RU168700U1 - 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE - Google Patents

90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU168700U1
RU168700U1 RU2016139823U RU2016139823U RU168700U1 RU 168700 U1 RU168700 U1 RU 168700U1 RU 2016139823 U RU2016139823 U RU 2016139823U RU 2016139823 U RU2016139823 U RU 2016139823U RU 168700 U1 RU168700 U1 RU 168700U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
amplifier
integrator
amplitude
Prior art date
Application number
RU2016139823U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Борисович Колесников
Original Assignee
Евгений Борисович Колесников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Борисович Колесников filed Critical Евгений Борисович Колесников
Priority to RU2016139823U priority Critical patent/RU168700U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU168700U1 publication Critical patent/RU168700U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии. Техническим результатом является повышение точности устройства. Устройство сдвига фазы на 90 градусов содержит интегратор, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, два амплитудных детектора, дифференциальный сумматор и ПИ-регулятор. Благодаря автоматическому изменению коэффициента усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления при изменении частоты входного напряжения, система автоматического регулирования поддерживает равенство амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот. 1 ил.The utility model relates to electrical engineering and can be used in various radio engineering devices using quadrature splitting of the sinusoidal signal, as well as in meters of reactive electrical energy. The technical result is to increase the accuracy of the device. The 90 degree phase shift device comprises an integrator, a controlled gain amplifier, two amplitude detectors, a differential adder and a PI controller. By automatically changing the gain of the amplifier with a controlled gain when the input voltage frequency changes, the automatic control system maintains the equality of the amplitudes of the input and output voltages in a wide frequency range. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии.The utility model relates to electrical engineering and can be used in various radio engineering devices using quadrature splitting of the sinusoidal signal, as well as in meters of reactive electrical energy.

Известно устройство для сдвига фаз на 90° [авторское свидетельство СССР №579689, МПК Н03Н 7/18, опубл. 5.11.1977 г.], содержащее входной и выходной эмиттерные повторители, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого эмиттерного повторителя, генератор импульсов, фильтр нижних частот, включенный между выходом блока вычитания и входом второго эмиттерного повторителя, и блок выборки и запоминания, включенный между выходом первого эмиттерного повторителя и вторым входом блока вычитания, причем управляющий вход блока выборки и запоминания соединен с генератором импульсов.A device is known for phase shift by 90 ° [USSR copyright certificate No. 579689, IPC Н03Н 7/18, publ. 5.11.1977], containing the input and output emitter repeaters, a subtraction unit, the first input of which is connected to the output of the first emitter repeater, a pulse generator, a low-pass filter included between the output of the subtraction unit and the input of the second emitter follower, and a sampling and storage unit connected between the output of the first emitter follower and the second input of the subtraction unit, the control input of the sampling and storing unit connected to the pulse generator.

