Устройство для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R23/16 G06G7/19 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД И ФАЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для решения на аналоговой вычислительной машине либо на аналоговой моделе задач преобразовательной техники.

Известно устройство, содержащее генератор синусоидальных и косинусоидальных напряжений с изменяемой частотой, два перемножителя и два интегратора Ll.

Недостатком этого устройства является наличие в нем двух перемножителей. Точность перемножителей ограничена, кроме того, для набора на АВМ модели лреобразовательной установки и ее нагрузки в ряде задач требуется большое количество блоков перемножения.

Наиболее близким техническим решением является устройство для определе- ния амплитуд и -фаз гармонических составляющих нагфяжения, содержащее интеграторы, сумматоры, весовые элементы, блоки умножения, ключевые устройства и генератор ортогональных импульсных напряжений 121.

Это устройство обладает широкими функциональными возможностями. Оно позволяет определять не только .амплитуды гармонических составляющих, но и их фазовые сдвиги, а также коэффициенты в разложение в ряд Уолша.

Недостатком известного устройства является сложность устройства за счет наличия специального генератора ортогональных прямоугольных напряжений,

10 блоков перемйожения, большого количества ключей и недостаточная точность иэмерения, так как необходимая точнбсть измерения достигается использованием достаточно большого количества ортого15нальных напряжений.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения ампли20туд и фаз гармонических составляющих напряжения, содержащее сумматор, первый ключ и второй ключ, выход которого. подключен к входу интегратора, выход. которого является выходом устройства, введены функциональный преобразователь выпрямитель, квадрате и генератор гар монического сигнала, выход которого соедине)я с информационным входом первого ключа, ущ)авляющий вход которого является первым управляющим входом устройства,выхоп первого ключа поцключен к первому входу сумматора,выход которого соединен с входом функционального преоб разователя, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого соеди нен с входом квадратора, выход которого подключен к информационному входу второ го ключа, управляющий вход которого явля ется вторым управляющим входом .уст- ройства, информационный вход которого соединен с вторым входом сумматора. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема функ ционального преобразователя. Устройство содержит функциональный гфеобразователь 1, вьшрямитель 2, квад ратор 3, ключ 4, интегратор 5, сумматор 6, ключ 7, генератор 8 гармонического сигнала. Функциональный преобразователь 1 содержит весовые потенциометры 9 и 10, интегратор 11 и масшта ные усилители 12 и 13. ; . Исследуемое напряжение должно удовлетворять следующим требованиям; отсутствие постоянной составляющей и известность частоты основной гармоники. В 1феобразовательной технике этим условиям удовлетворяет целый ряд функций, например, сетевой ток зависимого мостового преобразователя, выходное напряжение автономного инвертора тока и т.д. Функциональный преобразователь должен удовлетворять следующим условиям. Преобразователь является линейным, т.е. его передаточная функция не зависит от амплитуды входного сигнала. Передат ная функция 1феобразователя зависит от частоты входного сигнала, причем нелинейно. Передаточная функция нелинейно зависит от некоторого параметра регулирования, например от о. ; Функциональный преобразователь 1 полностью удовлетворяет этим условиям. Модуль его передаточной функции равен WiU.oi.) V-. .-, 1 1.. где ц) - круговая частота основной гармоники исследуемого напряжения. ащряжение U(-t) , получаемое на выходе 1феобразователя 1, содержит те же гармоники, что и исследуемое напряжение и (-t) , но действующее значение L -ой гармоники на выходе звена 1 при конкретном значении параметра о(.1 составляетUt U-i.W(o)-,,oC,) , где UL - действующее значение L -ой гармоники на1Ц}яжения dCi.