2.4. Импульсный интегратор (ии)

Импульсный интегратор служит для преобразования полученного в ИПУ аналогового сигнала U_cp = kP в пропорциональное число импульсов.

В состав ИИ входят повторитель DА5.1, инвертор DА5.2, электронный ключ DD2, инвертирующий интегратор DА5.3, неинвертирующий триггер Шмитта DА5.4.

Сигнал U_cp = kP , пропорциональный контролируемой мгновенной мощно­сти p(t), через повторитель DА5.1 поступает на вход 1 аналогового ключа DD2, на вход 2 которого поступает этот же сигнал с инвертора DА5.2, но противополож­ной фазы.

Аналоговый ключ DD2 управляется триггером Шмитта, и в зависимости от полярности импульса на его выходе ключ подключает сигнал к входу интеграто­ра DА5.3 либо с повторителя, либо с инвертора. В соответствии с этим конденса­тор в цепи обратной связи интегратора либо заряжается, либо разряжается, за­ставляя в конце своего цикла триггер Шмитта переключаться либо в «положи­тельный», либо в «отрицательный» уровень, то есть на выходе ПНЧ формируют­ся импульсы с частотой следования (переключений), пропорциональной мгно­венной мощности p(t).

Временные диаграммы, поясняющие принцип действия импульсного инте­гратора (фактически преобразователя «напряжение – частота» – ПНЧ), иллюстри­руются на рис. 6.

Рис. 6. Временные диаграммы, поясняющие работу ИИ

2.5. Соотношения, используемые при расчете

В [1] приводится анализ узлов счетчика и выведены расчетные соотноше­ния, необходимые при подготовке и выполнении задания. Так, например, при расчете требуемой в задании частоты импульсов тактового генератора ШИМ, выполненного на ОУ DА1 и DА2, необходимо воспользоваться формулой (32) [1], которая определяет период колебаний генератора:

^{откуда (3)}

где R₁ = 12 кОм; C₁ = 0,022 мкФ; R₂ = 3 кОм; R₃ = 30 кОм.

Частота, характеризующая величину потребляемой мощности, определяе­мая преобразователем «напряжение – частота», то есть импульсным интеграто­ром, выражается следующей формулой:

⁽⁴⁾

где τ = (R₁₁ + R₁₂)·C₃; R₁₁ = 6,8 кОм (переменное); R₁₂ = 51 кОм, С₃ = 0,1 мкФ;

|k| = R₁₀/ R₉ – коэффициент передачи инвертора DА5.5; R₉ = R₁₀ = 10 кОм;

R₁₃ = 2,2 кОм; R₁₄ = 10 кОм; U₀ = 7,5 В – напряжение на входе интегратора (с выхода повторителя DА5.1).

Однако нельзя забывать, что счетчиком измеряется энергия, то есть мощ­ность, потребляемая нагрузкой за единицу времени. Поэтому счетчик нужно от­регулировать в единицах энергии, то есть в киловатт-часах (кВт·ч), задавшись при этом максимальными напряжениями U_x и U_y на его входе (например, U_x = U_y = = 5 В). Очевидно, частота на выходе интегратора, соответствующая по­требляемой энергии в 1 кВт·ч, должна быть равна 3600 Гц, так как этой частоте соответствует потребляемая по стандарту мощность за 1 час, то есть за 3600 се­кунд.

В соответствии с этим выбирается постоянная времени τ интегратора DА5.3:

где U₁ – экспериментально полученное значение напряжения на входе ИИ (с входа повторителя DА5.1), равное 2,4 В.