Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления

 

1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, в котором исходное напряжение интегрируют с начала первых полупериодов и с начала вторых полупериодов и второе интегральное напряжение вы читают из первого,.о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, исходное напряжение интегрируют также с начала третьих и с начала четвертых полупериодов, первое интегральное напряжение устанавливают равным нули на третьих и четвертых полупериодах, второе на первых и четвертых, третье - на первых и вторых, четвертое - на вто- Q рых и третьих полупериодах и третье интегральное напряжение складывают с первым а четвертре вычитают из него.

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11)

3(59 Н 02 N 7/217

Р% у

Р (!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA

Н ABTOPCHOMV С8ИДЕТЕПЬСТВУ (21 ) 3364898/24-.07 (22) 11.12.81 (46) 07.01.84. Бюл. В 1 (7.) Ю.Я..Лямец (71) Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова и Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., "Советское радио", 1977, с. 27.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 3242492, кл. H 02 М 7/217, 29.01;81. (54) CII0COB ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕН НОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . (57) 1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, в котором исходное напряжение интегрируют с начала первых полупериодов и с начала вторых полупериодов и второе интегральное напряжение вычитают из первого, о т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью повышения точности, исходное напряжение интегрируют также с начала третьих и с начала четвертых полупериодов, первое интегральное напряжение устанавливают равным нули на третьих и четвертых полупериодах, второе на первых и четвертых, третье — на первых и вторых, четвертое — на вторых и третьих полупериодах и третье 3 интегральное напряжение складывают с первым, а четвертое вычитают из

1Ð66004

2. Способ по и. 3, о т л и ч аю шийся тем, что исходное напряжЕние инвертирун т, второе и четвертое напряжения получают интегрированием инвертированного напряжения и все интегральные напряжения складывают.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительно сравнивают продолжительность паузы в исходном напряжении с заданным временем и устанавливают интегральные напряжения равными нухпо, если пауза превышает заданное время.

4. Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее первый компаратор и два интегратора, вход первого из которых соединен с входом первого компаратора и образует. входной вывод, два ключевых элемента, шунтирующих накопительные конденсаторы интеграторов, сумматор, выполненный, например, на операционном усилителе, выход которого образует выходной вы вод, а к входам подключены выходы интеграторов, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения точИзобретение относится к электротехнике, в частности. к преобразовательной технике, и может быть использовано в приборах, реагирующих на средневыпрямленное значение напряже- 5 ния, а также для измерения переменных величин без постоянной составляющей.

Известен способ преобразования переменного напряжения в постоянное, {{)

s котором исходное переменное напряжение приводят к желаемому "ровню путем деления или усиления, формируют его модуль и подавляют пульсации (1) .

Недостаток указанного способа состоит в том, что не достигается вы сокое качество выходного напряжения, которое имеет повыиэнный уровень пульсаций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ преобразования переменного напряжения в постоянное, в котором исходное напряженке интегрируют с начала первых лолулериодов и с начала вторых полупериодов, а второе интегральное напряжение вычитают из первого {2) .

Недостаток укаэанного способа заключается в том, что первое интег- 30

ТГости, введен инвертор, вход которого подключен к.входному выводу, второй компаратор, третий и четвертый интеграторы, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, третий и четвертый ключевые элементы, шунтирующие накопительные конденсаторы соответствующих интеграторов, и два Т-триггера, подключенных входами к выходам компараторов, входы второго компаратора, второго и четвертого интеграторов соединены с выходом инвертора, вход третьего интегратора подключен к входному выводу, прямой и инверсный выходы первого и второго Т-триггера подключены к управляющим входам соответственно второго, четвертого, первого и третьего ключевого элемента.

5. Устройство по п. 4, о т л и,ч а,ю щ е е с я тем, что в него введен элемент времени, вход которого через логический элемент ИЛИ-НЕ подключен к выходам компараторов, а выход — через элементы ИЛИ к управляющим входам ключевых элементов. ральное напряжение должно устанавливаться ранним нулю в начале первых полупериодов, а второе — в начале вторых полупериодов. Для установки на нуль требуется определенное время, в течение которого интегрирование производиться не может, следовательно, способу присуща методическая погрешность, .снижающая точность пре>образования.

Известный способ реализуется устройством, содержащим компаратор, два интегратора, два ключевых элемента, шунтирующих в начале полулериодов соответствующие накопительные конденсаторы интеграторов, и сумматор на операционном усилителе.

