SU1503025A1 - Способ определени разности фаз двух синусоидальных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и предназначено дл  определени  разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов. Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  определени  разности фаз. Дл  определени  разности фаз отфильтровывают от посто нной составл ющей и сдвигают исходные синусоидальные сигналы на угол ϕ/2 в сторону опережени  без изменени  амплитуды, измер ют одновременно мгновенные значени  исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисл ют по измеренным дл  данного момента времени мгновенным значени м по приведенной в описании формуле. Изобретение может быть использовано дл  построени  быстродействующих измерительных органов разности фаз устройств противоаварийной и других видов автоматики энергосистем и осуществлено с помощью известных цифровых элементов, выполненных на базе микропроцессорной техники. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электрическим измерени м, и .предназначено дл  определени  разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов.

Цель изобретени  - повьмиение точности и быстродействи  определени  разности фаз.

На фиг.1 предста1злены временные диаграммы сигналов, используемых в способе огфоделени  сдвига фаз; на

фиг.2 - структурна  схема устройства, реализ то дего способ.

Дл  определени  разности фаз два исходных синусоидальных сигнала отфильтровывают от посто нной составл ющей , сдвигают по фазе на угол /2 в сторону опережени  без изменени  амплитуды , измер ют одновременно мгновенные значени  исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисл ют по измеренным дл  данного момента времени мгновенным значени м по формуле

sip,n U (arccos -г.-.,) sipn U

i

-,) sipn U

(arccns

4

Uj2

кг

p.

+ u:

2Z

(1)

где U , U, - мгновенные значени 

соответственно первого и сдвинутого по отношению к нему на угол Т/2 сигналов, измерен ные в один момент времени; Ц, гг мгновенные значени 

соответственно второго и сдвинутого по отношению к наму на угол Т/2 сигналов, измеренные одновременно со значени ми 11,, ,11, . Выражение (1) представл ет собой разность текущих значений фазы первого сигнала Cf, и фазы второго сигнала , соответствующих одному моменту времени

S Cf, - е,, (2) Есл  в момент измерени  t, (фиг.1) текущее значение ц, фазы первого сигнала и значени  Lf второго, то их св зь с соответствующими этому моменту времени мгновенными значени ми Ц „ и U, исходных сигналов и значени  Ц,2 , 2-г сдвинутых на угол

сигналов выражаетс  уравнени 

(3)

и„ и,, sinq),; U,j и„, cos Lf, ; U, mi sinq,,;

U2z ю2 Posg- ;

где ,и„2 - соответственно амплитуды первого и второго сигналов.

Выражени  (2) и (3) образуют систему из п ти уравнений, в которых неизвестными  вл ютс  8 ,ср, ,Cfj, U, ,

гРазрешив уравнени  (3) методом подстановки, получают формулы дл  вычислени  текущих значений фаз первого и второго сигналов

Ш2 .

arccos

Щ

aicros

U22

(А)

4

u. - и.

Текущие значени  фаз синусоидальных сигналов в диапазоне от О до i могут быть представлены положительными значени ми углов, а в диапазоне от и до 2 Tf - отрицательными значени ми углов. При таком представлении знак текущего значени  фазы совпадает со знаком мгновенного значени  синусоидального сигнала дл  соответствующего момента времени, С учетом этого формулы дл  вычислени  текущих значений фаз с|, и ср будут иметь вид

Ц), sign U (arccos

U,i

К

-н ll,

(5)

С|),, sign U,(arccos , .

л u, i4,

Отсюда получаетс  формула (1) разности значений Ц, и ц .

Способ существенно уменьшает задержку в определении разности фаз, обеспечива  тем самым повыпение быстродействи , а также устранение погрешностей при изменении частот и амплитуд синусоидальных сигналов в установивщемс  режиме.

На фиг.2 в качестве примера приведена упрощенна  структурна  схема устройства, реализующего способа.