Недостатком данного устройства является низкая точность в широком диапазоне частот, обусловленная наличием фильтра нижних частот с фиксированной постоянной времени.The disadvantage of this device is the low accuracy in a wide range of frequencies, due to the presence of a low-pass filter with a fixed time constant.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство сдвига фазы на 90° [авторское свидетельство СССР №1511705, МПК G01R 25/04, G01R 25/00, опубл. 30.09.1989 г.], содержащее фазосдвигающий элемент, фазовый детектор, интегратор, управляемый делитель напряжения и сумматор, причем вход интегратора соединен с выходом фазового детектора, один из входов которого соединен с входом фазосдвигающего элемента, являющегося входом устройства, выход сумматора является выходом устройства и соединен со вторым входом фазового детектора, а входы сумматора - соответственно с выходами с выходами фазосдвигающего элемента и управляемого делителя напряжения, а управляющий вход - с выходом интегратора.The closest analogue to the proposed utility model is a 90 ° phase shift device [USSR copyright certificate No. 1511705, IPC G01R 25/04, G01R 25/00, publ. 09/30/1989], containing a phase-shifting element, a phase detector, an integrator, a controlled voltage divider and an adder, the input of the integrator connected to the output of the phase detector, one of the inputs of which is connected to the input of the phase-shifting element, which is the input of the device, the output of the adder is the output of the device and connected to the second input of the phase detector, and the inputs of the adder, respectively, with the outputs with the outputs of the phase-shifting element and the controlled voltage divider, and the control input with the output of the integrator.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Недостатком данного устройства является невысокая его точность, обусловленная тем, что оно не обеспечивает равенства амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот.The disadvantage of this device is its low accuracy, due to the fact that it does not provide equal amplitudes of the input and output voltages in a wide frequency range.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности устройства.The technical result of the claimed utility model is to increase the accuracy of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство сдвига фазы на 90°, содержащее интегратор и сумматор, дополнительно введены усилитель с управляемым коэффициентом усиления, первый и второй амплитудные детекторы и ПИ-регулятор, а сумматор выполнен дифференциальным, причем вход устройства соединен с входом первого амплитудного детектора и входом интегратора, выход которого соединен с входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора и является выходом устройства, а выходы первого и второго амплитудных детекторов подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам сумматора, выход которого через ПИ-регулятор соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device phase shift of 90 °, containing an integrator and an adder, an amplifier with a controlled gain, the first and second amplitude detectors and a PI controller are additionally introduced, and the adder is differential, and the input of the device is connected to the input the first amplitude detector and the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the amplifier with a controlled gain, the output of which is connected to the input of the second amplitude detector and is Xia output device, and outputs the first and second amplitude detectors respectively connected to the noninverting and inverting inputs of an adder whose output through the PI controller is connected to the control input of the amplifier with controlled gain.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение интегратора, усилителя с управляемым коэффициентом усиления, первого и второго амплитудных детекторов и ПИ-регулятора. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивает достижение положительного эффекта - повышение точности устройства.Significant differences of the proposed device are the introduction of an integrator, an amplifier with a controlled gain, the first and second amplitude detectors and a PI controller. The combination of elements and the relationships between them provides a positive effect - improving the accuracy of the device.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the device.

Устройство (см. чертеж) содержит интегратор 1, усилитель с управляемым коэффициентом усиления 2, первый 3 и второй 4 амплитудные детекторы, дифференциальный сумматор 5 и ПИ-регулятор 6. Амплитудные детекторы 3, 4 формируют на выходах постоянные напряжения, равные амплитуде напряжений на их входах.The device (see drawing) contains an integrator 1, an amplifier with a controlled gain of 2, the first 3 and second 4 amplitude detectors, a differential adder 5 and a PI controller 6. The amplitude detectors 3, 4 form constant voltage outputs equal to the voltage amplitude at their outputs entrances.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Входное синусоидальное напряжение переменного тока uвх=Um вхsinωt подается на входы интегратора 1 и амплитудного детектора 3. На выходе интегратора 1 формируется напряжение u1, сдвинутое по фазе относительно uвх на угол 90° в сторону отставания:The input sinusoidal AC voltage u in = U m in sin sint is applied to the inputs of the integrator 1 and amplitude detector 3. At the output of the integrator 1, voltage u 1 is generated, which is phase-shifted relative to u in by an angle of 90 ° to the lag direction:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Um вх - амплитуда измеряемого входного напряжения;wherein Rin U m - amplitude of the measured input voltage;

ω - круговая частота входного напряжения;ω is the circular frequency of the input voltage;

R - сопротивление резистора интегратора;R is the resistance of the integrator resistor;

C - емкость конденсатора интегратора.C is the capacitance of the integrator capacitor.

Из выражения (1) видно, что амплитуда выходного напряжения u1 интегратора 1 зависит от частоты ω входного напряжения uвх. Отсюда, для того чтобы напряжение uвых на входе устройства было одинаковой амплитуды с входным напряжением uвх, необходимо выдержать следующие соотношения параметров усилителя с управляемым коэффициентом усиления 2 и интегратора 1:From the expression (1) it can be seen that the amplitude of the output voltage u 1 of the integrator 1 depends on the frequency ω of the input voltage u in . Hence, in order that the voltage u O at the input was the same amplitude with the input voltage u Rin, the following relations amplifier parameters must withstand a controlled-gain integrator 1 and 2:

Figure 00000002
Figure 00000002

где KU - коэффициент усиления усилителя.where K U is the gain of the amplifier.

