RU2469392C1 - Device for potential separation of dc circuits - Google Patents

Device for potential separation of dc circuits Download PDF

Info

Publication number
RU2469392C1
RU2469392C1 RU2011142320/08A RU2011142320A RU2469392C1 RU 2469392 C1 RU2469392 C1 RU 2469392C1 RU 2011142320/08 A RU2011142320/08 A RU 2011142320/08A RU 2011142320 A RU2011142320 A RU 2011142320A RU 2469392 C1 RU2469392 C1 RU 2469392C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
amplifier
limiter
frequency
Prior art date
Application number
RU2011142320/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Игнатьевич Цытович
Олеся Геннадьевна Брылина
Максим Михайлович Дудкин
Раис Мухибович Рахматулин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ))
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ))
Priority to RU2011142320/08A priority Critical patent/RU2469392C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2469392C1 publication Critical patent/RU2469392C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device comprises an amplifier - limiter, an amplitude modulator with transformer separation of an "input-output" circuit, a summator, an integrator, a relay element, a unit of a logical function "Equivalence", a frequency divider, a separation transformer, a rectifier (demodulator).
EFFECT: improved accuracy of device operation and reduction of weight and dimensional indices.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может использоваться в системах управления при автоматизации технологических процессов.The invention relates to the field of analog computing and can be used in control systems for the automation of technological processes.

Известно устройство для потенциального разделения цепей постоянного тока (УПР), содержащее модулятор, демодулятор, разделительный трансформатор, выходной сглаживающий фильтр, генератор несущих колебаний для управления ключами модулятора и демодулятора (Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 225 с.).A device for potential separation of direct current circuits (UPR), containing a modulator, demodulator, isolation transformer, output smoothing filter, a carrier oscillator for controlling the keys of the modulator and demodulator (Terekhov V.M. Elements of an automated electric drive. - M .: Energoatomizdat, 1987 . - 225 p.).

Известное устройство характеризуется низкой точностью работы, так как относится к классу разомкнутых УПР, где дрейф параметров любого из функциональных элементов схемы вызывает значительную ошибку преобразования входного сигнала.The known device is characterized by low accuracy, as it belongs to the class of open control devices, where the drift of the parameters of any of the functional elements of the circuit causes a significant error in the conversion of the input signal.

Известно УПР, содержащее интегратор, релейные элементы, оптоэлектронные ключи, фильтр (SU №1141424 G06G 7/12. заявл. 17.03.83, опубл. 23.02.85, Бюл. №7).It is known UPR containing an integrator, relay elements, optoelectronic switches, filter (SU No. 1141424 G06G 7/12. Decl. 17.03.83, publ. 23.02.85, Bull. No. 7).

Недостатком данного УПР является низкое быстродействие, ограниченное временем переключения оптоэлектронных пар, и необходимость в дополнительном источнике электропитания входного интегрирующего каскада, что снижает показатели надежности УПР в целом.The disadvantage of this control is the low speed, limited by the switching time of the optoelectronic pairs, and the need for an additional power supply of the input integrating stage, which reduces the reliability of the control in general.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является УПР, содержащее амплитудный модулятор, сумматор, интегратор, релейный элемент, делитель частоты, блок логической функции «Равнозначность», входную и выходную клеммы (Гафиятуллин Р.Х., Цытович Л.И., Цытович П.Л. Развертывающий преобразователь с потенциальным разделением цепей постоянного тока // Приборы и техника эксперимента. - М.: РАН. 1997. - №3. - С.85-88).Closest to the proposed device is the control unit, which contains an amplitude modulator, adder, integrator, relay element, frequency divider, a block of logical functions "Equivalence", input and output terminals (Gafiyatullin R.Kh., Tsytovich L.I., Tsytovich P.L. Deployment converter with potential separation of direct current circuits // Instruments and experimental equipment. - M.: RAS. 1997. - No. 3. - P.85-88).

Устройство-прототип относится к классу интегрирующих развертывающих преобразователей с частотно-широтно-импульсной модуляцией и реализует принцип развертывающего преобразования с противофазно примыкающими циклами (Цытович Л.И. Развертывающие преобразователи для систем управления вентильными электроприводами и технологической автоматики. Дис… докт. техн. наук. Челябинск: ЧГТУ, 1996. - 464 с.)The prototype device belongs to the class of integrating deploying converters with frequency-pulse-width-pulse modulation and implements the principle of developing converting with out-of-phase adjacent cycles (Tsytovich L.I. Deploying converters for control systems of valve electric drives and technological automation. Thesis ... Doct. Chelyabinsk: ChSTU, 1996 .-- 464 p.)