}. Устройство работает следующим образом. После подключения преобразователя 1 к источнику исследуемого нагфяжения J (t) через сумматор 6 греобразователя начинается затухающий переходный щюцесс. Спустя время, достаточное для Завершения переходного процесса, один раз при помощи управляющего сигнала замыкают ключ 4 на время,равное периоду Т исследуемого нащ яжения. Измерив после размыкания ключа 4 нагфяжение на выходе интегратора 5, получают квадрат действующего значения UOA напряжения так как по определению . Поскольку квадрат действующего значения переменного напряжения равен сумме квадратов действующих значений его гармонических составляющих, то справедливо уравнение LUtNx/4u i.,oC,)- Ui, . в левой части этого уравнения можно ограничиться первыми h членами суммы. Если аналогичные измерения 15)оделать п раз, устанавливая перед каждым измерением новое значение параметра А , то можно получить п значений . . Искомые амплитуды Utm гармонических составляющих исследуемых нагфяжений J(i) являются решением системы п линейных алгебраических уравненийi (tiJb,A -и|, Z (cOi, ULm f2UL Приведенная методика является тфибпиженной, так как основана на пореходе от бесконечного ряда к конечному, санако точность измерения можно получить высокую. Для оценки погрешности полученных значений необходимо 1фод& лать (п +i)oe измерение и реш1ггь систему (n + l) уравнений. В .результате будет получена амплитуда ( п-Ц)-ой гфмоники, а амплитуды первых п ник окажутся иными. Необходимо сравнить полученные результаты и если погрешность не 1февысит заданную, то п измерений можно считать достаточными. Для определения фазового сдвига L-ой гармоники необходимо на выходе генерат(5)а 8 установить напряжение той же частоты, что и L -ая гармоника. Измерения проводятся по рассмотренной выше методике, но с тем отличием, что для каждого значения параметра об проводится два измерения - при разомкнуто и 1ФИ замкнутом ключе 7. На основании этих измерений составляют две системы п уравнений (для каждого положетнйя ключа 7). Решение системы для раз мкнутого состояния ключа 7 дает, как и в гредыдущих случаях, значения ампли туд гармоник. Систему для замкнутого состояния ключа 7 достаточно решить только для L -ой гармоники, так как для осгальных гармоник решения этих систем совпадают. Искомый фазовый сдвиг определяется по формуле иоь - илс - Ut Cos РС, 2 и I, где Unl - действующее значение нагфяжения генератора 8 (его ве- личина известна); Uu - действующее значение L -ой гармоники исследуемого нагфяжения (вычисляется при разомкнутом ключе 7); Uoi, - действующее значение суммы гармоник исследуемого напря жения и генератора 8 (вычисляется Щ)И замкнутом пол жении ключа 7); ,Ut ф| - угол сдвига межДу I -ми га мониками исследуемого нагр жения и генератора 8. Для преобразовательной техники прак тич8ск 1й интерес представляет косинус угла сдвига между основными гармоника ми, значение которого получается непосредственно из щ)едставленной формулы. ля определения значения Со ({ я амплитуд п гармонических составляюншх необходимо {фоделать всего 2г изм ений. Предлсженное устройство позволяет отфеделить амшиггуды гармоник более 1ФОСТЫМИ аппретурными средствами, поэтому оно 1фоше в настройке и надежнее в работе. При решении задачи на АВМ такое устройство можно собрать из типовых решающих блоков машины. Необходимое количество не велико, так как в задачах преобразовательной техники амплитуды гармоник обычно обратно щзопсфциональны номеру гармоники. Формула изобретения Устройство для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих нагфяжения, содержащее сумматор, первый ключ и второй ключ, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью. повышения точности в hero введены функциональный 15)еобразователь, выпрямитель, квадратор и генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого является первым управляющим входом устройства, выход первого, ключ а подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом функционального хфеобразо- вателя, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с Входом квадратора, выход которого подключен к информационному входу рторого ключа, угфавляющий вход которого. является вторым управляющим входом устройства, информационный вход которого соединен с вторым входом сумматора. Источники -информации, щзинятые во внимание при экспертизе 1.Харкевич А. А. Спектры и ешализ. М., Физматгиз, 1962, с. 111. 2.Авторское свидетельство СССР № 590764, кл. G 06 G 7/19, 1975 (гфототип).

О-

Фиг./