане у вигляді
ряду Фур'є [3]:
, (2.1.13)
де i - діючі значення ортогональних складових.
Зауважимо, що вирази для діючого значення напруги матимуть аналогічний вигляд.
Діюче значення будь-якої величини отримують при всіх способах виміру за
тепловим ефектом, що викликається цією величиною.
Пристрої, які вимірюють діюче значення, споживають відносно велику потужність.
Тому для виміру діючого значення намагаються використати пристрої, які
споживають меншу потужність, зокрема, магнітоелектричні або електронні [1].
Можливість застосування магнітоелектричних пристроїв для виміру змінних величин
забезпечується попереднім випрямленням вимірювальної величини. Шляхом
випрямлення змінюють полярність від'ємних значень.
2.1.2. АЦП з перемноженням миттєвих значень.
Миттєве значення P(t) електричної потужності, підведеної до опору, рівне
добуткові струму на напругу [1-3]:
P(t)=u(t) i(t). (2.1.15)
Якщо струм і напруга змінюються синусоїдально, причому струм відстає від
напруги на кут :
(2.1.16)
, (2.1.17)
то миттєве значення потужності
. (2.1.18)
Потужність пульсує з частотою, що вдвічі перевищує частоту струму та напруги.
Середні значення її складових рівні [2,3,5]:
. (2.1.19)
Якщо струм і напруга не синусоїдальні, то активна потужність [3]
, (2.1.20)
причому відповідні гармоніки одної і тої ж частоти струму та напруги створюють
складові активної потужності з відповідними зсувами фаз, які алгебраїчно
додаються. Сумарна повна потужність
. (2.1.21)
Сумарна реактивна потужність
. (2.1.22)
Всі відомі на даний час електронні лічильники електроенергії (ЕЛЕ)
використовують перемноження миттєвих значень струму та напруги навантаження.
Електронні лічильники електроенергії забезпечують значно ширші функціональні
можливості порівняно із електро-механічними і знаходять все більше використання
в промисловості та побуті. Перспектива створення в найближчі роки електронних
лічильників, еквівалентних по надійності і ціні індукційним лічильникам, є мало
ймовірною, але для виконання доповнюючих функцій, наприклад визначення
максимальної потужності і переключення тарифів, вони - конкурентно здатні
відносно електро-механічних лічильників [49].
Відрізняються електронні лічильники електроенергії між собою в основному типом
перемножувача.
2.2. Розробка структурних схем АЦП електроенергії
На основі проведеного огляду та аналізу принципів побудови аналого-цифрових
перетворювачів електроенергії (АЦПЕ) будуватимемо структурні схеми
розроблюваних перетворювачів з урахуванням як загальних, так і часткових вимог
до них.
Загальні вимоги до АЦПЕ. Розроблювані АЦПЕ повинні забезпечувати вихідний
сигнал у вигляді
- Киев+380960830922