Недостатком УПР-прототипа является низкая точность работы в области «больших» сигналов, когда при частотно-широтно-импульсной модуляции частота несущих автоколебаний значительно уменьшается. Это вызывает режим насыщения разделительного трансформатора амплитудного модулятора и переход УПР в состояние инфранизкочастотных колебаний с одновременным снижением коэффициента передачи по отношению к входному сигналу. Кроме того, при питании отдельных элементов схемы от источников, подключенных к сети 50 Гц, могут существенно возрасти массогабаритные показатели УПР.The disadvantage of the UPR prototype is the low accuracy in the field of "large" signals, when the frequency-pulse-width modulation frequency of the carrier oscillations is significantly reduced. This causes the saturation mode of the isolation transformer of the amplitude modulator and the transition of the control unit to the state of infra-low-frequency oscillations with a simultaneous decrease in the transmission coefficient with respect to the input signal. In addition, when the individual elements of the circuit are powered from sources connected to a 50 Hz network, the overall dimensions of the control system can significantly increase.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности работы устройства для потенциального разделения цепей постоянного тока и снижении его массогабаритных показателей.The invention is based on a technical problem, which consists in increasing the accuracy of the device for the potential separation of direct current circuits and reducing its overall dimensions.

Предлагаемое устройство для потенциального разделения цепей постоянного тока содержит источник входного сигнала, амплитудный модулятор, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, выход интегратора соединен с входом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу блока логической функции «Равнозначность», ко второму входу сумматора и к входу делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока логической функции «Равнозначность» и с первым входом амплитудного модулятора, выход блока логической функции «Равнозначность» соединен с выходной клеммой устройства и характеризуется тем, что в него введены усилитель-ограничитель, выпрямитель (демодулятор) и разделительный трансформатор, причем вход усилителя-ограничителя подключен к источнику входного сигнала, а выход соединен со вторым входов амплитудного модулятора, вход разделительного трансформатора подключен к выходу делителя частоты, а выход подключен к входу выпрямителя (демодулятора), выход которого соединен с клеммой напряжения питания усилителя-ограничителя.The proposed device for potential separation of DC circuits contains an input signal source, an amplitude modulator, the output of which is connected to the first input of the adder, the output of which is connected to the input of the integrator, the output of the integrator is connected to the input of the relay element, the output of which is connected to the first input of the block ", To the second input of the adder and to the input of the frequency divider, the output of which is connected to the second input of the block of the logical function" Equivalence "and to the first input of amplitudes modulator, the output of the block of the logical function "Equivalence" is connected to the output terminal of the device and is characterized by the fact that it has an amplifier-limiter, a rectifier (demodulator) and an isolation transformer, the input of the amplifier-limiter connected to the input signal source, and the output connected to the second inputs of the amplitude modulator, the input of the isolation transformer is connected to the output of the frequency divider, and the output is connected to the input of the rectifier (demodulator), the output of which is connected to the pit voltage terminal limit amplifier.

Техническим результатом предлагаемого устройства является его повышенная точность в работе и сниженные массогабаритные показатели.The technical result of the proposed device is its increased accuracy in operation and reduced overall dimensions.

Поставленная техническая задача достигается за счет электропитания усилителя-ограничителя выпрямленным напряжением несущей частоты автоколебаний УПР и ограничением уровня напряжения, подаваемого на вход амплитудного модулятора за счет усилителя-ограничителя, включенного между источником входного сигнала и информационным входом амплитудного модулятора. При этом в УПР устраняется режим «насыщения» разделительных трансформаторов и, как следствие, инфранизкочастотных «биений» среднего значения выходных импульсов в области «больших» сигналов. Кроме того, питание усилителя-ограничителя от разделительного трансформатора, соединенного с выходом делителя' частоты, позволяет резко снизить массогабаритные показатели устройства из-за высокого значения частоты несущих колебаний УПР.The stated technical problem is achieved due to the power supply of the amplifier-limiter with the rectified voltage of the carrier frequency of self-oscillations of the UPR and the limitation of the voltage level supplied to the input of the amplitude modulator due to the amplifier-limiter connected between the input signal source and the information input of the amplitude modulator. At the same time, the “saturation” of isolation transformers and, as a result, the infra-low-frequency “beats” of the average value of output pulses in the region of “large” signals is eliminated in the control unit. In addition, the power of the amplifier-limiter from the isolation transformer connected to the output of the frequency divider ', can dramatically reduce the overall dimensions of the device due to the high frequency of the carrier oscillations of the control gear.

Изобретение поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - дана структурная схема предлагаемого устройства;figure 1 - is a structural diagram of the proposed device;

фиг.2-4 - приведены временные диаграммы сигналов и характеристики устройства.figure 2-4 shows a timing diagram of the signals and characteristics of the device.

