Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления

 

О НСАНИЕ 9

Союз Советсинк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 10.04.81 (21) 3270960/24-07 с присоелинением заявки яв 3270961/07 (23) Приоритет (53)M. Кл.

Н 02 М 7/00

ВвужврствекыН квинтет

СССР вю делам йзобратенкк в еткрытв11 (5З) М,К 621. .3 14.6(088.8) Опубликовано 15 .10 .82. Бюллетень .1В 38

Дата опубликования описания 1 8 . 10 . 82

С . l

Л.П. Руссин;. О.Д. Чугунов, Б.ф. Комаров ;.В,.Д.- Зименков (72) Авторы изобретения л

«(t

1 1

А .с :-. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразованию переменного напряжения в постоянное, и может быть использовано в системах автоматического управления. .В автоколебательных самонастраиваю.5 щихся системах необходимо иметь значение постоянного напряжения, равного амплитуде входного переменного напряжения для использования в процессе регулирования динамики систем.

Известен метод преобразования переменного напряжения в постоянное с помощью выпрямителя и фильтра (1).

Этот метод имеет существенные недостатки: значительные пульсации выпрямленного,напряжения,. особенно для сигналов низких частот, малое быстро. действие, не позволяющее выпрямлять сигналы, амплитуда которых резко изменяется в процессе выпрямления, а также невозможность обеспечения равенства выпрямленного напряжения амплитуде переменного напряжения в широком диапазоне частот.

Известен также способ преобразования, включающий формирование дополнительного переменного напряжения, сдвинутого по фазе на 90 относительно основного, выпрямление указанных напряжений, наложение их друг на друга и фильтрацию выпрямленного пульсирующего напряжения j2 ).

Способ осуществляется устройством, содержащим блок постоянного фазового сдвига равного 90о, выпрямитель основного напряжения и напряжения, сдвинутого на 90о, сумматор и сглаживающий фильтр.

Однако и в этом способе выпрямленное напряжение отстает от основного переменного напряжения в переходном процессе, связанном с изменением амплитуды переменного напряжения. При этом отставание тем больше, чем ниже частота переменного напряжения, что является недопустимым для

966827

3 систем автоматического управления, так как может привести к потере устойчивостии системы. Кроме того, величина выпрямленного напряжения не равна амплитуде переменного напряжения и изменяется с изменением частоты.

Величина пульсаций на низких частотах значительна и для ее уменьшения требуются электрические конденсаторы большой величины, что увеличивает габариты устройства, реализующего способ, и c, èëàåò быстродействие.

Цель изобретения - уменьшение пульсаций, увеличение быстродействия, а также обеспечение равенства величины постоянного напряжения амплитуде переменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования переменного напряжения в постоянное, . щ включающему формирование дополнительного напряжения, сдвинутого на 90 относительно основного переменного напряжения и последующего выпрямления этих напряжений, изменяют полярность 2S дополнительного напряжения и преобразуют в первое напряжение прямоугольной формы, величина которого больше амплитуды основного переменного напряжения, а затем из основного пере- зв менного напряжения и первого напряжения прямоугольной формы формируют второе напряжение прямоугольной формы, частота и фаза которого равны частоте и фазе первого напряжения прямоугольной формы, а величина равна амплитуде основного переменного напряжения.

Способ может быть осуществлен устройством, содержащим блок фазового сдвига на 90 и выпрямитель, в которое введень1 блок мажоритарной логики, инерционный блок, компаратор, инвертор, вход которого через блок фазового сдвига на 90 соединен с входфЯ ными выводами и с первым входом блока мажоритарной логики, второй вход которого через компаратор соединен с выходом инвертора, а третий вход блока мажоритарной логики через инерцион50 ный блок соединен с выходом блока мажоритарной логики. и с входом выпрямителя, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - графи55 ки, иллюстрирующие процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. ф

Устройство содержит блок фазового сдвига 1 на 90,: выпрямитель 2, блок мажоритарной логики 3 с тремя входами, инерционный блок 4, компаратор 5 и инвертор 6. Вход инвертора 6 через блок постоянного фазового сдвига 1 соединен с входом устройства и с первым входом блока мажоритарной логики

3, второй вход которого через компаратор соединен с выходом инвертора

6, а третий вход блока мажоритарной логики 3 через инерционный блок 4 с соединен с своим выходом и с входом выпрямителя 2,,выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом (см. Фиг. 2). Основное переменное напряжение U„ подключают к первому входу блока мажоритарной логики 3 и к входу блока

Фазового сдвига 1 на 90 . Сдвинутое о напряжение U g с выхода блока фазового сдвига 1 подают на вход инвертора 6, изменяющего полярность этого напряжения. Посредством компаратора напряжение (-0>) преобразуют в переменное напряжение прямоугольной Формы

0, по величине превышающее амплитуду основного переменного напряжения 0<.

Напряжение U g подключают к второму входу блока мажоритарной логики

Блок мажоритарной логики 3 представляет собой логическую цепь, непрерывно выделяющую из трех величин одну, имеющую промежуточное значение.

