Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
5(59 02 М 7 217
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 324 2492/24-07 (22) 29.01.81 (46) 15.06 ° 83 ° Бюл. В 22 (72) В.Д. Гительсон (53) 621. 314. 58 (088. 8) (56) 1. Волгин Л.И Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное ° N., "Советское рацио", 1977,.с. 27.
2. Там же, с. 48. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТPOACTBO ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, в
4,Я0„„1023589 А котором исходное переменное напря" жение приводят к желаемому уровню путем деления или усиления, затем формируют его модуль и подавляют пульсации полученного напряжения, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем снижения уровня пульсаций, модуль переменного напряжения формируют интегрированием исходного напряжения с начала любого полупериода основной гармоники исходного напряжения, а также интегри-, рованием с начала следующего за ним полупериода, пульсации же подавляют, вычитая полученные значения интегралов друг иэ друга. Ж
10 2 3589
2. Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее первый операционный усилитель с цепью обратной связи, два. ключевых элемента и два интегратора, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем снижения уровня пульсаций, ключевые элементы выполнены на двух полевых транзисторах различной проводимости, каждый из которых шунтирует соответствующий конденсатор интегратора, причем зат1
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве измерительного преобразователя переменного напряже- 5 ния в постоянное.
Известен способ преобразования переменного напряжения в постоянное, согласно которому исходное переменное напряжение приводит к желаемому 19 уровню путем деления или усиления, формируют его модуль и подавляют пульсации 1 .
Недостаток укаэанного способа состоит в том, что не достигается высокое качество выходного напряжения, которое имеет повышенный уровень пульсаций.
Известно устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее операционный усилитель с цепью обратной связи, два ключевых элемента и два интегратора <2) .
Устройство не обеспечивает высокое качество выходного напряжения.
Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения путем снижения уровня пульсаций.
Эта цель достигается тем, что согласно способу преобразования пере- 30 менного напряжения в постоянное исходное переменное напряжение приводят к желаемому уровню путем деления или усиления, затем формируют его модуль и подавляют пульсации 35 полученного напряжения, при этом модуль переменного напряжения формируют интегрированием исходного напряжения с начала любого полупериода основной гармоники исходного напряжения, а также интегрированием с начала следующего за ним полупериода, пульсации же подавляют, вычитая полученные значения интегралов друг из друга. воры обоих транзисторов объединены и подключены к средней точке цепи из введенных конденсатора и резистора, соединенных последовательно, при этом укаэанная цепь подключена к выходу дополнительно введенного второго операционного усилителя, а входы интеграторов соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и образуют входные выводы, а выходы интеграторов подключены к вхо-.: дам первого операционного усилителя, выход которого образует выходные выводы.
В устройстве для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащем первый операционный усилитель с цепью обратной связи, два ключевых элемента и два интегратора, ключевые эЛементы выполнены на двух полевых транзисторах различной проводимости, каждый из которых шунтирует. соответствующий конденсатор интегратора, причем затворы обоих транзисторов объединены и подключены к средней точке цепи из введенных конденсатора и резистора, соединенных последовательно, при этом указанная цепь подключена к выходу дополнительно введенного второго операционного усилителя, а входы интеграторов соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и образуют входные выводы, а выходы интеграторов подключены к входам первого операционного усилителя выход кото/ рого образует выходные выводы.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2кривые, поясняющие сущность способа.
Преобразователь содержит первый. операционный усилитель с цепью обратной связи (вычитающее устройство} 1, ключевые элементы на полевых транзисторах 2 и 3 различной проводимости.
Транзистор 2 шунтирует конденсатор интегратора 4, а транзистор 3 конденсатор интегратора 5. Затворы транзисторов 2 и 3 объединены и подключены к средней точке цепи последовательно соединенных конденсатора 6 и резистора 7. Цепь указанных элементов подключена к выходу второго операционного усилителя (усилителяограничителя) 8. Входы интеграторов
4 и 5 соединены с инвертирующим входом усилителя-ограничителя 8 и образуют вход преобразователя, а выходы интеграторов 4 и 5 подключены к. 1023589 входам вычитающего устройства 1, вы-. ход которого является выходом преобраэов ателя.