В состав устройства (фиг.1) входят последовательно включенные источник входного сигнала - входная клемма 1, усилитель-ограничитель 2, амплитудный модулятор 3, сумматор 4, интегратор 5 и релейный элемент 6. Выход релейного элемента 6 подключен к первому входу блока логической функции «Равнозначность» 7, ко второму входу сумматора 4 и к входу делителя частоты 8. Выход делителя частоты соединен со вторым входом блока логической функции «Равнозначность» 7, с входом амплитудного модулятора 3 и с входом разделительного трансформатора 9. Выход разделительного трансформатора 9 подключен к входу выпрямителя (демодулятора) 10, выход которого соединен с клеммой напряжения питания усилителя-ограничителя 2. Выход блока логической функции «Равнозначность» 7 соединен с выходной клеммой устройства 11.The structure of the device (Fig. 1) includes serially connected input signal source - input terminal 1, amplifier-limiter 2, amplitude modulator 3, adder 4, integrator 5 and relay element 6. The output of relay element 6 is connected to the first input of the logic function block " “Equivalence” 7, to the second input of the adder 4 and to the input of the frequency divider 8. The output of the frequency divider is connected to the second input of the block of the logic function “Equivalence” 7, with the input of the amplitude modulator 3 and with the input of the isolation transformer 9. The output will split ceiling elements transformer 9 is connected to the input rectifier (demodulator) 10, whose output is connected to a terminal of the voltage amplifier power limiter unit 2. The output logic function "equivalence" 7 is connected to an output terminal of the device 11.

Усилитель-ограничитель 2 имеет линейную характеристику с зоной насыщения ±ХКР. В общем случае она может быть как инвертирующей, так и неинвертирующей. Амплитудный модулятор 3 формирует на выходе переменный импульсный сигнал, амплитуда которого соответствует входному воздействию на клемме 1, а частота определяется частотой выходного напряжения делителя частоты 8. Знак выходного импульса амплитудного модулятора 3 соответствует произведению знаков сигналов с выхода усилителя-ограничителя 2 и делителя частоты 8. Амплитудный модулятор 3 реализован по трансформаторной схеме, обеспечивающей потенциальное разделения канала «вход - выход» УПР.Amplifier-limiter 2 has a linear characteristic with a saturation zone ± X KR . In general, it can be both inverting and non-inverting. The amplitude modulator 3 generates an alternating pulse signal at the output, the amplitude of which corresponds to the input action at terminal 1, and the frequency is determined by the frequency of the output voltage of the frequency divider 8. The sign of the output pulse of the amplitude modulator 3 corresponds to the product of the signs of the signals from the output of the amplifier-limiter 2 and frequency divider 8. Amplitude modulator 3 is implemented according to a transformer circuit that provides a potential separation of the input-output channel of the control unit.

Интегратор 5 выполнен с передаточной функцией W(р)=1/ТИр на основе операционного усилителя. При подаче «скачка» входного сигнала выходное напряжения интегратора 5 изменяется линейно в сторону, противоположную знаку входного воздействия.The integrator 5 is made with a transfer function W (p) = 1 / T And p based on the operational amplifier. When applying a “jump” of the input signal, the output voltage of the integrator 5 changes linearly in the direction opposite to the sign of the input action.

Релейный элемент 6 имеет неинвертирующую петлю гистерезиса и симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения ±b. Его выходное напряжение меняется дискретно в пределах ±А.Relay element 6 has a non-inverting hysteresis loop and switching thresholds ± b symmetrical with respect to the zero level. Its output voltage varies discretely within ± A.

Делитель частоты 8 (счетный триггер) реализован с коэффициентом деления 2,0, а его выходные импульсы имеют амплитуду ±А.The frequency divider 8 (counting trigger) is implemented with a division ratio of 2.0, and its output pulses have an amplitude of ± A.

Блок 7 выполняет логическую функцию «Равнозначность». Сигнал на его выходе имеет уровень +А при совпадении знаков входных сигналов и величину -А при несовпадении знаков этих сигналов.Block 7 performs the logical function "Equivalence". The signal at its output has a + A level when the signs of the input signals coincide and a value of -A when the signs of these signals do not match.

