ПНЧ и основы его работы.

Ранее был рассмотрен один из вариантов осуществления время-импульсного преобразования (ВИП) на основе ЧИМ с применением генератора треугольных импульсов и триггера Шмитта и используемого в ПНЧ цифрового вольтметра (рис. 7).

Рис. 7. Вариант ВИП в ПНЧ цифрового вольтметра

В нем входное измеряемое напряжение U_изм для его преобразо-вания в цифровое значение изменяет «наклон» треугольных им-пульсов, поступающих от ГТИ, в результате чего триггер Шмитта выдает прямоугольные импульсы с частотой, пропорциональной этому U_изм. На рис. 8 показаны три случая входного воздействия на ГТИ.

В первом случае измеряемое напряжение равно нулю и ТШ выдает частоту следования импульсов f₁ , при которой среднее значение измеряемого напряжения U₀ =0. Далее показаны случаи «выдачи триггером» большей и меньшей частоты, пропорциональной соответствующей величине входного воздействия [2,3].

Рис. 8. Иллюстрация процессов в ПНЧ на основе ЧИМ

Среднее значение U₀ сформированной ПНЧ частоты, соответст-вующееизмеряемой мощности P₀ , должноподаваться на цифро-вое регистрирующее устройство с цифровым индикатором на его выходе (рис. 9).

Рис. 9. Один из вариантов современного типового счетчика»Энергомера»

Однако нельзя забывать, что счетчиком измеряется энергия, т.е. мощность, потребляемая нагрузкой за единицу времени. Поэтому счетчик нужно отрегулировать в единицах энергии, т.е. в киловатт-часах (кВт-ч), задавшись при этом максимальными напряжениями и на выходах датчиков (трансформаторов) тока и напряжения. Очевидно, частота на выходе ПНЧ, соответствующая потребляемой энергии в 1 кВт-ч, должна быть равна 3600 Гц, так как этой частоте соответствует потребляемая по стандарту мощность за 1 час, т.е. за 3600 секунд. Эти условия задаются соответствующим выбором постоянной времени задающих элементов ПНЧ (импульсного интегратора) [2,4].

В настоящее время в типовых стандартных счетчиках применя-ются готовые промышленные ИПУ и ПНЧ на основе ИМС и микро-контроллеров (рис. 10).

Рис. 10. Структурная схема стандартного счетчика эл. энергии

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снима-ются с датчиков (измерительных трансформаторов) тока и напря-жения и поступают на вход преобразователя для их перемножения и получения текущей потребляемой мощности. Этот сигнал затем поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и изменяющего показания счётчика по мере накопления сигналов. Для сохранения показаний счётчика при сбоях по питанию приме-няется т. н. оперативное запоминающее устройство типа EEPROM – ( Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электри-чески стираемое перепрограммируемое ПЗУ , один из видов энерго - памяти). Поскольку сбои по питанию являются характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифро-вом счётчике. Алгоритм работы программы прост. При включении питания микроконтроллер считывает из EEPROM последнее сохра-ненное значение и выводит его на дисплей, после чего переходит в режим подсчёта импульсов, поступающих от преобразователя, и, по мере накопления каждого Вт·ч, увеличивает показания счётчика [6].