Устройство для раздельной индикации квадратуры и равенства амплитуд двух гармонических сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дл настройки квадратурных фазорасщепителей, двухфазных генераторов гармонических напряжений. Цель изобретения - сокращение времени настройки за счет одновременного измерения амплитуды и фазйь-гармонических сигналов в данном устройстве. На чертеже представлена структурная схема устройства для раздельной 1 ндикации квадратуры и равенства а мплитуд двух гармонически сигналов. Устройство содержит вращающийся трансформатор 1, статорные обмотки 2 и 3 которого соединены с входными клеммами устройства, его ротор с обмоткой 4 механически сое динен с электродвигателем 5, ротор ная обмотка 4 соединена с вторым входом сумматора 6, выход которого соединен с сигнальным входом фазочувствительного детектора 7, выход которого через фильтр 8 нижних час тот соединен с управляющим входом равляемого делителя 9 напряжения, сигнальный вход которого соединен с вькодом селективного элемента 1U а также с управляющим входом фазочувствительного детектора 7, его в ход соединен с первым входом сумматора 6, роторная обмотка 4 соеди нена с входом селективного элемент ГО, генератор 11 опорных напряжени представляющий собой, например, дв фазный синхронный генератор, имеющий ротор 12, механически соединен ный с электродвигателем 5, а также статорные обмотки 13 и 14, соединенные с управляющими входами синх ронных детекторов 15 и 16 соответственно, сигнальные входы которых соединены с выходом фазочувствительного детектора 7,их выходы соединены со входами нуль-индикаторов 17 и 18 соответственно. Устройство работает следующим образом, Исследуемые гармонические напря жения и, и Uj частоты U) подаются на статорные обмотки 2 и 3 вращающегося трансформатора 1. Полагая, что магнитная индукция, создаваемая током, протекакяфш в каждой из обмоток, распределена вдоль воздуш ного зазора по.гармоническому за942кону, а токи в обмотках сдвинуты друг относительно друга на четверть периода, можно написать выражение для нормированной магнитной индукции в произвольной точке воздушного зазора с угловой координатой Л. )co5o6cos(cot-jy(U)5in(y.sin(co.tfj) J где у, - безразмерные коэффициенты характеризующие отклонение двухфазной системы питания статорных обмоток 2 и 3 вращакнцегося трансформатора 1 от симметричной. Если ,, то питающие напряжения и( и и сдвинуты друг относительно друга по фазе ровно на 90 , а еслнХ 0, то точно равны амплитуды напряжений U и U. Для слу ая симметричной двухфазной системы напряжений U и U, полагая у 0 , вьфажение 1 принимает вид B cosoicoswttsinot5inot«cos(ut-ei). (2) в этом случае магнитное поле статора вращающегося трансформатора 1 будет круговым (с единичной нормированной магнитной индукцией), вращающимся с угловой скоростью со в положительную сторону увеличения угла ОС прямое поле) , В общем случае, когда jO HAsO вьфажение (l) после преобразований можно привести к виду br l 4in f+co5 yco5 wt-oC+oirct(, ., (3) - cos .+аct -) j. Первое слагаемое вьфажения (3) представляет собой прямое круговое вращающееся магнитное поле, а второе - обратное круговое вращающееся магнитное поле. В устройстве используется автоматическое подавление неинформативной части ЭДС, индуктируемой в роторе вращающегося трансформатора 1 (эдС от прямого вращающегося магнитного поля) подачей на входы сумматора 6 Выходного напряжения вращающегося тргшсформатора 1 и компен;сирующего напряжения Uj, противофазного ЭДС, наводимой в роторе вращающегося трансформатора 1 от прямого вращающегося магнитнбго поля

ll,-K(w-a)-| SAn if+cos y 5 nr{u-si) (4)

где K - коэффициент передачи селективного элемента 10 и управляемого делителя 9 напряжения .

Формирование компенсирующего напряжения осуществляется выделением из спектра выходного напряжения вращающегося трансформатора 1 напряжения частоты со- благодаря его преобразованию при прохождении через селективный элемент 10 и управляемый делитель 9 напряжения, выполняющий функцию регулирования уровня U.J.

Выходное напряжение селективного элемента 1Q

(Q-a)SWytco5 sin(u3-n.H(5)

arctg(Aig-yQ . где К - коэффициент передачи селективного элемента 10, используется также в качестве опорного напряжения фазочувствительного детектора 7,

Вькодное напряжение сумматора 6 в случае полного подавления напряжения частоты со-и

tJ5- -ICj(u-fC)Ss;n J4 -05 y5in|(u) +

imi,

где К. - коэффициент пропорциональности.

Это напряжение воздействует на сигнальный вход фазочурствительного детектора 7, на управляющий вход которого подается опорное напряжение с выхода селективного элемента 10.

Фазочувствительный детектор 7 в функциональном отношении можно представить устройством, осуществляющим перемножение входных напряжений и фильтрацию выходного напряжения. Выходное напряжение фазочувствительного детектора 7 в случае полного подавления напряжения частоты U - Ji

() 51rl X

+ + arci - -apci l-xt yl,

где К - коэффициент преобразования, фазочувствительного.детектора 7.

