RU212274U1 - PHASE-SENSITIVE AC TO DC VOLTAGE CONVERTER - Google Patents
PHASE-SENSITIVE AC TO DC VOLTAGE CONVERTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU212274U1 RU212274U1 RU2022110724U RU2022110724U RU212274U1 RU 212274 U1 RU212274 U1 RU 212274U1 RU 2022110724 U RU2022110724 U RU 2022110724U RU 2022110724 U RU2022110724 U RU 2022110724U RU 212274 U1 RU212274 U1 RU 212274U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- reset
- voltage
- phase
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к электроизмерительной технике и автоматике и может быть использована для фазочувствительного измерения и преобразования сигналов переменного напряжения в постоянное в цепях обратной связи следящих систем, в устройствах фазовой автоподстройки частоты и схемах фазочувствительного выпрямления. Устройство содержит инвертор, управляемый фазосмещатель, компаратор, преобразователь частота-напряжение, одновибратор, интегратор со сбросом, сумматор и источник задающего сигнала, причем выход компаратора подключен к входу преобразователя частота-напряжение, выход которого соединен с входом интегратора со сбросом, выход источника задающего сигнала соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с выходом измерительного преобразователя, вход опорного напряжения соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом сброса интегратора со сбросом, выход которого соединен с первым входом сумматора, а вход измерительного преобразователя соединен через инвертор с входом управляемого фазовращателя. Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей измерительного преобразователя за счет обеспечения фазочувствительности. 3 ил. The utility model relates to electrical measuring technology and automation and can be used for phase-sensitive measurement and conversion of AC to DC signals in feedback circuits of servo systems, in phase-locked loop devices and phase-sensitive rectification circuits. The device contains an inverter, a controlled phase shifter, a comparator, a frequency-voltage converter, a single vibrator, an integrator with reset, an adder and a driving signal source, the output of the comparator is connected to the input of the frequency-voltage converter, the output of which is connected to the input of the integrator with reset, the output of the driving signal source connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the control input of the controlled phase shifter, the output of which is connected to the output of the measuring transducer, the reference voltage input is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the reset input of the integrator with reset, the output of which is connected to the first input of the adder, and the input of the measuring transducer is connected through an inverter to the input of the controlled phase shifter. The technical result of the claimed utility model is to expand the functionality of the measuring transducer by providing phase sensitivity. 3 ill.
Description
Полезная модель относится к электроизмерительной технике и автоматике и может быть использована для фазочувствительного измерения и преобразования сигналов переменного напряжения в постоянное в цепях обратной связи следящих систем, в устройствах фазовой автоподстройки частоты и схемах фазочувствительного выпрямления.The utility model relates to electrical measuring technology and automation and can be used for phase-sensitive measurement and conversion of AC to DC signals in feedback circuits of servo systems, in phase-locked loop devices and phase-sensitive rectification circuits.
Известен измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №163230 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.07.2016 г.], содержащий фазосмещатель, первый и второй квадраторы, суммирующее устройство и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.Known measuring converter AC to DC [Patent for PM No. 163230 RF, IPC G01R 19/22, publ. 07/10/2016], containing a phase shifter, the first and second quadrators, an adder and a square root extraction unit, the converter input is connected to the inputs of the first quadrator and the phase shifter, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the outputs of the first and second quadrators are connected respectively to the first and second inputs of the summing device, the output of which is connected to the output of the converter through the square root extraction unit.
Недостатком данного преобразователя является то, что наряду с высоким быстродействием и точностью его область применения ограничивается только измерением напряжения промышленной частоты, так как фазосмешатель обеспечивает фазовый сдвиг в 90° только на этой частоте. На других частотах преобразователь не выполняет своей функции, так как его выходное напряжение будет иметь значительную переменную составляющую, соизмеримую с постоянной.The disadvantage of this converter is that, along with high speed and accuracy, its scope is limited only to measuring power frequency voltage, since the phase mixer provides a phase shift of 90 ° only at this frequency. At other frequencies, the converter does not perform its function, since its output voltage will have a significant variable component, commensurate with the constant.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №168459 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 3.02.2017 г.], содержащий два квадратора, дифференциатор, блок деления, сумматор, блок извлечения квадратного корня, компаратор и преобразователь частота-напряжение, причем вход измерительного преобразователя соединен с входом первого квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом измерительного преобразователя, дополнительно введены дифференциатор, блок деления, компаратор и преобразователь частота-напряжение, вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого соединен с входом измерительного преобразователя и входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом блока деления, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выход преобразователя частота-напряжение соединен со вторым входом блока деления.The closest analogue to the proposed utility model is an AC-to-DC measuring converter [Patent for PM No. 168459 RF, IPC G01R 19/22, publ. February 3, 2017], containing two quadrators, a differentiator, a division unit, an adder, a square root extraction unit, a comparator and a frequency-voltage converter, the input of the measuring transducer is connected to the input of the first quadrator, and the outputs of the first and second quadrators are connected, respectively, to the first and to the second inputs of the adder, the output of which is connected to the output of the measuring transducer through the square root extraction unit, a differentiator, a dividing unit, a comparator and a frequency-voltage converter are additionally introduced, the input of which is connected to the output of the comparator, the input of which is connected to the input of the measuring transducer and the input of the differentiator, the output of which is connected to the first input of the division block, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the output of the frequency-voltage converter is connected to the second input of the division block.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution was chosen as a prototype.
