ЭЛЕКТРОННЫЕ ВАТТМЕТРЫ И СЧЕТЧИКИ

Электронныеваттметры строятся на основе измерительного пре­образователя мощности в напряжение, на выходе которого устанав­ливается магнитоэлектрический механизм.

Принцип работы преобразователей заключается в реализации за­висимости  . Отсюда следует, что необходимым элемен­том является устройство для перемножения и и i — множительное устройство (МУ). Различают параметрические и модуляционные МУ.

Параметрические МУ могут быть с прямым и косвенным перемно­жением. При прямом перемножении используется четырехполюсник, на вход которого подается одна величина (например и), а вторая ве­личина i управляет коэффициентом передачи (рис.8.21,а ). В этом слу­чае выходной сигнал  . Для указанной схемы имеем

;

Тогда выходной сигнал

 .                                                                         (8.18)
      

Рис 8 21. Структурные схемы электронных ваттметров

В качестве устройств усреднения здесь служит измерительный ме­ханизм ИМ. Поэтому

 .                 (8.19)

Угол отклонения магнитоэлектрического ИМ

 .                                                             (8,20)

Параметрические МУ могут быть построены с использованием косвенных способов умножения. Например, рассмотрим равенство

Если

, то

Постоянную составляющую 4RUI  можно измерить магнито­электрическим ИМ, а переменная составляющая отфильтруется им. Структурная схема ваттметра с таким параметрическим МУ показа­на на рис 8 21,б, где И — инверторы, Сум — сумматоры, Кв — квадратирующие устройства. Эта схема обладает невысокой точностью измерения мощности из-за трудностей подбора элементов с квадра­тичной характеристикой. Инверторы (рис.8.22,а) и сумматоры (рис.8.22,б) достаточно просто реализуются на операционных усилите­лях. Пример схемной реализации квадратирующего устройства, выпол­ненного на диодно-резистивных ячейках, показан на рис. 8.22,в.

Рис.8.22. Схемы операционных устройств

Наиболее точными являются модуляционные МУ, основанные на двойной модуляции импульсных сигналов — широтно-импульсной и амплитудно-импульсной. Структурная схема и временные диаграммы такого преобразователя мощности в напряжение показаны на рис.8.23. Генератор Г вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой периодом  и длительностями положительной и отрицательной  полуволн. При  среднее значение напряжения . Под действием тока i в широтно-импульсном модуляторе (ШИМ) длительности  и  изменяются по закону

,

где — коэффициент преобразования ШИМ.

Среднее значение напряжения на выходе ШИМ за период:

.

В амплитудно-импульсном модуляторе (АИМ) амплитуда этих им­пульсов модулируется пропорционально напряжению и, т.е.

,

где  — коэффициент преобразования АИМ.

Тогда среднее значение напряжения на выходе АИМ будет равно

т.е. пропорционально мгновенному значению мощности.

Рис 8 23 Схема преобразователя мощности в напряжение (а) и его временные диаграммы (б)

Рис.8.24 Структурная схема электронного счетчика активной энергии

Измерительный механизм ИМ усредняет это напряжение.

(8.21)

где Т— период изменения тока i и напряжения и.

Электронные счетчики активной энергиистроятся на основе рас­смотренных преобразователей с последующим интегрированием вы­ходной величины в соответствии с зависимостью . Одна извозможных реализаций имеет структурную схему, показанную на рис. 8.24. Здесь Пр — преобразователь мощности в напряжение (один из рассмотренных выше), ПНЧ — преобразователь напряжения в час­тоту, Сч — счетчик импульсов. Напряжение w_Bblx преобразователя про­порционально активной мощности, как показано выше. Это напря­жение преобразуется ПНЧ в частоту if которая также получается про­порциональной мощности Р. Выходные импульсы с полученной час- тотой пересчитываются счетчиком Сч и, следовательно, его показа­ния пропорциональны энергии W.

Вопрос 8.8.Какие типы преобразователей используются в элек­тронных ваттметрах?

Варианты ответа

8.8.1. Квадратирующие преобразователи.

8.8.2. Параметрические и модуляционные множительные устройства. 8 8.3. Суммирующие преобразователи.