RU224025U1 - Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный - Google Patents

Abstract

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. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный содержит удвоитель частоты, фазосмещатель, компаратор, усилитель-ограничитель, управляемый фазовращатель, блок выделения максимального сигнала и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом измерительного преобразователя, причем вход измерительного преобразователя соединен с входом удвоителя частоты, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, входом фазосмещателя и первым входом блока выделения максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, а выход фазосмещателя через компаратор подключен к входу усилителя-ограничителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом блока выделения максимального сигнала. Техническим результатом при реализации заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя и расширение полосы рабочих частот. 2 ил.

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 переменного тока в постоянный [патент RU №2093842, МПК⁸ G01R19/22, 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 со 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.

Недостатком данного преобразователя является то, что он обладает низким быстродействием.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного тока в постоянный [Патент на ПМ №162314 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.06.2016 г.], содержащий первый двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, вход которого соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, 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.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является то, что он также обладает низким быстродействием и работоспособен только на одной частоте, так как фазосмещатель обеспечивает фазовый сдвиг в 90 только на частоте 50 Гц.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя за счет увеличения пульсности преобразования входного сигнала, а также расширение полосы рабочих частот посредством применения широкополосных узлов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий фазосмещатель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом измерительного преобразователя, дополнительно введены удвоитель частоты, компаратор, усилитель-ограничитель, управляемый фазовращатель и блок выделения максимального сигнала, причем вход измерительного преобразователя соединен с входом удвоителя частоты, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, входом фазосмещателя и первым входом блока выделения максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, а выход фазосмещателя через компаратор подключен к входу усилителя-ограничителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом блока выделения максимального сигнала.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение удвоителя частоты, компаратора, усилителя-ограничителя, управляемого фазовращателя, блока выделения максимального сигнала и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение технического результата - повышение быстродействия и расширение полосы рабочих частот преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений U_вх, u₁-u₆ и U_вых.

Преобразователь (фиг. 1) содержит удвоитель частоты 1, фазосмещатель 2, компаратор 3, усилитель-ограничитель 4, управляемый фазовращатель 5, блок выделения максимального сигнала 6 и сглаживающий фильтр 7.

Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока U_вх=U_mвхsinωt с частотой со подается на вход удвоителя частоты 1, на выходе которого формируется синусоидальное напряжение u₁ с удвоенной частотой 2 ω такой же амплитуды U_mвх. Это напряжение сдвигается фазосмещателем 2 на угол 90° в сторону опережения (фиг. 2) и на его выходе формируется напряжение u₂, которое подается на вход компаратора 3. На выходе компаратора 3 формируется прямоугольное переменное напряжение u₃, которое подается на вход усилителя-ограничителя 4. Усилитель-ограничитель 4 формирует на своем выходе прямоугольное переменное напряжение u₄ с фиксированной амплитудой±6,67 В в фазе с напряжением u₂. Это напряжение подается на управляющий вход управляемого фазовращателя 5.

В устройстве применен управляемый фазовращатель 5, который позволяет линейно изменять фазу ϕ входного сигнала от -180° до+180° при изменении величины управляющего напряжения от -10 В до+10 В (фиг.2). Прямоугольное переменное управляющее напряжение u ₄ с фиксированной амплитудой 6,67 В, воздействуя на управляемый фазовращатель 5, изменяет фазу ϕ его входного сигнала от -120° до+120° с частотой 2 ω. В результате на выходе управляемого фазовращателя 5 формируется двухпульсное напряжение u₅ (фиг.2).

На выходе блока выделения максимального сигнала 6 формируется трехпульсное напряжение u₆, формируемое из максимальных значений напряжений u₁ и u₅. Пульсирующее напряжение u₆ сглаживается сглаживающим фильтром 7, на выходе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное действующему значению входного напряжения U_вх (фиг. 2)

Следует отметить, что данный преобразователь имеет коэффициент передачи в 1,3 раза больший по сравнению с прототипом, где U_вых=1,81U_вх.

Таким образом, частота переменного напряжения на выходе блока выделения максимального сигнала 7 в полтора раза выше и имеет меньшую амплитуду пульсаций, чем у прототипа. В результате этого для достижения требуемого уровня амплитуды пульсаций выходного напряжения фильтр нижних частот 7 имеет значительно меньшую постоянную времени. Следовательно, имеет место повышение быстродействия устройства. Кроме того, преобразователь выполнен из широкополосных узлов, следовательно, имеет место расширение полосы его рабочих частот.

При практической реализации предлагаемого преобразователя удвоитель частоты 1 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №189067 РФ, МПК Н03В 19/00, опубл. 07.05.2019 г.). Фазосмещатель на 90° 2 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №127554 РФ, НО3В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов, опубл. 27.04.2013 г.). В качестве компаратора 3 можно использовать микросхему К554САЗ. Усилитель-ограничитель 4 может быть выполнен по схеме (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 267, рис. 11.10). Управляемый фазосмещатель 5 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №206198 РФ, G01R19/22. Управляемый фазовращатель, опубл. 30.08.2021 г.). Блок выделения максимума 6 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) по схеме (Справочник по средствам автоматики / Под. Ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика. - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 168, рис. 6.57). Фильтр нижних частот 7 можно выполнить по схеме фильтра нижних частот второго порядка Саллена-Кея на ОУ (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 106, рис. 6.11).

Claims (1)

1. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий фазосмещатель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом измерительного преобразователя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены удвоитель частоты, компаратор, усилитель-ограничитель, управляемый фазовращатель и блок выделения максимального сигнала, причем вход измерительного преобразователя соединен с входом удвоителя частоты, выход которого соединен с входом управляемого фазовращателя, входом фазосмещателя и первым входом блока выделения максимального сигнала, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, а выход фазосмещателя через компаратор подключен к входу усилителя-ограничителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом блока выделения максимального сигнала.

Images