Недостатком данного преобразователя является то, что устройство не обладает чувствительностью к изменению фазы входного напряжения.The disadvantage of this converter is that the device is not sensitive to changes in the phase of the input voltage.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей измерительного преобразователя за счет обеспечения фазочувствительности.The technical result of the claimed utility model is to expand the functionality of the measuring transducer by providing phase sensitivity.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий компаратор, преобразователь частота-напряжение и сумматор, причем выход компаратора подключен к входу преобразователя частота-напряжение, дополнительно введены инвертор, управляемый фазовращатель, одновибратор, интегратор со сбросом и источник задающего сигнала, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с выходом измерительного преобразователя, причем вход синхронизации соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом сброса интегратора со сбросом, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход преобразователя частота-напряжение соединен с входом интегратора со сбросом, а вход измерительного преобразователя соединен через инвертор с входом управляемого фазовращателя.The specified technical result is achieved by the fact that in a known measuring AC-to-DC voltage converter, containing a comparator, a frequency-voltage converter and an adder, and the output of the comparator is connected to the input of the frequency-voltage converter, an inverter, a controlled phase shifter, a single vibrator, an integrator with reset and driving signal source, the output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the control input of the controlled phase shifter, the output of which is connected to the output of the measuring transducer, and the synchronization input is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the reset input of the integrator with reset, the output of which is connected with the first input of the adder, the output of the frequency-voltage converter is connected to the input of the integrator with reset, and the input of the measuring transducer is connected through the inverter to the input of the controlled phase shifter.
Существенными отличиями предлагаемого фазочувствительного измерительного преобразователя являются введение инвертора, управляемого фазовращателя, одновибратора, интегратора со сбросом и источника задающего сигнала, а также организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширение функциональных возможностей измерительного преобразователя за счет обеспечения фазочувствительности.The essential differences of the proposed phase-sensitive measuring transducer are the introduction of an inverter, a controlled phase shifter, a single vibrator, an integrator with a reset and a driving signal source, as well as the organization of new connections between the elements of the device. The combination of elements and connections between them ensure the achievement of a positive effect - expanding the functionality of the measuring transducer by providing phase sensitivity.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема фазочувствительного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений uвх, u1, uоп, u2, u4, u5, u7 и Uвых; на фиг.3 - фазовая характеристика преобразователяThe essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a functional diagram of a phase-sensitive measuring transducer; in fig. 2 - time diagrams of voltages u in , u 1 , u op , u 2 , u 4 , u 5 , u 7 and U out ; figure 3 - phase characteristic of the converter
Фазочувствительный измерительный преобразователь (фиг. 1) содержит инвертор 1, управляемый фазосмещатель 2, компаратор 3, преобразователь частота-напряжение 4, одновибратор 5, интегратор со сбросом 6, сумматор 7 и источник задающего сигнала 8.The phase-sensitive measuring transducer (Fig. 1) contains an
Фазочувствительный измерительный преобразователь работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение uвх=Um вхsin(ωt+Ψвх) с частотой ω=2πƒ подается на вход измерительного преобразователя. Одновременно на вход компаратора 3 подается опорное синусоидальное напряжение uоп=Um опsinωt с той же частотой ω=2πƒ. Инвертор 1 сдвигает фазу входного напряжения uвх на 180°, так что напряжения uвх и u1 находятся в противофазе (фиг. 2). Напряжение u1 подается на вход управляемого фазосмещателя 2:Phase-sensitive measuring transducer works as follows. The input sinusoidal voltage u in =U m in sin(ωt+Ψ in ) with a frequency ω=2πƒ is fed to the input of the measuring transducer. At the same time, the input of the
u1=Um вхsin(ωt+Ψвх+180°),u 1 \u003d U m in sin ( ωt + Ψ in + 180 °),
где Um вх - амплитуда входного напряжения uвх;where U m in - the amplitude of the input voltage u in ;
Ψвх - начальная фаза входного напряжения uвх. Ψ in - initial phase of the input voltage u in .
