RU163231U1

RU163231U1 - Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Info

Publication number: RU163231U1
Application number: RU2016103094/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-07-10

Abstract

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий фазорасщепитель однофазного напряжения и трехфазный двухполупериодный выпрямитель, отличающийся тем, что фазорасщепитель содержит первый и второй фазосмещатели, буферный повторитель и инвертор, причем вход преобразователя является входом фазорасщепителя и соединен с входом буферного повторителя, выход которого подключен к входам инвертора и первого и второго фазосмещателей, выходы которых и выход инвертора являются выходами фазорасщепителя и подключены к входам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выход которого является выходом преобразователя.2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что первый фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом первого фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.3. Преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что второй фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом второго фазосмеща

Description

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использовано в устройствах измерения переменного напряжения или тока, а также в устройствах автоматики и релейной защиты.

Известно устройство, содержащее фазорасщепитель однофазного напряжения, собранный по мостовой схеме, в одно плечо которой включена емкость, а в три других - резисторы, и трехфазный двухполупериодный выпрямитель [Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. М.: «Энергия», 1975, с. 41].

Недостатком данного устройства является невысокое быстродействие и нелинейность характеристики преобразования.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является преобразователь переменного напряжения в квазипостоянное [Авторское свидетельство СССР №613259 МПК⁸ G01R 19/22, опубл. 30.06.1978 г.], содержащий фазорасщепитель однофазного напряжения и трехфазный двухполупериодный выпрямитель, причем фазорасщепитель собран по мостовой схеме, в одно из плеч которой включена емкость, а в три других - резисторы, одна диагональ моста присоединена к источнику измеряемого напряжения, к другой подключены два резистора.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является относительно низкое входное и большое выходное (внутреннее) сопротивления фазорасщепителя, определяемые входящими в его состав пассивными компонентами. Низкое входное сопротивление оказывает шунтирующее действие на источник измеряемого напряжения. Большое выходное сопротивление приводит к падению напряжения на внутреннем сопротивлении особенно при больших значениях выходного сигнала.

В результате данный преобразователь не позволяет получать пропорциональной зависимости между выходным постоянным напряжением и действующим значением входного переменного напряжения, то есть имеет невысокую нелинейность, что приводит к снижению точности измерения входного напряжения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности преобразователя путем повышения его линейности за счет обеспечения высокого входного и низкого выходного сопротивлений фазорасщепителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем фазорасщепитель однофазного напряжения и трехфазный двухполупериодный выпрямитель, фазорасщепитель содержит первый и второй фазосмещатели, буферный повторитель и инвертор, причем вход преобразователя является входом фазорасщепителя и соединен с входом буферного повторителя, выход которого подключен к входам инвертора и фазосмещателей, выходы которых и выход инвертора являются выходами фазорасщепителя и подключены к входам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выход которого является выходом преобразователя. Первый фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом первого фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и конденсатора подключены к шине нулевого потенциала. Второй фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом второго фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя является то, что фазорасщепитель содержит два фазосмещателя, буферный повторитель и инвертор, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₄ и u_вых, на фиг. 3 - схема первого фазосмещателя, на фиг. 4 - схема второго фазосмещателя.

Преобразователь (фиг. 1) содержит фазорасщепитель однофазного напряжения 1 и трехфазный двухполупериодный выпрямитель 2, а фазорасщепитель содержит два фазосмещателя 3 и 4, буферный повторитель 5 и инвертор 6, причем вход преобразователя является входом фазорасщепителя 1 и соединен с входом буферного повторителя 5, выход которого подключен к входам инвертора 6 и фазосмещателей 3 и 4, выходы которых и выход инвертора 6 являются выходами фазорасщепителя 1 и подключены к входам трехфазного двухполупериодного выпрямителя 2, выход которого является выходом преобразователя.

