Измеритель среднего значения переменного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в выпрямительных устройствах, к которым предъявляются высокие требования по стабилизатши и быстродействию выхода в установившийся режим.

Целью изобретения является повышение эффективности компенсации пуль- ю превышает порог срабатывания. В оссаций выходного напряжения с сохранением высокого быстродействия.

На фиг. 1 приведена блок-схема измерителя; на фиг. 2 - диаграмма его работы, где приведены напряжения на выходах блоков.

Измеритель среднего значения переменного напряжения содержит последовательно соединенные первый выпрямитель 1, фильтр 2 низкой частоты, усилитель 3 переменного напряжения и первый ключ 4, блок 5 выборки и хранения, соединенный информационным входом фильтра 2 низкой частоты, блок 6 управления, состоящий из последовательно соединенных формирователя 7 прямоугольного напряжения, соединенного входом с выходом усилителя 3, второго выпрямителя 8, расширителя 9 импульсов и элемента 10 задержки, вход и выход которого соединены соответственно с управляющими входами первого ключа 4 и блока 5, сумматор 11, первый вход которого подключен к выходу первого ключа 4, а второй вход - к выходу блока 5, дифференциатор 12, второй ключ 13, компаратор 14, вход которого подключен к выходу дифференциатора 12 и к информационному входу второго ключа 13, а выход - к управляющему входу этого ключа, и сумматор 15, первьй вход которого соединен с выходом сумматора 11 и с входом дифференциатора 12, а второй вход - с выходом второго ключа 13

Для обеспечения компенсации переменной составляющей напряжения в сумматоре 11 усилитель 3 выполнен инвертирующим. Формирователь 7 выполнен по схеме двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности. На его выходе формируются прямоугольные импульсы единичной амплитуды и совпадающие по знаку с напряжением на входе. Зона нечувствительности формирователя 7 определяется из условия отстройки от амплитуды сигнала с выхода усилителя 3 в установившемся режиме.

Зона нечувствительности компаратора 14 выбирается из условия отстройки от сигнала с выхода диг1)фе ренциатора 12 в установившемся режиме. Кроме того, компаратор 14 выполнен таким образом, что сигнал на его выходе соответствует логическому О, если входной сигнал любой полярности

тальных случаях на выходе компаратора 14 присутствует сигнал высокого уровня, соответствующий логической 1, удерживая ключ 13 в закрытом

состоянии. Ключи 4 и 13 находятся в закрытом состоянии, если на их управляющих входах сигналы высокого уровня (логические l), и в открытом состоянии, если на управляющих

входах сигналы низкого уровня (логические О) .

Блок 5 выполнен таким образом, что при наличии на его управляющем входе сигнала низкого уровня (логического О) он работает как масштабный усилитель-повторитель, а при наличии на управляющем входе сигнала высокого уровня (логической 1) находится в режиме хранения, т.е. сигнал на выходе соответствует значению входного сигнала в момент появления на управляющем входе логической 1.

5

5

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя 1 поступает на фильтр 2, в котором осуществляется первый этап снижения переменной составляющей напряжения. 0 Напряжение с выхода фильтра 2 поступает на вход усилителя 3 и на информационный вход блока 5. Формирователь 7 в блоке 6 выбирается таким образом, чтобы его порог чувствительности был выше наибольших пульсаций в напряжении на выходе усилителя 3 в установившемся режиме. При этом все последующие элементы в блоке 6 не возбуждаются и его выходы находятся в состоянии (логический О), при котором первый ключ 4 замкнут и объединяет выход усилителя 3 с первым входом сумматора 11. Выделяемое усилителем 3 напряжение пульЬации не содержит постоянной составляющей и находится в противофазе с пульсациями напряжения на его входе. Блок 5 работает в режиме усилителя-повторителя и без изменений передает напряже0

5

313

ние с выхода фильтра 2 низкой частоты на второй вход сумматора 11, В сумматоре 11 осуществляется окончательная компенсация пульсаций. Так как выделенная на выходе сумматора 11 постоянная составляющая напряжения не изменяется во времени, то на выходе дифференциатора 12 напряжение равно нулю, второй ключ 13 закрыт, так как на его управляющем входе сигнал высокого уровня (логическая 1) от компаратора 14, поэтому сумматор 15 работает в режиме повторителя напряжения с выхода сумматора 11. При этом отключенное состояние второго ключа 14 в установившемся режиме позвопяет (в отличии от прототипа) сохрани ь уровень пульсаций на выходе сумматора 15 не хуже, чгм на выходе сумма-тора 1 1 .

При скачкообразном увеличении напряжения на входе устройства, например при подключении источника переменного напряжения на вход выпрямителя 1, напряжение на выходе ф1шьтра 2 быстро выходит на уронеш ycraiio- вившегося значения, переходит его и совершает несколько бь;стро затухающих колебаний около линии 7стс1ковив- шегося значения (фиг. 2, напряжения на выходах блоков - U; , где i - ncv- рядковый номер согласно ф И .) Начиная с момента включения на выхо де усилителя 3 появляется напряжение, превышающее порог чувствительности формирователя 7 в блоке 6. В формирователе 7 вырабатывается функция знака от выделенной переменной составляющей. При этом выпрямитель 8 формирует последовательность одно- полярньгх импульсов со скважностью, определяемой порогом чувствительности формирователя 7. На выходе расширителя 9 имеет место сплошной сигнал в течение всего переходного процесса. Этот сигнал в виде логической 1 поступает на управляющий вход певого ключа 4, запирая его, и запускает элемент 10, До срабатывания элемента 10 на его выходе присутствует логический О, следовательно нуль и на управляющем входе блока 5. Поэтому последний работает в режиме повторителя. Пока ключ 4 заперт процесс выхода усилителя 3 на рабочий участо не оказывает влияния на качество выходного напряжения устройства. При этом первый сумматор 11 работает как