Устройство содержит фильтрующие посто нные составл ющие преобразователь 1 уровн  напр жени , на вход которого подаетс  первое синусридальное напр жение Ц , и преобразователь 2 уровн  напр жени , на вход которого подаетс  синусоидальное напр жение Uj, , фазосдвигающий блок 3, вход которого подключен к выходу преобразовател  1, и фазосдвигающий.блок 4, вход которого подключен к выходу преобразовател  2, аналоговый запоминающий блок 5, входы которого присоединены соответственно к выходам упом нутых преобразователей 1 и 2 и к выходам фазосдвигающих блоков 3 и 4, цифровой решающий блок 6, св занный по информационным и управл ющим шинам с соответствующ|-1ми шинами аналогового запоминающего блока 5.

Устройство работает следующим образом .

Синусоидальные напр жени  Ц и U поступают соответственно на входы преобразователей 1 и 2, которые отфильтровывают от посто нных составл ющих контролируемые сигналы Ц, .Ц. Выходное напр жение U,, преобразовател  1 подаетс  на вход фазосдвигающё- го блока 3, на выходе которого получаетс  напр жение такой же амплитуды Ц, но сдвинутое по фазе на л /2 в сторону опережени  относительно входного напр жени ,а выходное напр жение jj U- преобразовател  2 поступает на вход фазосдвигающего блока 4, на выходе которого получаетс  напр жение такой же амп-питуды Ц о сдвинутое по

решающего блока. Определение разнос ти фаз производитс  цифровым решающ блоком 6 в соответствии с выражени ем (I) по мгновенным значени м Ц.. ,

Ц

«1

U,

7,

Ц

72

10

фазе на 7/2 в сторону опережени  относительно входного напр жени .Выходные напр жени  Ц,, и U, преоб20

Использование изобретени  позвол ет повысить точность и быстродействие определени  разности фаз двух синусоидальных сигналов, создавать быстродействующие цифровые измерите ли разности фаз дл  устройств автоматики , у которых точность измерени не зависит от изменени  частоты и амплитуды синусоидальных сигналов.

Claims (1)

1. Формула изобретени

   Способ определени  разности фаз двух синусоидальных сигналов, при к тором измер ют мгновенные значени  этих сигналов, отличающий с   тем, что, с целью повышени  точ

   разователей 1 и 2, напр жени  U,

   и Ujj фазосдвигающих блоков 3 и 4

   подаютс  на соответствующие входы ана-25 ости и быстродействи  определени 

   логового запоминающего блока 5. По разности фаз, синусоидальные сигнакоманде , поступающей от цифрового решающего блока 6, аналоговый запоминающий блок 5 одновременно фиксирует и запоминйет мгновенные значени  напр жений Ц,; , Ц(2 и 22- После этого производитс  поочередное их считьтание, преобразование и ввод в запоминающее устройство цифрового

   s

   sign Ц„ (arccos г-.- ,) - sign U, (arccos т--«mt., )

   TI 2 . .2 . ,т2

   к

   + ц:

   17.

   -ь II

   г

   U,, ,Ц, - мгновенные значени 

   соответственно первого и сдвинутого по отношению к нему на угол сигналов, измеренные в один момент времени

   решающего блока. Определение разности фаз производитс  цифровым решающим блоком 6 в соответствии с выражени ем (I) по мгновенным значени м Ц.. ,

   U,

   7,

   Ц

   72

   Использование изобретени  позвол ет повысить точность и быстродействие определени  разности фаз двух синусоидальных сигналов, создавать быстродействующие цифровые измерители разности фаз дл  устройств автоматики , у которых точность измерени  не зависит от изменени  частоты и амплитуды синусоидальных сигналов.

   Формула изобретени 

   Способ определени  разности фаз двух синусоидальных сигналов, при котором измер ют мгновенные значени  этих сигналов, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точ

   лы отфильтровывают от посто нной составл ющей , сдвигают каждый из сигналов по фазе на угол в сторону опережени  без изменени  амплитуды , измерение мгновенных значенкй ИСХОДН1-ГХ и сдвинутых сигналов производ т одновременно, а разность фаз определ ют по формуле

   - ,) - sign U, (arccos т--«mt.,

   .2 . ,т2

   ц:

   17.

   -ь II

   г

   11 , мгновенные значени  соответственно второго и сдвинутого по отношению к нему на угол Т/2 сигналов, измеренные одновременно со значени ми U,

   II

   (2

   Фиг.1

   iJi

   иг

   iz

   U21

   г