Этими тремя величинами являются напряжения 01, U > и 0 соответственно со входа устройства, выхода компаратора 5 и с выхода инерционного блока

Блок мажоритарной логики работает в соответствии с уравнением

Uу„„— — Мах(Мi п(0 q, 0g)

М п(01, 04) М1п(03 04) где 0 ь,„ — напряжение с выхода блока мажоритарной логики 3; соответственно минимальные значения из напряжений (u„т U ); (u „þ u„); (u u)

Такая математическая зависимость работы блока мажоритарной логики 3 обеспечивает непрерывное подключение на его выход того из входов сигналов

Uz, U, U4, который находится в данный момент между двумя другими сигналами на числовой оси. При этом подключение одного сигнала автомати9668

Формула изобретения чески исключает прохождение остальных двух.

Инерционный блок 4, включенный. в цепь обратной связи блока мажоритарной логики 3, выполнен в виде

S апериодического звена W(p) 1

Tpi 1

I с единичным коэффициентом усиления.

Постоянная времени Т этого звена имеет весьма малое значение, близкое к нулю. Поэтому, когда на выход блока мажоритарной логики 3 проходит напряжение 0 или U>., напряжение на выходе инерционного блока 4 незначительно отстает от напряжения с выхода блока мажоритарной логики Ueb,, Но когда на выход блока мажоритарной логики 3 подключается выход инерционного блока 4, указанный блок пре- 20 вращается в интегрирующее звено с нулевым сигналом на входе, что обеспечивает запоминание на выходе блока 3 мгновенного значения напряжения Ugb > в момент подключения на выход блока 2$ мажоритарной логики 3 выхода инерционного блока 4.

В этом случае передаточная функция блока мажоритарной логики по отношению .к напряжениям U4 и Ugb q име- э© ет следующий вид.

U () И,()

"Ьы) р 1 1 РОЗ р

«e pa (p) = п Ь) = +,, тр+

04 (р) Tp+ g о" " uub,„трт „1 тр+ -1 тр о тр+

Таким образом, при подключении на выход блока мажоритарной логики 3 выхода инерционного блока 4 блок мажоритарной логики превращается в интегрирующий блок с нулевым сигналом на входе, т.е. осуществляет запоминание мгновенного значения напряжения О ь, в момент подключения.

Благодаря этому на выходе блока мажоритарной логики формируется переменное напряжение прямоугольной формы Ugb „, величина которого равна амплитуде основного переменного напряжения U поступающего на вход уст$S ройства.

Указанное равенство величины U< амплитуде U < соблюдается только прй

27 4 сдвиге фазы U относительно U на

90 . При других фазовых сдвигах (больших или меньших 90 ) амплитуда Ugb x изменяется в сторону уменьшения. При сдвиге фаз равном 180 U О.

С помощью предложенного способа преобразования переменного напряжения в постоянное и устройства, реализующего этот способ, возможно выпрямление с максимальнь м быстродействием в широком диапазоне частот колебаний, включая предельно низкое (порядка

0,001 Гц) и предельно высокие (более

100 кГц). При этом пульсации выпрямленного напряжения практически отсутствуют, а величина выпрямленного напряжения равна амплитуде переменно го напряжения при любых частотах.

В известном способе пульсации значительны, а величина среднего значения выпрямленного напряжения изменяется с изменением частоты колебаний.

Кроме того, в предлагаемом способе частота выпрямляемого напряжения не требует корректировки устройства, реализующего данный способ, в то время как в известном способе с уменьшением частоты необходимо увеличивать значение электрических конденсаторов сглаживающих фильтров, что резко снижает быстродействие устройств, реализующих способ и увеличивает их габариты.

1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, включаю-о щий формирование дополнительного напряжения, сдвинутого на 90 относительно основного переменного напряжения и последующего выпрямления этих напряжений, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций, увеличения быстродействия, а также обеспечения равенства величины постоянного напряжения амплитуде основного переменного напряжения, изменяют полярность дополнительного напряжения и преобразуют в первое наI пряжение прямоугольной формы, величина которого больше амплитуды основного переменного напряжения, а затем из основного переменного напряжения и первого напряжения прямоугольной формы формируют второе напряжение прямоугольной формы, частота и фаза которого равны частоте и фазе перво7 9668

ro напряжения прямоугольной формы, а величина равна амплитуде основного переменного напряжения.

2. Устройство для осуществления способа преобразования переменного напряжения в постоянное по и. 1, содержащее блок фазового сдвига на 90 и выпрямитель, о т л и ч а ю щ е. ес я тем, что, с целью уменьшения пульсаций, увеличения быстродействия, а также обеспечения равенства величины постоянного напряжения амплитуде основного переменного напряжения, в него введены блок мажоритарной логики, инерционный блок, компаратор, инвертор, вход которого через блок фазового сдвига на 90 о соединен с входными выводами и с

8 первым входом блока мажоритарной логики, второй вход которого через компаратор соединен с выходом инвертора, а третий вход блока мажоритарной логики через инерционный блок соединен с выходом блока мажоритарной логики и с входом выпрямителя, выход которого является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чиженко И.И., Руденко В.С., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. - М., "Высшая школа", 1974, с. 332.

2. Авторское свидетельство СССР и 340039, кл. H 02 M 7/06, 1970.

966827

Заказ 7896/73

Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е. Мельникова

Редактор О.Колесникова Техред N. Гайду . Корректор l0. Макаренко т