Компаратор 3 преобразует синусоидальное опорное напряжение uоп в напряжение u2 прямоугольной формы (фиг. 2), которое подается на входы преобразователя частота-напряжение 4 и одновибратора 5.The
По фронтам импульсов напряжения u2 запускается одновибратор 5 и на его выходе формируются узкие импульсы u4 фиксированной длительности с частотой ω, которые подаются на вход сброса интегратора со сбросом 6. Одновременно преобразователь частота-напряжение 4 преобразует частоту этих импульсов в постоянное напряжение U3 положительной полярности величиной:On the fronts of the voltage pulses u 2 , a
где Кпчн - коэффициент передачи преобразователя частота-напряжение 4;where K pchn - the transfer coefficient of the converter frequency-
ƒ - частота входного напряжения;ƒ - input voltage frequency;
ƒmax - максимальная рабочая частота входного напряжения преобразователя.ƒ max - maximum operating frequency of the input voltage of the converter.
При этом значение Кпчн выбирается из условия получения максимального выходного напряжения U3=10 В при ƒmax, т.е. Кпчн=10/ƒmax.In this case, the value of Kpn is selected from the condition for obtaining the maximum output voltage U 3 \u003d 10 V at ƒ max , i.e. K pn =10/ƒ max .
Выходное напряжение U3 преобразователя частота-напряжение 4 поступает на вход интегратора со сбросом 6.The output voltage U 3 of the frequency-
На выходе интегратора со сбросом 6 формируется пилообразное напряжение u5 отрицательной полярности с частотой ƒ входного напряжения преобразователя, амплитуда которого определяется по формуле:At the output of the integrator with
где U5m - амплитуда выходного напряжения интегратора со сбросом 6;where U 5m - the amplitude of the output voltage of the integrator with
T - период входного напряжения uвх;T - input voltage period u in ;
ƒ - частота входного напряжения uвх;ƒ - input voltage frequency u in ;
R - сопротивление резистора интегратора со сбросом 6;R is the resistance of the integrator resistor with
С - емкость конденсатора интегратора со сбросом 6.C - capacitance of the integrator capacitor with
Таким образом, при выборе постоянной интегрирования RC интегратора со сбросом 6 равной RC=1/ƒmax амплитуда его выходного напряжения не зависит от частоты опорного напряжения uоп во всем рабочем диапазоне частот.Thus, when choosing the integration constant RC of the integrator with
Выходное напряжение u5 интегратора со сбросом 6 суммируется в сумматоре 7 с напряжением смещения u6=Uсм=5 В от источника задающего сигнала 8, в результате чего на выходе сумматора 7 формируется переменное пилообразное напряжение u7 амплитудой 5 В. Это напряжение подается на управляющий вход управляемого фазосмещателя 2.The output voltage u 5 of the integrator with
Управляемый фазосмещатель 2 позволяет линейно изменять фазу ср входного сигнала от -180° до +180° при изменении величины управляющего напряжения от -5 В до +5 В (фиг. 2). Это пилообразное управляющее напряжение воздействуя на управляемый фазосмещатель 2, изменяет фазу ϕ его входного сигнала от -180° до +180° с частотой ƒ входного напряжения uвх (фиг. 2).Controlled
В результате на выходе управляемого фазосмещателя 2 и на выходе измерительного преобразователя формируется выходное напряжение uвых:As a result, the output voltage u out is formed at the output of the controlled
uвых=Um вхsin(ωt+Ψвх+180°+ϕ)=Um вхsin{(ωt+Ψвх+180°+(180°-ωt)}=u out =U m in sin( ωt +Ψ in +180°+ϕ)=U m in sin{( ωt +Ψ in +180°+(180°-ωt)}=
=Um вхsin(Ψвх).\ u003d U m in sin (Ψ in ).
Из полученного выражения видно, что величина выходного напряжения uвых измерительного преобразователя зависит от амплитуды входного напряжения Um вх и от его начальной фазы Ψвх, то есть схема обладает фазочувствительностью. Полученное выражение является уравнением фазовой характеристики, вид которой приведен на фиг. 3. Фазовая характеристика представляет собой синусоидальную зависимость. На фиг. 3 в качестве примера приведены временные диаграммы напряжений при начальной фазе входного напряжения Ψвх=-90° (на интервале времени от t=0 до t=t1), при Ψвх=0° (на интервале времени от t=t1 до t=t2), при Ψвх=+90° (на интервале времени t>t2).It can be seen from the obtained expression that the value of the output voltage u out of the measuring transducer depends on the amplitude of the input voltage U m in and on its initial phase Ψ in , that is, the circuit has phase sensitivity. The resulting expression is the equation of the phase characteristic, the form of which is shown in Fig. 3. The phase response is a sinusoidal curve. In FIG. 3 as an example shows the time diagrams of voltages at the initial phase of the input voltage Ψ in = -90° (in the time interval from t=0 to t=t 1 ), with Ψ in = 0° (in the time interval from t=t 1 to t=t 2 ), at Ψ in =+90° (in the time interval t>t 2 ).