Недостаток указанного устройства заключается в том, что ключевые элементы, замыкаясь в начале лолупериодов, препятствуют своевременному вступлении в действие интеграторов, что вносит. погрешность в уровень выходного напряжения.

Цель изобретения « повышение точности преобразования переменного напряжения в постоянное.

Поставленная цель достигается тем, что способу преобразования леременного напряжения в постоянное, 1066004 в котором исходное напряжение интег, рируют с начала первых полупериодов . и с начала вторых полупериодов и второе интегральное напряжение вычитают из первого, исходное напряжение интегрируют также с начала третьих и с начала четвертых полупериодов, первое интегральное напряжение устанавливают равным нулю на третьих и четвертых полупериодах, второе - на первых и четвертых, 10 третье — на первых и вторых, четвер-.

:тое — на вторых и третьих полупери,одах и третье интегральное напряже ние складывают с первым, а четвертое вычитают из него. 15

Кроме того, исходное напряжение инвертируют, второе и четвертое напряжения получают интегрированием инвертированного напряжения и все интегральные напряжения складывают. 2()

Дополнительно сравнивают продолжительность паузы в исходном напряжении с заданным временем и устанавливают все четыре интегральные напряжения равными нулю, если пауза .25 превышает заданное время.

Способ может быть осуществлен устройством, содержавшим первый компаратор и два интегратора, вход

30 первого из которых соединен с входом первого компаратора и образует вход-. тора, второго и четвертого интегратоpos соединены с выходом инвертора, вход третьего интегратора подключен к входному выводу, прямой и инверсный выходы первого и второго Т-триггера подключены к управляющим входам соответственно второго, четвертого, первого и третьего ключевого элемента.

Для обеспечения возврата при отключении исходного напряжения в устройство может быть введен элемент,времени, вход которого через логический элемент ИЛИ-HE подключен к выхо:дам компараторов, а выход чеоез эле-, менты ИЛИ вЂ” к управляющим входам ключевых элементов. ной вывод, два ключевых элемента, шунтирующих накопительные конденсаторы интеграторов, сумматор, выполненный, например, на операционном 35

J усилителе, выход которого образует выходной вывод, а к входам подключены выходы интеграторов, инвертор, вход которого подключен к входному выводу, второй компаратор, третий .,и четвертый интеграторы, выходы ко« торых подключены к соответствующим входам сумматора, третий и четвертый ключевые элементы, шунтирующие накопительные конденсаторы соответ- 45 ствующих интеграторов, и два 7-триг. гера, подключенных входами к выходам ,компараторов, входы второго кампараНа фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя, на фиг. 2 -. то же, часть предназначенная для возI врата; на фиг. 3 - кривые, поясня ющие сущность способа; на фиг. 4 временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь (Фиг. 1) содержнт инвертор 1, компараторы 2 и 3, первый из которых подключен к входному выводу преобразователя (" Вход" ), а второй — к выходу инвертора 1, Т-триггеры 4 и 5, подключенные к разным компараторам, интеграторы

6-9, из которых первый и третий подключены входами к "Входу" преобразователя, а второй и четвертый — к выходу инвертора 1, ключевые элементы

10-13, шунтирующие накопительные конденсаторы 14-17 интеграторов, и сумматор 18, входы которого подкли чены к выходам интеграторов. Ключевые элементы 10-13 выполнены управляемыми. управляющие входы первого: и третьего ключевых элементов 10-12 соединены с прямыми выходами триггеров 4-и 5, а второго и четвертого элементов 11 и 13 - с инверсными выходами.

В необходимых случаях к компараторам 2 и 3 через логический элемент

ИЛИ-НЕ 19 (Фиг. 2) подключен элемент времени 20 и все ключевые элементы

1013 связаны с триггерами 4 и 5 через элементы. ИЛИ, например, между прямым выходом триггера 5 и управляющим входом ключевого элемента 10 включен- элемент ИЛИ 21, а вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходу элемента времени 3.

На фиг. 3 и 4 показаны графики следующих величинг 22 - исходное (входное) напряжение, 23-2б - четыре интегральных напряжения, 27выходное напряжение 28 - сигнал компаратора 2, 29 — сигнал компаратора 3, 30 - сигнал прямого выхода триггера 4, 31 - сигнал прямого выхода триггера 5, 32-35 - диаграммы коммутации ключевых элементов 10-13..

