2.4. Исследование измерителя электроэнергии
на основе импульсного перемножающего устройства
с импульсным интегратором
В составе измерителей, осуществляющих контроль электроэнергии, потребляемой нагрузкой любого характера, с высокой точностью, в настоящее время находят широкое применение импульсные перемножающие устройства (ИПУ). Такие измерители, как правило, дополняются импульсными интеграторами (ИИ), осуществляющими функцию преобразования постоянного напряжения, получаемого на выходе ИПУ (пропорционального мощности в нагрузке), в последовательность импульсов одной амплитуды с частотой зависящей от уровня данного напряжения, а также счетчиками импульсов (Сч.), регистрирующими текущее значение электроэнергии, отданной источником в нагрузку (см. рис.2.4.1).
Рис. 2.4.1. Функциональная схема измерителя электроэнергии
Модель устройства (без счетчика импульсов) представлена на рис. 2.4.2.
В качестве входных напряжений рассматриваемого устройства на практике используются выходные сигналы трансформатора тока (ТТ) и трансформатора напряжения (ТН) нагрузки.
В представленной модели сигналы таких датчиков имитируются источниками напряжений V3 и V4 (меню Component – Analog Primitives – Waveform Sources – Sine Source), для которых задаются следующие параметры:
Модель источника – любая (в примере выбраны модели 3PHASEB, в схеме все устройства, для которых выбрана одна модель, имеют одинаковые параметры); F=50 – частота источника напряжения, Гц; A=4 – амплитуда напряжения, В (для источника V2 она не должна превышать амплитудное напряжение источника опорного сигнала V5); DC=0 – постоянная составляющая напряжения источника; PH = 2.0944 – начальная фаза, рад (соответствует 1200).
Основу модели ИПУ составляют: инвертирующий усилитель, выполненный с помощью элемента DA1, компаратор (DA2), повторитель напряжения (DA3), электронные ключи Part1, Part2.
В основе модели ИИ: инвертирующий усилитель, выполненный с помощью элемента DA4, интегратор (DA5), компаратор (DA6), электронные ключи Part3, Part4.
С выхода (15) импульсного интегратора сигнал поступает на счетчик импульсов («Сч.» – см. рис. 2.4.1).
Рис. 2.4.2. Модель измерителя электроэнергии
Источник опорного сигнала V5 – генератор треугольных импульсов (меню Component – Analog Primitives – Waveform Sources – Pulse Source) со следующими параметрами:
Модель источника – Pulse;
Vzero = -5 – минимальное значение напряжения, В;
Vone = 5 – максимальное значение напряжения, В;
P1=0 – время задержки от начала периода до начала переднего фронта импульса, с;
P2=500u – продолжительность переднего фронта импульса, с (символ u – приставка «микро»);
P3=500u – продолжительность заднего фронта импульса, с;
P4=1000u – временной интервал между двумя минимальными уровнями напряжения, с;
P5=1000u – период следования импульсов, с.
В качестве операционных усилителей (меню Component – Analog Primitives – Active Devices – Opamp) выбраны элементы со следующими параметрами: параметры элементов DA1, DA3 – DA6 приведены на рис.2.4.3, параметры элемента DA2 – на рис.2.4.4
Рис.2.4.3
Рис.2.4.4
После сохранения параметров операционных усилителей программа автоматически создает источники питания VCC и VEE на дополнительном рабочем поле Power Supplies.
В качестве электронных ключей в модели выбраны элементы Switch (меню Component – Analog Primitives – Miscellaneous – Switch) со следующими параметрами:
Для элементов Part1, Part4: Value=V,0,20 (ключ управляется напряжением, если напряжение в пределах от 0 до 20 В ключ замкнут, иначе – разомкнут);
Для элементов Part2, Part3: Value=V,-20,0 (ключ управляется напряжением, если напряжение в пределах от -20 до 0 В ключ замкнут, иначе – разомкнут);
Значения параметров остальных элементов (резисторов и конденсаторов) приведены непосредственно на схеме модели (рис.2.4.2).
Результаты моделирования представлены на рис. 2.4.5. - 2.4.6.
Рис. 2.4.5. Окно вывода результатов моделирования (временные диаграммы напряжений в узлах схемы 7, 6, 8, 9 – см. рис.2.4.2)
Рис. 2.4.6. Окно вывода результатов
моделирования (временные диаграммы
напряжений в узлах схемы 10, 13, 17, 15 – см.
рис. 2.4.2)