Таким образом, применение в измерительном преобразователе инвертора, управляемого фазовращателя, одновибратора, интегратора со сбросом и источника задающего сигнала позволяет добиться требуемого технического результата - расширение функциональных возможностей измерительного преобразователя за счет обеспечения фазочувствительности.Thus, the use of an inverter, a controlled phase shifter, a single vibrator, an integrator with a reset, and a driving signal source in the measuring transducer makes it possible to achieve the required technical result - expanding the functionality of the measuring transducer by providing phase sensitivity.
При практической реализации предлагаемого измерительного преобразователя в качестве инвертора 1 можно применить обычный инвертирующий усилитель на операционном усилителе. Управляемый фазосмещатель 2 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №206198 РФ, G01R 19/22. Управляемый фазовращатель, опубл. 30.08.2021 г.). Компаратор 3 можно выполнить на микросхеме К554СА3. В качестве преобразователя частота-напряжение 4 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1. Одновибратор 5 можно выполнить на микросхеме К561АГ1. Интегратор со сбросом 6 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) по схеме (В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высш. шк., 2005. - стр. 459, рис. 6.18,в). Сумматор 7 представляет собой неинвертирующий сумматор на ОУ. Источник задающего сигнала 8 представляет собой обычный источник стабильного напряжения.In the practical implementation of the proposed measuring converter as an
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU212274U1 true RU212274U1 (en) | 2022-07-13 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU222350U1 (en) * | 2023-10-18 | 2023-12-21 | Евгений Борисович Колесников | MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2718591A1 (en) * | 1977-04-26 | 1978-11-02 | Siemens Ag | AC=DC converter for measuring system - produces multiple pulse output from operational amplifier phase-shift and rectifier circuit |
US5949263A (en) * | 1997-04-02 | 1999-09-07 | U.S. Philips Corporation | Integrated circuit comprising a phase-control loop with programmable phase shift |
RU166785U1 (en) * | 2016-07-25 | 2016-12-10 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
RU187666U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-14 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
RU188546U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-04-16 | Евгений Борисович Колесников | MEASURING CONVERTER OF THREE-PHASE AC VOLTAGE TO CONSTANT |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2718591A1 (en) * | 1977-04-26 | 1978-11-02 | Siemens Ag | AC=DC converter for measuring system - produces multiple pulse output from operational amplifier phase-shift and rectifier circuit |
US5949263A (en) * | 1997-04-02 | 1999-09-07 | U.S. Philips Corporation | Integrated circuit comprising a phase-control loop with programmable phase shift |
RU166785U1 (en) * | 2016-07-25 | 2016-12-10 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
RU187666U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-14 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
RU188546U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-04-16 | Евгений Борисович Колесников | MEASURING CONVERTER OF THREE-PHASE AC VOLTAGE TO CONSTANT |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU222350U1 (en) * | 2023-10-18 | 2023-12-21 | Евгений Борисович Колесников | MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE |
RU225928U1 (en) * | 2024-02-09 | 2024-05-15 | Евгений Борисович Колесников | MEASURING CONVERTER AC TO DC |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU168373U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE | |
RU212274U1 (en) | PHASE-SENSITIVE AC TO DC VOLTAGE CONVERTER | |
RU211821U1 (en) | AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER | |
RU168431U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU213443U1 (en) | POWER FACTOR METER | |
RU222350U1 (en) | MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE | |
RU166785U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU222351U1 (en) | ADJUSTABLE AC TO DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER | |
RU206322U1 (en) | HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER | |
RU214610U1 (en) | ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER | |
RU196044U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU215007U1 (en) | ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER | |
RU206323U1 (en) | HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER | |
RU205068U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU2520409C2 (en) | Converter for converting periodic signal to frequency and period | |
RU211214U1 (en) | AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER | |
RU205166U1 (en) | AC / DC MEASURING CONVERTER | |
RU206669U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE | |
RU206074U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU213672U1 (en) | CONTROLLED FREQUENCY DIVIDER OF THE HARMONIC SIGNAL | |
RU206703U1 (en) | FREQUENCY MORNER | |
RU187664U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
RU214462U1 (en) | POWER FACTOR METER | |
RU2689805C1 (en) | Time-pulse universal integrating voltage converter | |
RU226232U1 (en) | MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE |