RU162314U1

RU162314U1 - Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный

Info

Publication number: RU162314U1
Application number: RU2016101037/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-06-10

Abstract

1. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий первый двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, вход которого соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены фазосмещатель, второй двухполупериодный выпрямитель и сумматор, причем вход преобразователя соединен с входом фазосмещателя, выход которого подключен к входу второго двухполупериодного выпрямителя, а выходы первого и второго двухполупериодных выпрямителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра.2. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный по п. 1, отличающийся тем, что фазосмещатель содержит операционный усилитель, четыре резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и первого и второго конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала.3. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный по п. 1, отличающийся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде активного фильтра второго порядка, содержащего операционны

Description

Полезная модель относится к области электроизмерений, в частности к измерительным преобразователям, и может быть использована в приборах для измерения переменного напряжения путем преобразования его в постоянное.

Известен измерительный преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 125, рис. 4.5, а].

Недостатком данного преобразователя является то, что он не позволяет получать пропорциональной зависимости между выходным постоянным напряжением и действующим значением входного переменного напряжения. Это приводит к снижению точности измерения входного напряжения.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного тока в постоянный [патент RU №2093842 (фиг. 3), МПК⁸ G01R 19/22, опубл. 20.10.1997 г.], содержащий два операционных усилителя, четыре диода, сглаживающий фильтр и три резистора, соединенных между собой звездой, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с источником измеряемого переменного напряжения, инвертирующий вход с вторым выводом первого диода и с первым выводом первого резистора, выход с первым выводом первого диода и вторым выводом второго диода, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом третьего диода и первым выводом третьего резистора, выход с первым выводом третьего диода и вторым выводом четвертого диода, выход сглаживающего фильтра является выходом преобразователя, первые выводы второго и четвертого диодов и первый вывод второго резистора соединены с входом сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, включенного между выходом сглаживающего фильтра и общей шиной.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является то, что, наряду с повышением точности измерения входного напряжения, он обладает низким быстродействием.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя за счет увеличения пульсности выпрямления входного сигнала и применения активного сглаживающего фильтра второго порядка.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий первый двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, вход которого соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, введены фазосмещатель, второй двухполупериодный выпрямитель и сумматор, причем вход преобразователя соединен с входом фазосмещателя, выход которого подключен к входу второго двухполупериодного выпрямителя, а выходы первого и второго двухполупериодных выпрямителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра. Фазосмещатель содержит операционный усилитель, четыре резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и первого и второго конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала. Сглаживающий фильтр выполнен в виде активного фильтра второго порядка, содержащего операционный усилитель, два резистора и два конденсатора, причем выход операционного усилителя соединен с инвертирующим входом и вторым выводом первого конденсатора и является выходом сглаживающего фильтра, вход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и второго резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение фазосмещателя, второго двухполупериодного выпрямителя и сумматора, а также выполнение сглаживающего фильтра в виде активного фильтра второго порядка и новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - схема фазосмещателя, на фиг. 3 - схема сглаживающего фильтра, на фиг. 4 - временные диаграммы напряжений u₁-u₅ в относительных единицах, приведенные к действующему значению входного напряжения U₁.

Преобразователь (фиг. 1) содержит два активных двухполупериодных выпрямителя 1, 3, фазосмещатель 2, сумматор 4 и сглаживающий фильтр 5, вход преобразователя соединен с входом двухполупериодного выпрямителя 1 и входом фазосмещателя 2, выход которого подключен к входу двухполупериодного выпрямителя 3, а выходы двухполупериодных выпрямителей 1, 3 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 4, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 5, выход которого является выходом преобразователя.

Фазосмещатель 2 (фиг. 2) содержит операционный усилитель 6, четыре резистора 7, 8, 9, 10 и два конденсатора 11, 12, причем первые выводы резисторов 7, 8 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 6, выход которого соединен со вторым выводом резистора 8 и с выходом фазосмещателя 2, вход которого соединен с первым выводом резистора 9, второй вывод которого соединен с первыми выводами конденсатора 11 и резистора 10, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора 12 и неинвертирующим входом операционного усилителя 6, а вторые выводы резистора 7 и конденсаторов 11, 12 подключены к шине нулевого потенциала.

Сглаживающий фильтр 5 (фиг. 3) выполнен в виде активного фильтра нижних частот Саллена-Кея второго порядка, содержащего операционный усилитель 13, два резистора 14, 15 и два конденсатора 16, 17, причем выход операционного усилителя 13 соединен с его инвертирующим входом и вторым выводом конденсатора 16 и является выходом сглаживающего фильтра 5, вход которого соединен с первым выводом резистора 14, второй вывод которого соединен с первыми выводами конденсатора 16 и второго резистора 15, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 13 и первым выводом конденсатора 17, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u₁ (фиг. 4) сдвигается фазосмещателем 2 (фиг. 2) на угол 90° и преобразуется в напряжение u₂, при этом необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами схемы:

R₉=1/(ωC₁₀); R₉=R₁₁; C₁₀=С₁₂; R₈/R₇=2.

Входное напряжение u₁ и выходное напряжение фазосмещателя 2 u₂ выпрямляются двухполупериодными выпрямителями 1, 3 и подаются на соответствующие входы сумматора 4. Полученное после суммирования напряжение u₃, сглаживается сглаживающим фильтром 5 (фиг. 3), для которого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами схемы:

R₁₅(ωC₁₇)=2; R₁₅=R₁₆; C₁₄/C₁₇=0,68.

Сглаживающим фильтр 5 выделяет постоянную составляющую и формирует выходное напряжение преобразователя u₄, пропорциональное действующему значению входного (фиг. 4):

Из временных диаграмм (фиг.4) видно, что время установления (переходного процесса) t_уст1 выходного напряжения u₄ данного преобразователя существенно меньше времени установления t_уст2 выходного напряжения u₅ прототипа, следовательно, имеет место повышение быстродействия преобразователя. Кроме того, из (1) видно, что данный преобразователь имеет коэффициент передачи в два раза больший по сравнению с прототипом, у которого U₅≈0,9U₁.

Claims

1. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий первый двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, вход которого соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены фазосмещатель, второй двухполупериодный выпрямитель и сумматор, причем вход преобразователя соединен с входом фазосмещателя, выход которого подключен к входу второго двухполупериодного выпрямителя, а выходы первого и второго двухполупериодных выпрямителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра.

2. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный по п. 1, отличающийся тем, что фазосмещатель содержит операционный усилитель, четыре резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и первого и второго конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала.

3. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный по п. 1, отличающийся тем, что сглаживающий фильтр выполнен в виде активного фильтра второго порядка, содержащего операционный усилитель, два резистора и два конденсатора, причем выход операционного усилителя соединен с инвертирующим входом и вторым выводом первого конденсатора и является выходом сглаживающего фильтра, вход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и второго резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.