Из выражения (7) видно, что в случае полного подавления напряжения ч ас то ты Ы-О. выходное напряжение фазочувствительного детектора 7 не содержит постоянной составляющей. Пе- ременная состгшляющая выходного на- пряжения фазочувствительного детект тора 7 подавляется фильтром 8 нижних частот.

В случае неполного подавления напряжения ч ас тоты(сО-д выходное напряжение фазочувствительного детектора 7

v(. o5 2-C 5 2nif ,

-arct()-(,|(u-a) in Jtco5y),

В этом случае, как следует из выражения (8), выходное напряжение фазочузствительного детектора 7 содержит постоянную составляющую

((- fb4;n if 4C05 y)j

величина и знак которой опрёделяются величиной и знаком неравенства амплитуд напряжения частоты(и спектра выходного напряжения вращающегося трансформатора I и компенсирующего и,.

Это постоянное напряжение воздействует на управляющий вход управляемого делителя 9 напряжения так, чтобы обеспечить равенство и, таким образом, автоматически подавить неинформативную составляющую выходного напряжения вращающегося трансформатора 1 (напряжение частоты со - Я.).

Выходное напряжение (7) фазочувствительного детектора 7 подается на сигнальные входы синхронных детекторов 15 и 16, на управляющие входы которых подаются напряжения от генератора опорных напряжений.

Ug-Esinasit;

У,Есо5 2лЬ,-,0)

где Е - амплитуда выходных напряжений генератора 11. Выходные напряжения синхронных детекторов 15 и 16 соответственно после перемножения и фильтрации) равна

V|,l 2l44(w -n- 4 5injf4Co6y

К- б ТуТЛоб. -| -arH Ui|y)-Kj 4m ytcosy X 5i« arct (tg Hj -arct Ui Jfl.(11),

,к; К4кДсо -о.)- хЧ;п у+соб ух

co5 oipct||. ° -arctg(Xlg;yfl. + co6Y« x4bin y + . co5 arctg (У) -oircl Uil l, (12)

где К и K - коэффициенты преобразования синхронных детекторов 15 и 16 соответственно,

К и К - результирующие коэффициенты преобразования трактов преобразования.

Предлагаемое устройство используется для точной индикации квадратуры и -равенства амплитуд напряжений и и и. Поэтому, полагая, что система напряжений U, и U. близка к симметричной, т.е. , выражения (13) и (14) можно упростить

.( (13)

1200194

У

.гг

Заменяя arctg- г-на grcsin в

ii

выражения (Ю) и на огссов

ьч

выражения (.11), можно записать вы0 .ражения для выходных напряжений синхронных детекторов 15 и 16 соответственно, которые подаются на входы нуль-индикаторов 17 и 18 соответственно

U,o-4 fi05)

V4.

Таким образом, нуль-индикатор 17

Q показывает у-коэффициент, характеризующий отклонение фазового сдвига между исследуемыми напряжениями и, и и, от 90 , а нуль-индикатор 18 показьшаетЯ-коэффициент, характеризующий неравенство амплитуд напряжений и, и и. При изменении знака у или Л изменяется знак выходных напряжений синхронных детекторов 15 или 16 соответственно и изменяется направление отклонения стрелок (относительно нулевого значения) нуль-индикаторов 17- или 18 соответственно, в качестве которых используются приборы постоянного тока с нулем посередине шкалы. В симметричной двухфазной системе , следовательно, показания нуль-индикаторов 17 и. 18 при этом принимают нулевые значения. Величина отклонения стрелок нуль-индикаторов 17. и 18 характеризует степень отклонения сдвига фаз между исследуемыми напряжениями и и и от 90 и неравенства их амплитуд соответственно.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ ИНДИКАЦИИ КВАДРАТУРЫ И РАВЕНСТВА АМПЛИТУД ДВУХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее электродвигатель, вращающийся трансформатор, сумматор, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот, управляемый делитель напряжения и селективньй элемент, вход которого соединен с роторной обмоткой вращающегося трансформатора, ротор которого механически соединен с электродвигателем, а статорные обмотки соединены с соответ- , ствующими входами устройства, выход селективного элемента соединен с г «СЕСОГОЗИАЯ -« :Ьч:;-йТ«Ш. ЧП ТЕН.ПЙЙСКАЯ НИЯ &И&ЛИвТЕКА управляющим входом фаэочувствитель- ного детектора и сигнальным входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с роторной обмоткой вращающегося трансформатора, выход сумматора соединен с сигнальным входом фазочувствительного детектора, выход которого через фильтр нижних частот соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени настройки, в него введены первый и I второй синхронные детекторы, первый и второй нуль-индикаторы, а также (Л генератор опорных напряжений, ротор которого механически соединен с электродвигателем, а статорные обмотки соединены с управляющими входами первого и второго синхронных детекторов соответственно, сигнальные входы которых соединены с выходом фазочувствительного детектора, а выходы - с входами первого и второго нуль-индикаторов соответственно