В дальнейшем принимаем, что коэффициент передачи усилителя-ограничителя 2, амплитудного модулятора 3, выпрямителя (демодулятор) 10 и разделительного трансформатора 9 равен единице, импульсы на выходе релейного элемента 6, делителя частоты 8 и блока логической функции «Равнозначность» 7 меняются дискретно в пределах ±А, а сигнал на выходе усилителя-ограничителя 2 по знаку соответствует входному сигналу на клемме 1 (следует отметить, что инвертирующий или неинвертирующий характер статической характеристики усилителя-ограничителя 2 не имеет принципиального значения с точки зрения принципа работы устройства, а влияет лишь на вид статической характеристики УПР (инвертирующая или неинвертирующая характеристика «вход-выход» УПР).In the future, we assume that the transfer coefficient of the amplifier-limiter 2, the amplitude modulator 3, the rectifier (demodulator) 10, and the isolation transformer 9 is equal to one, the pulses at the output of the relay element 6, the frequency divider 8, and the block of the logic function "Ambiguity" 7 vary discretely within ± A, and the signal at the output of amplifier-limiter 2 in sign corresponds to the input signal at terminal 1 (it should be noted that the inverting or non-inverting character of the static characteristic of amplifier-limiter 2 does not have intsipialnogo values in terms of the principle of operation of the device, and only affects the appearance of the static characteristic NRM (inverting or noninverting characteristic "input-output" RVP).

Принцип работы устройства следующий.The principle of operation of the device is as follows.

Устройство (фиг.1) относится к классу развертывающих интегрирующих преобразователей с противофазно примыкающими циклами развертывающего преобразования. При нулевом уровне входного сигнала ХВХ (фиг.2a, t<t0) сигнал YА(t) на выходе усилителя-ограничителя 2 и амплитудного модулятора 3 отсутствует (фиг.2б) и среднее значение импульсов YР(t), YВЫХ(t) на выходе релейного элемента 6 и блока логической функции «Равнозначность» 7 за интервал дискретизации Т0 равно нулю (фиг.2в, д).The device (figure 1) belongs to the class of deploying integrating converters with antiphase adjacent cycles of the deploying conversion. At a zero level of the input signal X BX (Fig. 2a, t <t 0 ), the signal Y A (t) at the output of the amplifier-limiter 2 and the amplitude modulator 3 is absent (Fig. 2b) and the average value of the pulses Y P (t), Y OUTPUT (t) at the output of the relay element 6 and the block of the logical function "Equivalence" 7 for the sampling interval T 0 is equal to zero (pigv, d).

При подаче входного сигнала (фиг.2а, t≥t0) на выходе амплитудного модулятора 3 формируются прямоугольные импульсы YА(t) с амплитудой, равной ±XВХ, и с частотой выходного сигнала YДЧ(t) делителя частоты 8, ведомого автоколебательным контуром, образованным амплитудным модулятором 3, сумматором 4, интегратором 5 и релейным элементом 6 (фиг.2б-г). В интервале

Figure 00000001
(фиг.2в) темп развертки YИ(t) с выхода интегратора 5 определяется разностью выходных сигналов амплитудного модулятора 3 и релейного элемента 6 и в интервале
Figure 00000002
- суммой этих сигналов. Здесь:
Figure 00000003
- нормированное значение порогов переключения релейного элемента 6;
Figure 00000004
- нормированное значение входного сигнала на входной клемме 1; ±А - амплитуда выходных импульсов релейного элемента 6 и блока логической функции «Равнозначность» 7.When the input signal is applied (Fig. 2a, t≥t 0 ), rectangular pulses Y A (t) are formed at the output of the amplitude modulator 3 with an amplitude equal to ± X BX and with the frequency of the output signal Y PM (t) of the frequency divider 8, driven a self-oscillating circuit formed by an amplitude modulator 3, an adder 4, an integrator 5 and a relay element 6 (fig.2b-d). In the interval
Figure 00000001
(figv) the scan rate Y AND (t) from the output of the integrator 5 is determined by the difference of the output signals of the amplitude modulator 3 and the relay element 6 and in the interval
Figure 00000002
- the sum of these signals. Here:
Figure 00000003
- the normalized value of the switching thresholds of the relay element 6;
Figure 00000004
- normalized value of the input signal at input terminal 1; ± A is the amplitude of the output pulses of the relay element 6 and the block of the logical function "Equivalence" 7.

После завершения цикла t11+t21 (фиг.2в) происходит переключение делителя частоты 8 (фиг.2г) и изменение знака сигнала на выходе амплитудного модулятора 3 (фиг.2б). В результате следующий, примыкающий к t11+t21, цикл преобразования t22+t12 имеет параметры t12=t11, t21=t22 и ориентирован противофазно по знаку импульсов относительно предыдущего цикла t11+t21. При демодуляции выходного сигнала релейного элемента 6 с помощью функции «равнозначность» на выходе устройства (клемма 11) формируется частотно-широтно-импульсный сигнал с постоянной составляющейAfter the completion of the cycle t 11 + t 21 (Fig.2c), the frequency divider 8 is switched (Fig.2d) and the sign of the signal changes at the output of the amplitude modulator 3 (Fig.2b). As a result, the next transformation cycle t 22 + t 12 adjacent to t 11 + t 21 has the parameters t 12 = t 11 , t 21 = t 22 and is oriented out of phase with respect to the sign of the pulses relative to the previous cycle t 11 + t 21 . When demodulating the output signal of the relay element 6 using the "equivalence" function, a pulse-frequency-pulse signal with a constant component is generated at the device output (terminal 11)

