CS241568B1

CS241568B1 - Circuit with inpedance constant magnitude and continuously varying phase

Info

Publication number: CS241568B1
Application number: CS841025A
Authority: CS
Inventors: Felix Virsik
Original assignee: Felix Virsik
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1986-03-13
Also published as: CS102584A1

Abstract

Vynález patří do odboru elektrotechniky a rieši obvod s konštantnou velkosťou impedancie a plynule měnitelnou fázou. Jeho podstata Je v tom, že pozostáva z kondenzátora s kapacitou c = —3_ b ωΖ ku ktorému sú paralelné připojené odporník s měnitelným odporom R v sérii s tlmivkou, ktorej indukčnosť je 1 kde Z je velkost celkovej impendancie obvodu a ω je uhlová rýchlosť.The invention belongs to the Electrical Engineering Department and solves a circuit with constant impedance and a continuously variable phase. Its essence It is that it consists of a capacitor with capacity c = —3_ b ωΖ to which a resistor is connected with variable resistor R in series with choke, whose inductance is 1 where Z is the magnitude of the total impedance of the circuit and ω is the angular velocity.

Description

Vynález sa týká obvodu s konštantnou velkostou impedancie a plynule měnitelnou fázou v plnom rozsahu od —90° až do +90° a to· jediným regulačným prvkom, regulačným odporníkom. Vynález sa dotýká všetkých odborov elektroniky, pracu júeimi s· harmonickými časovými priebehmi napatí a prúdov, kde potřebujeme použit impedancie definovanej velkosti a s měnitelnou fázou, ako například v energetike, v elektronike, v meraní a podobné.The present invention relates to a circuit having a constant impedance size and a continuously variable phase in the full range from -90 ° to + 90 ° with a single control element, a control resistor. The invention relates to all fields of electronics, working with harmonic waveforms of voltages and currents where we need to use impedances of defined size and with a variable phase, such as in power engineering, electronics, measurement and the like.

V súčasnosti sa realizácia dvojpólu s premenlivou fázou impedancie dá uskutočniť různými spůsobmi. Klasický sposob riešenia je zostava roznych elektrických prvkov do dvcjólu, ktorý obsahuje dva alebo viac ovládacích prvkov. V případe regulácie fáze od —90° do 0°, resp. od 0° do +90° stačia dva ovládacie prvky, a to regulačný odporník a regulačný kondenzátor, resp. regulačný odporník a regulačně tlmivka. V případe regulácie v plnom rozsahu od —90° do +90° sa může použiť obvod so 4 ovládacími prvkami — regulačný odporník, regulačný kondenzátor, regulačně tlmivka a přepínač. Regulačný kondenzátor a regulačná tlmivka bývajú přitom nákladnejšie ako regulačný odporník a vyrábajú sa len v omedzenom sortimente. Mávajú navýše omedzený rozsah regulácie, čím sa značné omedzí aj rozsah regulácie fáze impedancie. Nevýhodou pri aplikácii týchto zapojení je, že fáza impedancie sa nastavuje súčasnou reguláciou aspoň dvoch ovládacích prvkov v súlade s komplikovanějším vzťahom. Tento vzájomný vztah sa dá dosiahnúť automatizovaným mechanickým, připadne elektrickým sprialinutím pohonov regulačných prvkov, ktoré by malí byť navýše speciálně pre tento účel vyrobené. Miesto klasického sposobu možno použiť aj riešenie s elektronickými obvodmi využívajúcimi operačně zosilňovače, připadne špeciálnych prvkov, včetne aj zvláštnych otáčivých elekerických strojov, napr. selsynov. Pry týchto zariadeniach robí najváčší problém udržanie konštantnej velkosti impedancie, zvlášť ak sa vyžaduje regulačný rozsah fáze vačší, ako +45°.At present, the realization of a dipole with a variable phase impedance can be accomplished in different ways. The classical way of solution is to assemble various electrical elements into a dvjjolu, which contains two or more controls. In the case of phase control from -90 ° to 0 °, respectively. from 0 ° to + 90 °, two control elements are sufficient: a control resistor and a control capacitor, respectively. a control resistor and a control choke. In the case of full-range regulation from -90 ° to + 90 °, a 4-circuit circuit can be used - a control resistor, a control capacitor, a control choke and a switch. The control capacitor and the control choke are more expensive than the control resistor and are only produced in a limited range. In addition, they have a limited range of regulation, which greatly reduces the range of regulation of the impedance phase. The disadvantage of applying these wiring is that the impedance phase is adjusted by simultaneously regulating at least two controls in accordance with a more complicated relationship. This correlation can be achieved by automated mechanical or electrical fumigating of the actuators of the control elements, which should additionally be specially designed for this purpose. Instead of the classical way, it is also possible to use a solution with electronic circuits using operational amplifiers, eventually special elements, including special rotating electric machines, e.g. selsyns. Maintaining a constant impedance size is a major problem with these devices, especially when a phase control range greater than + 45 ° is required.