Тогда на выходе управляемого делителя напряжения 2 и выходе устройства будем иметь напряжение:Then at the output of the controlled voltage divider 2 and the output of the device we will have the voltage:

Figure 00000003
Figure 00000003

Используя инвертирующий усилитель, на выходе устройства получим:Using an inverting amplifier, at the output of the device we get:

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, коэффициент усиления KU усилителя 2 компенсирует изменение коэффициента передачи интегратора 1 в зависимости от частоты ω входного сигнала uвх.Thus, the gain K U of the amplifier 2 compensates for the change in the gain of the integrator 1 depending on the frequency ω of the input signal u in .

Для поддержания равенства амплитуд выходного uвых и входного uвх напряжений в устройство введена система автоматического регулирования амплитуды, включающая амплитудные детекторы 3 и 4, дифференциальный сумматор 5 и ПИ-регулятор 6. Амплитудные значения напряжений uвх и uвых, сформированные амплитудными детекторами 3 и 4, сравниваются в дифференциальном сумматоре 5, и их разность поступает на вход ПИ-регулятора 6. Выходное напряжение u6 ПИ-регулятора 6, поступая на управляющий вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления 2, изменяет его коэффициент передачи таким образом, что общий коэффициент передачи интегратора 1 и усилителя 2 равен единице во всем рабочем диапазоне частот. В результате ПИ-регулятор 6 поддерживает равенство амплитудных значений напряжений uвх и uвых вне зависимости от изменения частоты ω входного напряжения uвх. ПИ-регулятор 6 обеспечивает наибольшее быстродействие системы при перерегулировании не более 5%.In order to maintain equality of the output and input u u O Rin stress amplitude introduced into the device automatic regulation system amplitudes comprising amplitude detectors 3 and 4, the differential adder 5 and PI controller 6. The amplitude values of the voltages u and u O Rin formed by amplitude detectors 3 and 4, are compared in the differential adder 5, and their difference is fed to the input of the PI controller 6. The output voltage u 6 of the PI controller 6, arriving at the control input of the amplifier with a controlled gain of 2, changes e th transmission coefficient so that the total transmission coefficient of the integrator 1 and amplifier 2 is equal to unity in the entire operating frequency range. As a result, the PI controller 6 maintains the equality of the amplitude values of the voltages u in and u out regardless of the change in the frequency ω of the input voltage u in . PI controller 6 provides the highest system performance with overshoot of not more than 5%.

Таким образом, интегратор 1 обеспечивает сдвиг фазы на 90 градусов, а система автоматического регулирования поддерживает равенство амплитуд входного uвх и выходного uвых напряжений в широком диапазоне частот. Тем самым достигается технический результат - повышение точности устройства.Thus, the integrator 1 provides a phase shift of 90 degrees, and the automatic control system maintains the equality of the amplitudes of the input Rin and output u u O voltages over a wide frequency range. Thus, a technical result is achieved - improving the accuracy of the device.

При практической реализации предлагаемого устройства интегратор 1 можно выполнить по известной схеме на операционном усилителе с времязадающей RC-цепью. Усилитель с управляемым коэффициентом усиления 2 можно выполнить на перемножителе сигналов на микросхеме К525ПС3, подав входной сигнал на вход х, а сигнал управления - на вход y. Амплитудные детекторы 3 и 4 можно выполнить по одной из известных схем (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Дифференциальный сумматор 5 представляет собой параллельный сумматор на операционном усилителе. ПИ-регулятор 6 может быть выполнен на операционном усилителе по известной схеме (Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энергоатомиздат,1987, стр. 151, рис. 5.7, а).In the practical implementation of the proposed device, the integrator 1 can be performed according to the known scheme on an operational amplifier with a timing RC circuit. An amplifier with a controlled gain of 2 can be performed on the signal multiplier on the K525PS3 chip by supplying an input signal to input x, and a control signal to input y. Amplitude detectors 3 and 4 can be performed according to one of the known schemes (A.J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M.: BINOM, 1994, p. 292, fig. 11.17; p. 304, fig. . 11.29). Differential adder 5 is a parallel adder on an operational amplifier. PI controller 6 can be performed on an operational amplifier according to a known scheme (Terekhov V.M. Elements of an automated electric drive. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 151, Fig. 5.7, a).