Способ снижения уровня пульсаций преобразователем состоит в том, что модуль исходного сигнала формируют путем интегрирования его одновременно двумя интеграторами, один из которых начинает работать в начале любогб полупериода основной гармоники преобразуемого напряжения, а другой — !О на полпериода позже. В этом случае .полученные интегралы содержат постоян-. ные составляющие разных знаков, а переменные составляющие у них одинаковы. Вычитая эти интегралы друг из друга, получают постоянное напряжение, пропорциональное средневыпрямпенному значению исходного- сигнала, при полном отсутствии пульсаций. Инерционность преобразования в этом слу« чае получается наименьшей (для однофазного сигнала) и представляет собой чистое запаздывание на половину периода.
Пусть после деления или усиления исходный сигнал имеет вид
30 где k=1,2,3, О,« и gk — соответственно амплитуда и фаза k-ой гармоники сиг нала;
4) — угловая частота; 35
t — время.
Пусть первый интегратор начинает работать при x-=0, его выходное напряжение где. А - коэффициент передачи перво-го интегратора.
Пусть второй интегратор начинает 45 работать при.х=к=3,1416 ..., тогда его выходное напряжение ()
2 Одх=А2 — (соВ(И Чк)-coS{kx«y„)), 50
11
I где А — коэффициент передачи второго интегратора .
Вычитая полученные выражения, 55 получим средневыпрямпенное значение исходного сигнала, полагая А« =А =А, U -2 A Š— AQB g . (2k-«) 3с-«Л"-«) 60
Выражение не содержит составляю" .щие, зависящие от времени, т.е. пульсации в полученном напряжении отсутствуют. Также видно; что четные гармоники сигнала не влияют на средневыпрямленное значение, что согласуется с физикой процесса. Кроме того, модуль средневыпрямпенного значения основной гармоники (к=1) имеет максимум при (=0 или к . Следовательно, интегрирование лучше всего начинать в начале полупериода напряжения основной гармоники.
Работа устройства в соответствии с описанным способом поясняется кривыми на фиг. 2.
Синусоидальный входной сигнал 9 поступает на входы интеграторов 4 и
5 и усилителя-ограничителя 8, напряжение на выходе которого представлено кривой 10, т.е. усилитель-ограничитель 8 превращает входной сигнал
9 в кривую 10 практически прямоугольной формы. Цепь из конденсатора б и резистора 7 выделяет фронты из кривой 10, поэтому на затворы транзисторов 2 и 3 поступают раэнополярные импульсы 11 напряжения. Транзистор 2 открывается только отрицательными импульсами, а транзистор 3 только положительными. Открываясь, они разряжают емкость своего интегратора, т.е. обнуляют его.
Таким образом, интегратор 4 обнуляется отрицательными импульсами, образованными положительным фронтом входного сигнала 9, т.е. в начале положительного полупериода, а интегратор 5 — в начале отрицательного полупериода положительными импульсами.
Таким образом,. в нулевой момент времени интегратор 4 обнуляется, а интегратор 5 - нет, при этом оба интегратора начинают интегрировать входной сигнал, но на выходе интегратора 5 в начале работы присутствует некоторое, например положительное, напряжение дрейфа, а у интегратора 4 оно практически равно нулю
Соответственно выходное напряжение 12 интегратора 4 показано на фиг. 2 с нуля, а выходное напряжение 13 интегратора 5 имеет положительное значение дрейфа. При одинаковых коэффициентах передачи интеграторов в первые полпериода их выходные напряжения различаются только на величину напряжения дрейфа интегратора 5. В начале второго (отрицательного) полупериода интегратор 5 обив ляется, и напряжение íà его выходе становится положительным в процессе интегрирования. Таким образом, переходный процесс в интеграторах заканчивается в первые полпериода, а далее выходные напряжения интеграторов различаются только постоянной составляющей: у интегратора- 4 она отрицательна, а у интегратора 5 - положительна. Так продолжается до тех пор, лока не изменится входное напряже1023589
Составитель Е. Мельникова
Техред O.Неце Корректор О. Билак
Редактор Л. Веселовская
Заказ 4234/46 Тираж 687 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ние 9. После его изменения напряжения на выходе обоих интеграторов устанавливаются опять через полпериода.
Вычитающее устройство 1 собрано по обычной схеме. Оно инвертирует .напряжение, поступающее на верхний вход, H не изменяет напряжение, поступающее на нижний вход. В результате на его выходе получается напряжение 14, представляющее собой разность напряжений 12 и 13.
Таким образом, с помощью предлагаемого способа, который реализуется описанным устройством, достигает ся значительное улучшение качества выходного напряжения.