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

пропорциональной входному сигналу ХВХ (фиг.2д, е), где

Figure 00000006
- период выходных импульсов блока логической функции «Равнозначность» 7. Полоса пропускания устройства при
Figure 00000007
соответствует величине
Figure 00000008
.proportional to the input signal X BX (fig.2d, e), where
Figure 00000006
- the period of the output pulses of the block logical function "Equivalence" 7. The bandwidth of the device when
Figure 00000007
corresponds to
Figure 00000008
.

Рассмотрим влияние сигналов смещения «нуля» Δе амплитудного модулятора 3 и интегратора 5, которые оказывают наибольшее воздействие на уровень ошибки среднего значения выходного сигнала устройства. Считаем, что ошибка Δе является обобщенной, учитывает нестабильность характеристик амплитудного модулятора 3 и интегратора 5, прикладывается к входу сумматора 4 (фиг.1) и по знаку, например, совпадает со знаком входного воздействия ХВХ (фиг.3а, б).Consider the effect of the “zero” offset signals Δе of the amplitude modulator 3 and integrator 5, which have the greatest effect on the error level of the average value of the output signal of the device. We believe that the error Δе is generalized, takes into account the instability of the characteristics of the amplitude modulator 3 and integrator 5, is applied to the input of the adder 4 (Fig. 1), and in sign, for example, coincides with the sign of the input action X BX (Fig. 3a, b).

В интервалахIn intervals

Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000009
Figure 00000010

(фиг.3в) сигнал Δе приведет к изменению длительностей «полуциклов» развертывающего преобразования t21 и t11. Интервалы t22 и t12 возрастут до значений(Fig. 3c), the signal Δе will lead to a change in the durations of the "half-cycles" of the deployment transform t 21 and t 11 . The intervals t 22 and t 12 increase to values

Figure 00000011
и
Figure 00000012
Figure 00000011
and
Figure 00000012

соответственно, где:

Figure 00000013
,
Figure 00000014
- коэффициенты передачи сигнала Δе под действием входного сигнала на выход блока логической функции «Равнозначность» 7;
Figure 00000015
- нормированное значение сигнала Δе (фиг.3г).respectively, where:
Figure 00000013
,
Figure 00000014
- transmission coefficients of the signal Δе under the action of the input signal to the output of the block of the logical function "Equivalence"7;
Figure 00000015
- the normalized signal value Δе (figg).

В итоге за интервал дискретизации

Figure 00000016
As a result, for the sampling interval
Figure 00000016

импульсов Yp(t) (фиг.3в) их постоянная составляющая равна

Figure 00000017
, а относительная ошибка преобразования устройства составитpulses Y p (t) (pigv) their constant component is equal to
Figure 00000017
, and the relative error of the device conversion will be

Figure 00000018
.
Figure 00000018
.

Здесь обращает на себя внимание тот факт, что по сравнению с традиционными устройствами для потенциального разделения цепей постоянного тока, например, типа «модулятор - демодулятор» в рассматриваемом устройстве влияние сигнала Δе носит мультипликативный (зависимый от уровня ХВХ), характер, причем ошибка работы устройства полностью отсутствует при XВХ=0, а с ростом входного сигнала определяется величиной

Figure 00000019
. Учитывая, что
Figure 00000020
, дрейф «нуля» выходного сигнала устройства намного ниже, чем в типовых структурах.It is noteworthy that, in comparison with traditional devices for potential separation of direct current circuits, for example, of the “modulator - demodulator” type in the device under consideration, the influence of the signal Δе is multiplicative (dependent on the level of X VX ), the nature of the error the device is completely absent at X BX = 0, and with an increase in the input signal is determined by the value
Figure 00000019
. Given that
Figure 00000020
, the drift of the “zero” output signal of the device is much lower than in typical structures.