Uvedené nedostatky odstraňuje obvod s konštantnou velkosťou impedancie a plynule měnitelnou fázou v plnom rozsahu od —90° až do +90° podlá vynálezu, ktorého podstata je v tom, že na svorky napaťového striedavého zdroja je připojený kondenzátor s kapacitou ωΖ ku ktorému sú paralelné připojené odporník s měnitelným odporom v· sérii s tlmivkou, ktorej indukčnostThe above-mentioned drawbacks are eliminated by a circuit with a constant impedance size and a continuously variable phase in the full range from -90 ° to + 90 ° according to the invention, which is based on the fact that a capacitor with a capacitance of ωΖ is connected to the terminals. resistor with variable resistance in series with inductor with inductance

jednoduchého rezonančného obvodu pri nezvyklej frekvencii a zavedením nepoužívaného ladenia obvodu premenlivým odporom dostáváme dvojpól sb zvláštnymi technickými vlastnostem i. Jeho použitím, ako dvojpólu s konštantnou. velkosťou impedancie, ale plynule měnitelnou fázou dostáváme nové riešenie, ktorého výhody sú následovně. Obvod pozostáva iba z 3 prvkov, z ktorých iba jeden je_; ovládací, čo> je minimálně možný počet. Použitým ovládacím prvkom je regulačný odporník, ako sú například potenciometer, odporová dekáda, posuvný odporník, trimer a podobné, ktoré sú v porovnaní s regulačnými kondenzátormi a tlmivkami konštrukčňe jednoduchšie, sú lacnejšie a sú bežne vyrábané v ovela bohatšom sortimente. Regulácia sa robí jediným ovládacím prvkom bez prepínača pre. záporné a kladné hodnoty fáze, pričom regulovatelný rozsah fáze možno dosiahnúť velmi velký, ak sa zvolí najvhodnejší regulačný odporník, čo do rozsahu jeho odporu, zaťažitelností a mechanického prevedenia. Požiadavky na kvalitu použitých súčiastok sú minimálně. Tak například odpor vinutia tlmivky nemá vplyv na přesnost a funkciu obvodu, iba čiastočne omedzuje rozsah regulácie fáze.a simple resonant circuit at an unusual frequency and introducing an unused tuning of the circuit with a variable resistor gives a two-pole sb with special technical properties i. Using it as a dipole with a constant. by the size of the impedance but by the continuously variable phase we get a new solution, the advantages of which are as follows. The circuit consists of only 3 elements, of which only one is _; which is the minimum possible number. The control element used is a regulating resistor, such as a potentiometer, a resistance decade, a sliding resistor, a trimmer, and the like, which are simpler in construction, cheaper than conventional capacitors and chokes, and are commonly manufactured in a much richer range. The control is done by a single control without a switch for. negative and positive phase values, and the controllable phase range can be achieved very large if the most suitable control resistor is chosen in terms of its resistance, load capacity and mechanical design. The quality requirements for the components used are minimal. For example, the choke winding resistance does not affect the accuracy and function of the circuit, but only partially limits the range of phase control.

Na priloženom výkrese jé na obr. 1 znázorněné zapojeníe obvodu podlá vynálezu, na obr. 2 sú znázorněné fázor napatia U a fázory prúdov I_L, I_c a I pri určitej konštantnej hodnotě odporu a na obr. 3 sú znázorněné fázor napatia U a fázory prúdu I pre niekol'ko róznych hodnůt odporu. Paralelný rezonančný obvod podlá obr. 1 je zostavený z kondenzátora 1 s kapacitou C, ku ktorému je paralelné připojený úsek s odporníkom 2 o odpore Ras tlmivkou 3 o indukčnosti L, ako aj z napaťového striedavého zdroja so svorkami 4, 5. Připojením napatia na rezonanční obvod tečie úsekom, v ktorom je odporník 2 a tlmivka 3 prúd i_L, ktorého· fázor I_L je nakreslený na obr. 2. Pri zmene odporu R změní fázor I_L svoju velkost aj fázu tak, že sa jeho koncový bod pohybuje po nakreslenej kružnici. Úsekom, kde je kondenzátor 1, tečie súčasne prúd i_G. Pri dodržaní vyššie uvedených podmienok pre hodnoty kapacity C a indukčnosti L bude mať fázor I_c velkost rovnu poloměru kružnice a jeho poloha bude stála, nezávislá na hodnotě odporu R. Celkovú prúd i = i_L + i_c má odpovedajúci fázor I ·=' I_L + I_c.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows a circuit diagram according to the invention, FIG. 2 shows the voltage phasor U and the current phasors I _L , I _c and I at a certain constant resistance value, and FIG. 3 shows the voltage phasor U and the current phasors I for several different resistance values. The parallel resonant circuit of FIG. 1 is composed of a capacitor 1 with a capacitance C, to which a section with a resistor 2 with a resistance Ras with an inductance L with an inductance L, as well as a AC power supply with terminals 4, 5 is connected in parallel. is a resistor 2 and a choke 3 a current I _L whose phasor I _L is shown in FIG. 2. When the resistance R changes, the phasor I _L changes its size and phase so that its end point moves along the drawn circle. In the section where the capacitor 1 is, the current _G flows simultaneously. Under the above conditions for capacitance values C and inductance L, the phasor I _c will have a size equal to the radius of the circle and its position will be constant, independent of the resistance value R. The total current i = i _L + i _c has the corresponding phasor I · _L + I _c .