Фазосмещатель 3 (фиг. 3) содержит операционный усилитель 7, три резистора 8, 9, 10 и конденсатор 11, причем первые выводы резисторов 8, 9 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 7, выход которого соединен со вторым выводом резистора 9 и с выходом первого фазосмещателя 3, вход которого соединен с первым выводом резистора 10, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора 11 и неинвертирующим входом операционного усилителя 7, а вторые выводы резистора 8 и конденсатора 11 подключены к шине нулевого потенциала.

Фазосмещатель 3 предназначен для сдвига фазы входного сигнала на угол 60° в сторону отставания при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы:

R₈=R₉=R₁₀; R₁₀C₁₁=0,55 мс.

Фазосмещатель 4 (фиг. 4) содержит операционный усилитель 12, три резистора 13, 14, 16 и конденсатор 15, причем первые выводы резисторов 13, 14 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 12, выход которого соединен со вторым выводом резистора 14 и с выходом второго фазосмещателя 4, вход которого соединен с первым выводом конденсатора 15, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 16 и неинвертирующим входом операционного усилителя 12, а вторые выводы резистора 13 и конденсатора 15 подключены к шине нулевого потенциала.

Фазосмещатель 4 предназначен для сдвига фазы входного сигнала на угол 60° в сторону опережения при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы:

R₁₃=R₁₄=R₁₆; R₁₆C₁₅=1,84 мс.

Буферный повторитель 5 выполнен в виде неинвертирующего усилителя на операционном усилителе с единичным коэффициентом усиления и имеет очень большое входное сопротивление. Основным назначением буферного повторителя 5 является повышение входного сопротивления преобразователя.

Инвертор 6 представляет собой инвертирующий усилитель на операционном усилителе также с единичным коэффициентом усиления.

Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u_вх подается на вход буферного повторителя 5, на выходе которого формируется напряжение u₁, равное по величине и совпадающее по фазе с входным u_вх. Напряжение u₁ подается на входы фазосмещателей 3, 4 и инвертора 6. На выходе фазосмещателя 3 формируется напряжение, равное по величине и сдвинутое по фазе относительно u₃ на угол -60°, а на выходе фазосмещателя 4 - напряжение, равное по величине и сдвинутое по фазе относительно u₃ на угол 60°. Инвертор 6 инвертирует напряжение u₃ и на его выходе формируется напряжение u₄, равное по величине и находящееся в противофазе с наряжением u₃. В результате на выходе фазорасщепителя 1 имеем трехфазную систему напряжений u₁, u₄, u₂, сдвинутых относительно друг друга на угол 120° (фиг. 2). Выходные напряжения фазорасщепителя 1 выпрямляются трехфазным двухполупериодным выпрямителем 2, при этом на его выходе и на выходе преобразователя формируется постоянное напряжение u_вых, среднее значение которого пропорционально действующему значению входного напряжения u_вх.

Для расширения динамического диапазона входного напряжения в области малых сигналов трехфазный двухполупериодный выпрямитель 2 необходимо выполнять на диодах Шоттки, либо использовать активный или синхронный выпрямитель.

Таким образом, применение в фазорасщепителе преобразователя буферного повторителя 5 позволяет повысить входное сопротивление, а выполнение фазосмещателей 3, 4 и инвертора 5 на операционных усилителях 7, 12 приводит к снижению выходного сопротивления. В результате повышается линейность преобразователя во всем динамическом диапазоне входного сигнала, а, следовательно, повышается его точность.

Claims

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий фазорасщепитель однофазного напряжения и трехфазный двухполупериодный выпрямитель, отличающийся тем, что фазорасщепитель содержит первый и второй фазосмещатели, буферный повторитель и инвертор, причем вход преобразователя является входом фазорасщепителя и соединен с входом буферного повторителя, выход которого подключен к входам инвертора и первого и второго фазосмещателей, выходы которых и выход инвертора являются выходами фазорасщепителя и подключены к входам трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выход которого является выходом преобразователя.

2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что первый фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом первого фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.

3. Преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что второй фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и с выходом второго фазосмещателя, вход которого соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора и неинвертирующим входом операционного усилителя, а вторые выводы первого резистора и конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.