5

S

0

5

1лф |теренцнатора 12 срабатывания компа0

повторитель напряжения с выхода тра -. Па втором сумматоре 15 осу- :цс:Гтиляет я суммирование сигнала от первого суммгттс ра 1 с его первой производно о г д1 фференциатора 12, поступак1Шр( ка nroDoii вход сумматора 15 через вклктченний второй ключ 13, Включенное состояние ключа 13 обеспечивается наличием логического О на его управляющем входе от компаратора 14, который находится во -.к,п|пч енном со Стоянии, так как напряжение с р.-(ХОД л ; : репышае7 пероратора 14. С мчи рование сигнала с н)Гх;ада cyi-fMa :opa i с его первой пропзродноГ от пИ|Ьфкренциатора 12 позроляет существенно увечичить ско- достижения установившегося зна- чення. Через заданное время t (фн: .,/.), соответствующее моменту ;i ре; ;;ечения Бoзpa тающего напряжения на выходе фильтра 2 с уровнем устаном1вшегося значения, срабатыва- е- злемс-:ь:т 10, на его выходе ПОЯРЛЯ- ет .;я логиче1 кая 1, которая пере- рг;т1иг блок 5 в режим хранения. При зток напряже.миг на ньг.чоце блока 5 ;те11Ж1- ваг-тсл на том -poDne, какой i...i-. i bBi io в Г -омеп г срабатывания эле- iO.. i . е, по .иггочечяи времени 1- . .,

.ак кя;- jiOi iOH нал времени фильтра 2 является пярлмет1 о , которьш не зависит от 311с1ч-:чи;; входно1 о сигнала, то можно считать, что всегда время от начала переход ого Г1)оцесса при включении до моглеит.л первого пересечения BO3pacTakiiL ei o напряжения на выходе фильтра .; с линией установив- значения неизменно и поддается вычиcлeни;J по параметрам фильтра 2. После истечения времени t на выходе усилителя 3 некоторое время (L.J имеют .то затухающие колебания, превьшшющие порог чувствительности формировач еля 7, поэтому в течение всего интервала t (фиг.2) сохраняются логические 1 на управляющих входах первого ключа 4 и блока 5.

По истечении времени t, т.е. когда переходное напряжение пульса- ций, выделенное усилителем 3, становится ниже порога срабатывания формирователя 7, происходит практически мгновенный сброс расширителя 9 и блока 10. На их выходах устанавли5

ваются логические О, которые переводят первый ключ 4 в проводящее сотояние, а блок 5 - в режим усилителя-повторителя. При этом устройство в целом работает как было описано для установившегося режима.

При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства (отключении) характер переходного процесса на выходе фильтра низкой частоты 2 близок к описанному при включении. Отличие состоит в том, что имеет место быстрое снижение напряжения до нуля с последующим быстро затухающим колебанием около нулево линии. В зтом случае также имеет мето в момент начала переходного процесса возбуткдение блока 6 - без задержки отключается первый ключ 4, а через время, равное t,,, блок 5 перводится в режим хранения значения напряжения на его входе в момент , окончания интервала t. до окончания переходных пульсаций на выходе фильра 2 с последующим выходом в новый установившийся режим. При этом от начала процесса в течение времени t снижающееся напряжение с выхода фильтра 2 (без компенсации) проходи на выход первого сумматора 11 через блок 5. В течение времени t t, второй ключ 13 замкнут, что обеспечивается логическим О на его управляющем входе от компаратора 14, который находится во включенном состоянии, так как напряжение на его входе 1Т евышает порог срабатывания.

Так как первая производная U, от снижающегося напряжения U,, отрицательная, то в сумматоре 15 происходит вычитание входных сигналов,обуславливающее крутой фронт (высокую скорость) снижения выходного напряжения.

Применение предлагаемого измерителя среднего значения переменного напряжения позволяет повысить качесво выходного сигнала, уменьшить его пульсации, одновременно сохранить высокое быстродействие измерения, что в конечном счете приводит к по

вышению качества работы преобразователей, в которых может быть применен предложенный измеритель среднего значения переменного напряжения.

Формула изобретения

Измеритель среднего значения пеQ ременного напряжения, содержащий первый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к источнику переменного напряжения, выход которого подключен к входу фильтg pa низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя переменного напряжения, дифференциатор, первый сумматор, выход которого предназначен для подключения к приемнику из„ меренного напряжения, а первый вход подключен к входу дифференциатора и к выходу второго сумматора, первьш ключ и блок управления ключом,включающий в себя последовательно соеди5 ненные формирователь прямоугольного напряжения, второй выпрямитель, расширитель импульсов и элемент задержки, при этом вход блока управления ключом подключен к выходу усилителя переменного напряжения и к инфор0

5

0

5

0

мационному входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения с сохранением высокого быстродействия, в него дополнительно введены второй ключ, компаратор и блок выборки и хранения, информационный вход и выход которого подключены соответственно к выходу фильтра низкой частоты и к второму входу второго сумматора, а управляюш 1Й вход - к выходу элемента задержки блока управления ключом, выход расширителя импульсов соединен с управляющим входом первого ключа, вход компаратора подключен к выходу дифференциатора и к информационному входу второго ключа, выход которого соединен с вторым входом nepBoi o сумматора, а управляющий вход - с выходом компаратора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в выпрямительных установках. Цель изобретения - повьппение эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения. За счет введения ключа 13, компаратора 14 и блока 5 выборки и хранения обеспечивается высокое качество выходного сигнала с одновременным сохранением высокого быстродействия измерения, что приводит к повышению качества работы преобразователя. 2 ил. 00 4 00 со а: ие. /