Недостатком устройства данного класса является низкая точность работы в области «больших» сигналов. Причина заключается в том, что с ростом входного сигнала в автоколебательном тракте, образованном сумматором 4, интегратором 5 и релейным элементом 6 УПР уменьшается частота несущих колебаний. В результате «насыщается» разделительный трансформатор амплитудного модулятора 3 и снижается значение его коэффициента передачи, что влечет за собой переход УПР в режим низкочастотных «биений» среднего значения выходных импульсов. Рассмотрим данный режим на основе временных диаграмм сигналов, приведенных на фиг.4.The disadvantage of this class of device is the low accuracy in the field of "large" signals. The reason is that with an increase in the input signal in the self-oscillating path formed by the adder 4, the integrator 5 and the relay element 6 of the control unit decreases the frequency of the carrier oscillations. As a result, the isolation transformer of the amplitude modulator 3 is “saturated” and the value of its transfer coefficient decreases, which entails the transition of the control switch to the low-frequency “beat” mode of the average value of the output pulses. Consider this mode based on the timing diagrams of the signals shown in figure 4.

Предположим, что критической амплитудой входного сигнала, при которой наступает «насыщение» магнитопровода трансформатора амплитудного модулятора 3, является величина ХКР (фиг.4а). При выполнении условия ХВХ≥ХКР (фиг.4a, t≥t0) частота выходных импульсов релейного элемента 6 и УПР в целом резко снижается, что соответственно влечет за собой уменьшение частоты выходного сигнала делителя частоты 8 до величины

Figure 00000021
(фиг.4б, в, область «А»). При этом из-за «насыщения» трансформатора амплитудного модулятора 3 падает его коэффициент передачи, что влечет за собой снижение уровня сигнала, поступающего на вход сумматора 4. Тогда частота несущих колебаний УПР вновь возрастает (фиг.4б, в, области «В», «С»,
Figure 00000022
). Повышение частоты несущих автоколебаний выводит разделительный трансформатор амплитудного модулятора 3 из состояния «насыщения», что восстанавливает его коэффициент передачи. Это в свою очередь вновь вызывает снижение частоты автоколебаний УПР (фиг.4б, в, области «D», «Е») и спад коэффициента передачи прямого канала преобразования УПР. В дальнейшем процесс периодически повторяется, носит инфранизкочастотный характер (фиг.4г), определяемый постоянной времени разделительного трансформатора, и приводит к результирующему снижению коэффициента усиления УПР в области «больших» сигналов ХВХ≥ХКР (фиг.4д).Suppose that the critical amplitude of the input signal, at which there is a "saturation" of the magnetic circuit of the transformer of the amplitude modulator 3, is the value of X KP (figa). When the condition X BX ≥X KR (Fig. 4a, t≥t 0 ) is fulfilled, the frequency of the output pulses of the relay element 6 and the control unit as a whole sharply decreases, which accordingly entails a decrease in the frequency of the output signal of the frequency divider 8 to
Figure 00000021
(figb, c, region "A"). In this case, due to the "saturation" of the transformer of the amplitude modulator 3, its transmission coefficient decreases, which entails a decrease in the level of the signal supplied to the input of the adder 4. Then, the frequency of the carrier oscillations of the control amplifier increases again (Fig. 4b, in the region "B", "FROM",
Figure 00000022
) Increasing the frequency of the carrier self-oscillations removes the isolation transformer of the amplitude modulator 3 from the state of "saturation", which restores its transmission coefficient. This, in turn, again causes a decrease in the frequency of self-oscillations of the UPR (Fig. 4b, in the region “D”, “E”) and a decrease in the transmission coefficient of the forward channel of the UPR conversion. In the future, the process is periodically repeated, it has an infra-low-frequency character (Fig. 4d), determined by the time constant of the isolation transformer, and leads to a resulting decrease in the gain of the control amplifier in the region of "large" signals X BX ≥X KR (Fig. 4d).

Очевидно, что для устранения отмеченного недостатка достаточно ограничить величину сигнала на входе амплитудного модулятора 3 на уровне ХВХКР, что в предлагаемом устройстве реализуется с помощью усилителя-ограничителя 2, имеющего, например, статическую характеристику, показанную на фиг.4е, где Δ - бесконечно малая величина. Если ХХВ на клемме 1 превышает допустимое значение, то выходной сигнал усилителя-ограничителя 2 не выходит за критический уровень ХКР, исключая тем самым переход УПР в режим низкочастотных биений координаты Y0.Obviously, to eliminate this drawback, it is sufficient to limit the signal at the input of the amplitude modulator 3 to the level X BX <X KR , which is implemented in the proposed device using the amplifier-limiter 2, having, for example, the static characteristic shown in Fig.4e, where Δ is an infinitesimal quantity. If Х ХВ on terminal 1 exceeds the permissible value, then the output signal of the amplifier-limiter 2 does not exceed the critical level X КР , thereby excluding the transition of the control switch to the low-frequency beat mode of the coordinate Y 0 .

