[发明专利]一种电功率电能真有效值计量装置

说明书

本发明系关于电功率、电能计量测试的仪器仪表或装置。

电子数字功率计、电度表所采用的原理繁多。本发明归纳起来主要单元有：电压互感器（或分压器）、电流互感器（或分流器）、加法器、减法器、平方电路及常规显示电路便构成单相功率表。如果用转换开关配合电压/频率（或模/数）转换器将正比于功率的直流电压转换为频率，用电子式或电磁式计数器作为显示器，就构成单相电度表。若采用两表法或三表法的原理，输入两相或三相电流电压，通过叠加的方法便构成三相功率表或电度表。当然还应当有内附直流稳压电源供电。近20年来，电子功率计、电度表有了很大的发展，根据在黑龙江省专利服务中心，对苏联、美国、瑞士、西德、日本等国家近20年内共计366条专利文献的检索情况[详见附件1，文献检索清单（英文）]，就其原理方法综合归纳为模拟乘法器、时分割乘法器、霍尔乘法器、四分之一和差平方法、时分割取样法、平方律乘法器、乘法器配合频谱分析、随机取样法、热偶乘法器共计九大类。前四类仅适用于正弦波形的电压、电流被测量，当正弦波形发生畸变时，仪器仪表读数不能反映谐波分量产生的功率;而后五类的仪器仪表，虽具有抗谐波畸变的能力，但又受到一定的限制。其中乘法器配合频谱分析的仪器，虽然精度很高，但结构又过分复杂，只适于实验室应用，不能作为工业上使用。余下四类，由于是近似方法的原理，精度低或过载能力不强，也限制了它们的应用推广。兹取近来广为流行的几种原理进行具体的分析如下：

1、模拟乘法器法

功率的测量是要完成一个“向量的点乘积”，即P＝UIcosφ。 已广泛使用的集成模拟乘法器可实现这种功能。设两个正弦量为：

Uy＝ysinωt

Ux＝Asinωt+jBsinωt

则乘法器的输出为：

Uo＝Uy·Ux

＝ysinωt[Asinωt+Bsin（ωt± (π)/2 ）]

＝Aysin²ωt+Bysinωt·sin（ωt± (π)/2 ）

＝Ay（ 1/2 - 1/2 cos2ωt）+By 1/2 [cos (π)/2 -cos（2ωt+ (π)/2 ）]

用滤波器滤去第2、3项后，得恒定分量为：

其中：y-正弦量Uy的峰值

A-正弦量Ux的峰值的水平投影即 A＝xcos

故得：

对于正弦波，峰值为有效值的2]]>倍，所以：

Uo＝UyUxcos

上式表明：在输入正弦量的条件下，模拟乘法器输出的恒定分量等于功率的有效值。

在两输入量（或其中于之一）含有谐波时，推导如下：设Uy中有二次谐波Uy′

Uy＝ysinωt+Uy′sin2ωt

Ux＝Asinωt+Bsin（ωt± (π)/2 ）

则：

Uo＝Uy·Ux

＝（ysinωt+y′sin2ωt）[Asinωt+Bsin（ωt± (π)/2 ）]

＝ysinωt[Asinωt+Bsin（ωt± (π)/2 ）]

从上式可见：前三项与无谐波时相同，而新增加的后三项，不含反映谐波功率的恒定分量。所以，当用滤波器滤去交流成分后、乘法的输出只反映基波功率，不反映谐波功率，测出的不是功率的真实值。

2、时分割乘法器法

该法属脉冲调宽积分型，与脉冲调宽型积分数字电压表原理相近。先将被测电压之一Ux接到一积分器的一个输入端，积分器的输出电压与一辅助高频三角波电压比较。在三角波控制下，通过倒相开关将±Es标准直流电压反复轮流接到积分器的另一输入端，使C反复正反向充电。设积分电容为C、积分电阻分别为r₁、r₂，因积分电容C上电荷不能堆积，所以：