Интервалы, соответствующие разомкнутому состоянию кличей, эаштрихо раны (Фиг. 4)

Способ преобразования переменного напряжения в постоянное заклю" чается s том, что исходное напряжение интегрируют, начиная с разных ин. тервалов: первых, вторых, третьих и четвертых, а также устанавливают интегральные напряжения равными нулю на соответствующих интервалах.

Получают четыре напряжения, отстающие друг от друга на,один полупериод, затем первое и третье склады« вают, а второе и четвертое вычитают из них. Спустя один полупериод (фиг. 3} получают постоянное выход1066004 ное напряжение 27, уровень которого пропорционален средневыпрямленному значении исходного напряжения, причем форма последнего никакой роли здесь не играет.

Если исходное напряжение 22 еще и инвертируют, то напряжения 24 и 26 получают интегрированием инвертированного напряжения, тогда все четыре интегральных напряжения в сумме дают постоянное напряжение 27. о

Устройство, реализующее,.описанный способ, (фиг. 1) работает следующим образом.

Однополупериодные сигналы 28 и 29 (фиг. 4), формируемые компараторами 2 и 3, подаются на Т-триггеры 4 и 5, которые выполняют функцию деления частоты на два. Выходные сигналы 30 и 31 триггеров 4 и 5, дополненные ezqe и их инверсиями, 2О совпадают по длительности с периодами исходного напряжения, составленными из разных сочетаний полупериодов.

Триггеры упра.ляют ключевыми эле- Я5 ментами 10-13, которые, в свою очередь, периодически шунтируют конденсаторы 14-17, вследствие чего выходные напряжения 23-26 интеграторов

6-9 устанавливаются равными нулю на у) протяжении смещенных друг относительно друга периодов. В зависимости от начального состояния Т-триггеров 3 и 4 последовательность работы ключевых элементов 10-13 может быть разной, но это означает лишь, что в диаграммах 32-35 и 23-26 отдельные графики поменяются местами, что не отразится на результирующем напряжении 27.

В предлагаемом преобразователе О ключевые элементы 10-13 периодически .замыкаются на целы% период. Этого времени более чем достаточно для полного разряда конденсаторов 14-17, заряд которых всегда начинается с 45 нулевого уровня, причем точно в начале соответствующих полупериодов.

ДОполнительные блоки выполняют следующую функцию (фиг. 2).

Если исходное напряжение равно 50 нулю, то сигналы на выходах компараторов 2 н 3 также имеют нулевой уровень. Соответственно на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 19 появляется сигнал высокого уровня, запускающий элемент времени 20, который, отсчитав заданное время, сработает и через элемент ИЛИ 21 подаст сигнал управления на замыкание ключевого элемента 10, а через три других элемента ИЛИ (не показаны) - на замыкание остальных ключевых элементов 13.-13. В результате надежно предотвращается появление напряжения ыа выходе устройства при нулевом уровне исходного напряжения. Когда же уровень исходного напряжения повышается, один из компараторов 2 или 3, воздействуя своим сигналом на элемент ИЛИ-НЕ 19, снимает сигнал с входа элемента . времени 20, который сразу же возвращается, а так как сигнал от триггера 5 на элемент ИЛИ 21 в тот момент не поступает, то, и с кпюченого элемента 10 сигнал управления будет снят; Ключевой элемент размыкается, предоставляя интегратору б возможность обрабатывать исходное напряжение. Если в нем имеются па"узы, то они не могут вызвать замыкание ключевых элементов 10-13, поскольку их продолжительность недостаточна для срабатывания элемента времени 21.

Инвертор, компараторы, интеграто- ры и сумматор могут быть выполнены на операционных усилителях.

Ф

Приведенный способ, реализуемый описанным устройством, свободен от методической погрешности. Выбирая пороги компараторов несравненно меньшими амплитуды исходного напряжения, т.е. используя их s режиме индикации нуля, можно добиться того, чтобы интегрированием был охвачен весь период напряжения. В отличие от прототипа ключи, разряжающие конденсаторы, своей работой не создают погрешности преобразования. Таким образом достигается повызиние точности

106 б004

1066004

4Ь4

Составитель Е. Мельникова

Редактор Е. Кривина Техред Т. Маточка Корректор В» Гирняк

Заказ 11056/57 Тираж 672 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