Для питания усилителя-ограничителя 2 можно было бы использовать автономный источник напряжения, гальванически отделенный от источника электропитания УПР. Однако подобное техническое решение является неприемлемым в рамках данного устройства по следующим причинам. При использовании автономного источника электропитания частота пульсаций его выходного сигнала независимо от коэффициента стабилизации стабилизатора является величиной постоянной и определяется частотой напряжения сети. Частота же автоколебаний УПР «плавает» в зависимости от уровня преобразуемого сигнала. В этих условиях возможно «наложение» двух частот со стороны автоколебательного тракта УПР и автономного источника питания усилителя-ограничителя 2, что приведет к появлению дополнительных низкочастотных гармоник в выходном сигнале УПР при выделении среднего значения его выходных импульсов.To power the amplifier-limiter 2, it would be possible to use an autonomous voltage source, galvanically separated from the power supply of the UPR. However, such a technical solution is unacceptable in the framework of this device for the following reasons. When using an autonomous power supply, the ripple frequency of its output signal, regardless of the stabilization coefficient of the stabilizer, is constant and is determined by the frequency of the mains voltage. The frequency of self-oscillations of the UPR "floats" depending on the level of the converted signal. Under these conditions, it is possible to “superimpose” two frequencies from the self-oscillating path of the UPR and the autonomous power supply of the amplifier-limiter 2, which will lead to the appearance of additional low-frequency harmonics in the output signal of the UPR when allocating the average value of its output pulses.

Устранения данного потенциального недостатка УПР можно достичь в случае выравнивания частоты несущих автоколебаний с частотой пульсаций источника электропитания усилителя-ограничителя 2. С этой целью выход трансформатора 9 подключен к выходу делителя частоты 8. Это позволяет получить на вторичной стороне разделительного трансформатора 9 переменный сигнал с частотой автоколебаний УПР. В результате на выходе выпрямителя (демодулятора) 10 формируется постоянное напряжение электропитания усилителя-ограничителя 2 с зависимой от уровня входного сигнала УПР частотой пульсаций. Тем самым исключается работа УПР с формированием дополнительных низкочастотных гармоник из-за «наложения» двух некратных друг другу частот. Кроме того, учитывая высокое значение частоты автоколебаний УПР (десятки кГц), резко сокращаются массогабаритные показатели разделительного трансформатора 9 по сравнению со случаем, когда питание усилителя-ограничителя 2 производилось бы по традиционной схеме от источника, подключенного к напряжению сети 50 Гц.The elimination of this potential drawback of the control loop can be achieved if the frequency of the carrier self-oscillations is aligned with the ripple frequency of the power supply of the amplifier-limiter 2. To this end, the output of the transformer 9 is connected to the output of the frequency divider 8. This allows you to get an alternating signal with a self-oscillation frequency on the secondary side of the isolation transformer 9 UPR. As a result, at the output of the rectifier (demodulator) 10, a constant power supply voltage of the amplifier-limiter 2 is formed with a ripple frequency dependent on the level of the input signal of the control amplifier. This eliminates the operation of the control amplifier with the formation of additional low-frequency harmonics due to the "superposition" of two non-multiple frequencies to each other. In addition, taking into account the high value of the self-oscillation frequency of the UPR (tens of kHz), the overall dimensions of the isolation transformer 9 are sharply reduced compared to the case when the power of the amplifier-limiter 2 would be produced according to the traditional scheme from a source connected to a network voltage of 50 Hz.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от известного повышенной точностью работы в области «больших» сигналов и пониженными массогабаритными показателями.Thus, the proposed technical solution differs from the known increased accuracy in the field of "large" signals and low weight and size indicators.

Рассмотренное устройство предполагается использовать в системе управления комплексом электроприводов участка отделки труб большого диаметра цеха №6 ОАО ЧТПЗ для передачи на управляющую ЦВМ сигналов, характеризующих состояние силовых преобразователей, исполнительных электродвигателей и технологических механизмов. Предполагаемый экономический эффект от внедрения всего комплекса оборудования - 120-180 тыс. руб. в год.The considered device is supposed to be used in the control system of the electric drive complex for the large-diameter pipe finishing section of workshop No. 6 of ChTPZ OJSC to transmit signals to the control computer that characterize the state of power converters, executive electric motors, and technological mechanisms. The estimated economic effect of the introduction of the entire complex of equipment is 120-180 thousand rubles. in year.