V případe, že budeme měnit hodnotu odporu R a koncový bod fázora I_L sa bude pohybovat po kružnici, tak koncový bod fázora celkového prúdu I sa bude pohybovat' po inej kružnici, nakreslenej na obr. 3. Nakolko střed tejto kružnice je v počiatku O, tak velkost fázora 1 ostává konštantná a mění sa len jeho fáza. Impedancía obvodu Z = =U/I bude mat potom tiež konštantnú velkost a mění sa len jej fáza. Podstatné zjednodušenie a súčasne odstránenie spomínapričom Z je velkost celkovej impedancie obvodu a ω je uhlová rýchlosť.If the resistance value R is changed and the endpoint of the phasor I _L moves along the circle, the endpoint of the phasor I of total current I will move along another circle shown in FIG. 3. As the center of this circle is at the beginning of 0, the size of the phasor 1 remains constant and only its phase changes. The impedance of the circuit Z = = U / I will then also have a constant size and only its phase changes. Substantial simplification and at the same time elimination with respect to Z is the magnitude of the total impedance of the circuit and ω is the angular velocity.

Výhody vynálezu sú v tom, že použitímAdvantages of the invention are that in use

241598 ných nedostatkov uvedených obvodov dosiahneme teda tak, že použijeme paralelný rezonančný obvod RL. C, ktorý pracuje pri uhlovej frekvencii ω = =====241598 of these circuits can be achieved by using a parallel resonant circuit RL. C, which operates at angular frequency ω = =====

V2LCV2LC

Velkost impedancie dvojpólu jeThe magnitude of the impedance of the dipole is

Z = 2wL = --— , ωυ a je nezávislá na hodnotě odporu, kým fáza impedancieZ = 2wL = --—, ωυ and is independent of the resistance value, while the impedance phase

R ra = 90° — 2 . arctg--— &>L sa dá plynule měnit zmenon jediného parametre, a to odporu R. Pre medznú hodnotu R == 0 je fáza impedancie φ = +90° a pre medznú hodnotu R = oo je fáza impedancie φ = —90°.R @ a = 90 DEG -2. arctg --— &> L can be changed continuously from one parameter, namely resistance R. For limit value R == 0 the phase of impedance φ = + 90 ° and for limit value R = oo the phase of impedance φ = –90 ° .

Ako příklad na overenie funkcie bol zostavený obvod pozostávajúci z tlmivky 3 o indukčnosti L —' 2,420 H s odporom vinutia r_l = 90,6 Ω, z kondenzátora 1 o kapacitě C =' 2,093 μι a z odporovej dekády 2 s velkým rozsahom. Na tento obvod bolo pripoje-As an example to verify the function, a circuit consisting of a choke 3 having an inductance L - '2.420 H with a winding resistance r _l = 90.6 átora, a capacitor 1 with a capacitance C = 2.093 μι and a resistor decade 2 with a large range was built. To this circuit was connected

Claims

2415 &amp; 8 of the aforementioned drawbacks of such circuits can be achieved by using a parallel resonant circuit RL. C, which operates at a linear frequency 1 ω = ===== V2LC The dipole impedance is Z = 2wL = --—, ωυ and is independent of the resistance value, while the phase impedance R φ = 90 ° - 2. arctg --— &> L can be continuously changed by changing a single para-meter, the resistor R. As an example of function verification, a circuit consisting of an inductor L - '2,420 H with a coil resistance of 90.6 Ω, a capacitor 1 of a capacity of C = 2.093 μE and a resistor decade 2 with a large range was set up. A circuit with a constant impedance size and a continuously variable phase in the full range of -90 ° to + 90 ° was attached to this circuit, characterized in that a capacitor with a capacitor is connected to the terminals (4, 5) of the power supply. -the same alternating voltage with angular frequency calculated according to the above-mentioned relation, that is, at ω = 314.2 s-1, which corresponds to the normal industrial frequency f-50 Hz. The measured impedance phase varied from -90 ° to + 77 °, differing from the values calculated according to the above formula by less than 1 °. Large-scale impedance varied less than + 1.5%. Such deviations were within the accuracy of the measuring instruments used. The described method thus confirms the correctness of the idea described in the invention. The invention will be applicable to many electronics fields. For example, in heavy current electronics, it can be used in the realization of post-correction load, in phase compensation and the like. In electrical engineering it can be used in various phasing circuits, in phase modulators and demodulators and the like. For example, in electrical measurement, it can be used in calibrating and checking devices, at different measurements of quadruples, in non-electrical measurements, in the realization of radiation and the like. To which parallel resistor (2) with variable resistivity R is connected in series with a choke (3) whose inductance is

wherein Z is the total impedance impedance and ω is the angular velocity. 1 sheet of drawings