Claims (1)

Устройство сдвига фазы на 90 градусов, содержащее интегратор и сумматор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены усилитель с управляемым коэффициентом усиления, первый и второй амплитудные детекторы и ПИ-регулятор, а сумматор выполнен дифференциальным, причем вход устройства соединен с входом первого амплитудного детектора и входом интегратора, выход которого соединен с входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора и является выходом устройства, а выходы первого и второго амплитудных детекторов подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам сумматора, выход которого через ПИ-регулятор соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.A phase shift device of 90 degrees, comprising an integrator and an adder, characterized in that an amplifier with a controlled gain, first and second amplitude detectors and a PI controller are additionally introduced into it, and the adder is differential, the input of the device being connected to the input of the first amplitude detector and an integrator input, the output of which is connected to the input of the amplifier with a controlled gain, the output of which is connected to the input of the second amplitude detector and is the output of the device, and the output The first and second amplitude detectors are connected respectively to the non-inverting and inverting inputs of the adder, the output of which through the PI controller is connected to the control input of the amplifier with a controlled gain.
RU2016139823U 2016-10-10 2016-10-10 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE RU168700U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139823U RU168700U1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139823U RU168700U1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU168700U1 true RU168700U1 (en) 2017-02-15

Family

ID=58450610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139823U RU168700U1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU168700U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206074U1 (en) * 2021-04-05 2021-08-18 Евгений Борисович Колесников 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU206198U1 (en) * 2021-05-11 2021-08-30 Евгений Борисович Колесников CONTROLLED PHASE RETURNER
RU208079U1 (en) * 2021-05-04 2021-12-01 Евгений Борисович Колесников CONTROLLED PHASE REFRACTOR

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581595A (en) * 1984-05-30 1986-04-08 Rockwell International Corporation Phase shift network with minimum amplitude ripple
SU1511705A1 (en) * 1988-02-22 1989-09-30 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина Apparatus for shifting phase by 90 degrees
RU2141673C1 (en) * 1997-11-21 1999-11-20 АОЗТ научно-производственная фирма "Прорыв" Phase shifting device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581595A (en) * 1984-05-30 1986-04-08 Rockwell International Corporation Phase shift network with minimum amplitude ripple
SU1511705A1 (en) * 1988-02-22 1989-09-30 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина Apparatus for shifting phase by 90 degrees
RU2141673C1 (en) * 1997-11-21 1999-11-20 АОЗТ научно-производственная фирма "Прорыв" Phase shifting device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206074U1 (en) * 2021-04-05 2021-08-18 Евгений Борисович Колесников 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU208079U1 (en) * 2021-05-04 2021-12-01 Евгений Борисович Колесников CONTROLLED PHASE REFRACTOR
RU206198U1 (en) * 2021-05-11 2021-08-30 Евгений Борисович Колесников CONTROLLED PHASE RETURNER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU168700U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2506692C1 (en) Controlled generator
RU168431U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2400761C1 (en) Acceleration measurement device
RU166785U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU167707U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU167006U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU196044U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU169439U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU206074U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2642475C2 (en) Zero radiometer
RU205068U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
CN105510653B (en) A kind of orthogonal signal generator system based on adaptive least mean square algorithm
RU2644612C1 (en) Measuring transducer of variable voltage into constant one
RU168701U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU168550U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU214462U1 (en) POWER FACTOR METER
RU206669U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE
RU163965U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE
GB2183343A (en) Electromagnetic flowmeters
RU196115U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU205166U1 (en) AC / DC MEASURING CONVERTER
RU163230U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU187663U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU213443U1 (en) POWER FACTOR METER

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20171011