Claims (1)

Устройство для потенциального разделения цепей постоянного тока, содержащее источник входного сигнала, амплитудный модулятор, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, выход интегратора соединен с входом релейного элемента, выход которого подключен к первому входу блока логической функции «Равнозначность», ко второму входу сумматора и к входу делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока логической функции «Равнозначность» и с первым входом амплитудного модулятора, выход блока логической функции «Равнозначность» соединен с выходной клеммой устройства, отличающееся тем, что в него введены усилитель-ограничитель, выпрямитель (демодулятор) и разделительный трансформатор, при этом вход усилителя-ограничителя подключен к источнику входного сигнала, а выход соединен со вторым входом амплитудного модулятора, вход разделительного трансформатора подключен к выходу делителя частоты, а выход подключен к входу выпрямителя (демодулятора), выход которого соединен с клеммой напряжения питания усилителя-ограничителя. A device for potential separation of direct current circuits containing an input signal source, an amplitude modulator, the output of which is connected to the first input of the adder, the output of which is connected to the integrator input, the integrator output is connected to the input of the relay element, the output of which is connected to the first input of the block ", To the second input of the adder and to the input of the frequency divider, the output of which is connected to the second input of the logic function block" Equivalence "and to the first input of the amplitude module torus, the output of the block of the logical function "Equivalence" is connected to the output terminal of the device, characterized in that it has a limiter amplifier, a rectifier (demodulator) and an isolation transformer, while the input of the amplifier-limiter is connected to the input signal source, and the output is connected to the second input of the amplitude modulator, the input of the isolation transformer is connected to the output of the frequency divider, and the output is connected to the input of the rectifier (demodulator), the output of which is connected to the terminal of the power supply voltage of the amplifier limiter.
RU2011142320/08A 2011-10-19 2011-10-19 Device for potential separation of dc circuits RU2469392C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142320/08A RU2469392C1 (en) 2011-10-19 2011-10-19 Device for potential separation of dc circuits

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142320/08A RU2469392C1 (en) 2011-10-19 2011-10-19 Device for potential separation of dc circuits

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2469392C1 true RU2469392C1 (en) 2012-12-10

Family

ID=49255878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011142320/08A RU2469392C1 (en) 2011-10-19 2011-10-19 Device for potential separation of dc circuits

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469392C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549128C1 (en) * 2014-04-16 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Single-cycle multizone integrating converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1141424A1 (en) * 1983-03-17 1985-02-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Timebase operational amplifier
JPH046917A (en) * 1990-04-19 1992-01-10 Austria Micro Syst Internatl Gmbh Monolithic integration high resolution a/d converter
US20050212501A1 (en) * 2003-10-24 2005-09-29 Benjamin Acatrinei Method and system for low-cost and high performance power factor correction
RU2422896C1 (en) * 2009-12-16 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Multi-zone roll-out converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1141424A1 (en) * 1983-03-17 1985-02-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Timebase operational amplifier
JPH046917A (en) * 1990-04-19 1992-01-10 Austria Micro Syst Internatl Gmbh Monolithic integration high resolution a/d converter
US20050212501A1 (en) * 2003-10-24 2005-09-29 Benjamin Acatrinei Method and system for low-cost and high performance power factor correction
RU2422896C1 (en) * 2009-12-16 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Multi-zone roll-out converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549128C1 (en) * 2014-04-16 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Single-cycle multizone integrating converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tsytovich et al. Adaptive interval-code integrating synchronization of control systems for power converters
CN103208924A (en) Kilovolt (KV) control method and system adopting digital technique
RU2408969C1 (en) Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator
RU2469392C1 (en) Device for potential separation of dc circuits
Middlebrook Describing function properties of a magnetic pulse-width modulator
CN103023291A (en) Resonance suppression method based on voltage-type grid-connected inverter
CN102545621A (en) Switching power supply and control method thereof
RU2449456C1 (en) Integrating synchronisation device
Tsytovich et al. Pulse-width and pulse-frequency-width sweeping converters for potential separation of DC circuits
RU2383985C1 (en) Synchroniser
RU2461875C1 (en) Multizone frequency-pulse-duration alternating voltage controller
RU2510862C1 (en) Stabilised quasiresonent converter
CN111654313A (en) Power carrier signal transmitting module and power carrier signal receiving module
RU2400910C1 (en) Adaptive synchronisation device
RU2422896C1 (en) Multi-zone roll-out converter
RU2549128C1 (en) Single-cycle multizone integrating converter
RU2513024C2 (en) Adaptive integrating synchronisation device
RU2472279C1 (en) Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load
SU1088014A1 (en) Sweeping operational amplifier
SU488310A1 (en) D-class amplifier
RU2462804C1 (en) Frequency-pulse duration alternating voltage controller
RU2459249C1 (en) Multi-zone analogue-discrete current sensor
SU1305719A1 (en) Sweeping converter
SU305457A1 (en) FOLLOWING SYSTEM
SU1130851A1 (en) Controllable voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131020