Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1990 года по МПК H03K17/00 G01R23/02 G01R23/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики энергосистем, автоматических регуляторах частоты и активной мощности, автоматизированных системах управления энергообь- ектами при построении измерительных органов частоты или ее отклонения от номинального значения.

Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя частоты в напряжение; на фиг. 2 - временные диаграммы, по- ясняющие его работу; на фиг. 3 - функциональная схема устройства усреднения.

Устройство содержит триггер 1, блок 2 усреднения,элемент И 3, счетчик 4, генератор 5, дифференцирующую цепь 6.

Блок 2 усреднения содержит первый ключ 7, интеграторе, второй ключ 9, конденсатор 10 и повторитель 11.

Вход преобразователя частоты в напряжение через дифференцирующую цепь 6 соединен с вторым входом блока 2 усреднения и входом сброса счетчика 4, выход которого соединен с D-входом триггера 1, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И 3, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 и тактовым входом триггера 1, а выход - с входом счетчика 4.

Первый вход блока 2 устройства соединен с управляющим входом первого ключа 7, первый и второй входы которого соединены соответственно с шинами положитель- . ного и отрицательного опорного напряжения, а выход - с первым входом интегратора 8, выход которого через второй ключ 9 соединен с входом повторителя 11 и одной из обкладок конденсатора 10, вторая обкладка которого соединена с земляной

(Л

с

ел ю с

п.

4 ь.

шиной, выход повторителя 11 со единен с выходом преобразователя частоты в напряжение и вторым входом интегратора 8, управляющий вход второго ключа 9 является вторым входом блока 2 усреднения.

Преобразователь ча стоты в напряжение работает следующим образом,

Входное прямоугольное напряжение (фиг, 2а) прикладывается к входу дифференцирующей цепи б, на выходе которой в на- чале каждого периода Тх вырабатываются кратковременные единичные импульсы (фиг, 26), переводящие сигнал на выходе счетчика 4 импульсов в состояние О (фиг, 2в), Выходной сигнал счетчика 4 импульсов при- кладывается к D-входу триггера 1. С приходом рабочего фронта выходного импульса генератора 5 (фиг, 2г) выходной сигнал триггера 1 переходит в состояние 1 (фиг. 2д), что соответствует началу формирования на входе блока 2 усреднения импульса калиброванной длительности То. При этом открывается логический элемент И 3 и импульсы генератора 5 начинают заполнять счетчик 4, После заполнения счетчика 4 его выходной сигнал переходит в состояние 1. С приходом очередного рабочего фронта выходного импульса генератора В сигнал на выходе триггера 1 переходит в состояние О, что соответствует окончанию формирования импульса калиброванной длительности То на входе блока 2 усреднения. При этом длительность То формируемого калиброванного импульса будет всегда состоять из суммы целого числа периодов Тгоч генератора 5 опорной частоты и будет равна

То N ТгОЧ ТгоЧ+ТгоЧ++Tf 04

N

(1)

где N - объем счетчика 4,

Начало формируемого импульса калиброванной длительности будет совладать с началом периода Тгоч первого, входящего в эту сумму, импульса генератора б, а оконча- ние - с окончанием последнего, что позволяет более точно формировать длительность калиброванного импупьса.

Блок 2 усреднения, в качестве которого может быть использован итерационный быс- тродействующий фильтр на базе интегратора 8 с запоминающей обратной связью (фиг, 3), преобразует выходные импульсы триггера 1 в двухполярные, стабилизирует их по амплитуде и выделяет среднее значение напряже- ния формируемой импульсной последовательности за период Тх контролируемой сети. Значение выделяемого при этом напряжения Ucp будет равно

1 I - UoTo-Uo(Tx-Tol

Ucpr

Ix

(2)

5

10 15 20 25 30 35

0

5

0 5

где Uo - стабилизированное значение амплитуды импульсов.

Приняв в выражении (2) Тх 4- , после

Тх

преобразований получим

(2Tofx-1).(3)

Из выражения (3)функция преобразования частоты в напряжение - линейна. Таким образом, предлагаемое устройство является преобразователем частоты fx в прямо- пропорциональное выходное напряжение Ucp.

Приняв То -, где Тн - длительность

периода контролируемой сети при номинальном значении частоты Тн, получим

(4)

,

fH

в,этом случае выходное напряжение Ucp преобразователя будет прямопропор- ционально отклонению частоты от номинального значения f. Процесс преобразования будет повторяться с началом каждого периода Тх контролируемой сети.

Мини мально возможное значение частоты fr опорного генератора определяется из выражения

То+Тгон Т:

I хмин

(5)

где Тхмин - длительность периода сети при максимальном значении контролируемой частоты.

Приняв в выражении (5) То - ,

TX .9 Ти. что соответствует отклонению частоты от номинального значения 50 Гц на ± 5Гц (диапазон работы устройств частотной автоматики энергосистем), получим частоту импульсов опорного генератора fr 2.5f4, т.е. частота опорного генератора в предлагаемом устройстве может быть снижена до 125Гц,

Формул а изобретения

1, Преобразователь частоты в напряжение, содержащий генератор, триггер, дифференцирующую цепь и счетчик, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и увеличения надежности преобразователя, в него введены блок усреднения и элемент И, вход преобразователя частоты в напряжение через дифференцирующую цепь соединен с вторым входом устройства усреднения и входом сброса

счетчика, выход которого соединен с D-BXO- дом триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом блока усреднения и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора и тактовым входом триггера, а выход - с входом счетчика.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок усреднения содержит первый и второй ключи, интегратор, конденсатор и повторитель, первый вход блока усреднения соединен с управляющим входом

первого ключа, первый и второй входы которого соединены соответственно с шинами положительного и отрицательного опорного напряжения, а выход - с первым входом

интегратора, выход которого через второй ключ соединен с входом повторителя и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого соединена с земляной шиной, выход повторителя соединен с выходом преобразователя частоты в напряжение и вторым входом интегратора, управляющий вход второго ключа является вторым входом блока усреднения.

«О

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в противоаварийной автоматике энергосистем и автоматических регуляторах частоты. Цель изобретения - повышение точности и увеличение надежности преобразователя. Преобразователь частоты в напряжение содержит генератор, триггер, дифференцирующую цепь и счетчик. Введение блока усреднения и элемента И позволяет повысить точность измерения и надежность преобразователя за счет исключения влияния дискретности импульсов генератора, благодаря синхронизации процесса формирования калиброванного импульса с импульсами генератора и процесса усреднения с периодом следования контролируемой сети. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.