Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H02M7/00 

(5) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО Изобретение относится к электро-техника, в частности к преобразованию переменного напряжения в постоян ное, и может быть использовано в сис темах автоматического управления. .В автоколебательных самонастраива щихся системах необходимо иметь значение постоянного напряжения, равного амплитуде входного переменного на пряжения 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 быстродействие, не позволяющее выпрямлять сигналы, амплитуда которых резко изменяется в процессе выпрямления, а также невозможность обеспечения равенства выпрямленного напряжения ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ амплитуде переменного напряжения в широком диапазоне частот. Ирвестен 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 2 . Способ осуществляется устройством, содержащим блок постоянного фазового сдвига равного 90°, выпрямитель основного напряжения и напряжения, сдвинутого на 90°, 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 систем автоматического управления, так как может привести к потере устойчивости системы. Кроме того, вели чина выпрямленного напряжения не рав на 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 снижает быстродействие. Цель изобретения - уменьшение пул саций, увеличение быстродействия, а также обеспечение равенства величины постоянного напряжения амплитуде переменного напряжения. Поставленная цель достигается тем что согласно способу преобразования переменного напряжения в постоянное, включающему формирование дополнитель ного напряжения, сдвинутого на 90 о носительно основного переменного напряжения и последующего выпрямления этих напряжений, изменяют полярность дополнительного напряжения и преобразуют в первое напряжение прямоугол ной формы, величина которого больше амплитуды основного переменного напряжения , а затем из основного переменного напряжения и первого напряже ния прямоугольной формы форми-руют второе напряжение прямоугольной форм частота и фаза которого равны частоте и фазе первого напряжения прямоугольной формы, а величина равна амплитуде основного переменного напряжения . Способ может быть осуществлен уст ройством, содержащим блок фазового сдвига на 90 и выпрямитель, в которое в веде нь блок мажоритарной логики инерционный блок, компаратор, инвертор , вход которого через блок фазового сдвига на 90° соединен с входными выводами и с первым входом блока мажоритарной логики, второй вход которого через компаратор соединен с выходом инвертора, а третий вход бло ка мажоритарной логики через инерцио ный блок соединен с выходом блока ма жоритарной логики, и с входом выпрямителя, выход которого является выходом устройства. На фиг. 1 представлено устройство реализующее способ; на фиг. 2 - граф ки, иллюстрирующие процесс преобразо вания переменного напряжения в постоянное. Устройство содержит блок фазового сдвига 1 на 90, выпрямитель 2, блок мажоритарной логики 3 с тремя входами, инерционный блок , 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 5 соединен с выходом инвертора 6, а третий вход блока мажоритарной логики 3 через инерционный блок k 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 напряжение U с выхода блока фазового сдвига 1 подают на вход инвертора 6, изменяющего полярность этого напряжения. Посредством компаратора 5 напряжение (-Uj) преобразуют в переменное напряжение прямоугольной формы U-j, по величине превышающее амплитуду основного переменного напряжения U.. Напряжение U з подключают к второму входу блока мажоритарной логики 3. Блок мажоритарной логики 3 представляет собой логическую цепь, непрерывно выделяющую из трех величин одну, имеющую промежуточное значение. Этими тремя величинами являются напряжения и, и ,и и соответственно со входа устройства, выхода компаратора 5 и с выхода инерционного блока . Блок мажоритарной логики работает в соответствии с уравнением ибык (Ui, 3); Min(U-,, 04) ; Min(U3, U4) где Ugj,, - напряжение с выхода блока мажоритарной логики 3; соо-гветственно минимальные значения из напряжений (и, ,из); (и, и); (Uj, и). Такая математическая зависимость работы блока мажоритарной логики 3 обеспечивает непрерывное подключение на его выход того из входов сигналов и, и,, и, который находится в данный момент между двумя другими сигналами на числовой оси. При этом подключение одного сигнала автоматически исключает прохождение остальных двух. Инерционный блок 4, включенный. в цепь обратной связи блока мажоритарной логики 3, выполнен в виде апериодического звена W(p) 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 на пряжение и или и., напряжение на выходе инерционного блоКа 4 незначительно отстает от напряжения с выхода блока мажоритарной логики Ugj,.. Но когда на выход блока мажоритар ной логики 3 подключается выход инер ционного блока 4, указанный блок пре вращается в интегрирующее звено с ну левым сигналом на входе, что обеспечивает запоминание на выходе блока 3 мгновенного значения напряжения в момент подключения на выход блока мажоритарной логики 3 выхода инерционного блока 4. В этом случае передаточная функция блока мажоритарной логики по отношению к напряжениям 1)4 и име ет следующий вид. U4(p) Wnp(p) (р) 1-Wpa3(p) где WpQ3(p) Wnp{p) U4(p) - Tp-t-1 Отсюда %-. UBbi(p) Тр-И-1 Т Таким образом, при подключении на выход блока мажоритарной логики 3 выхода инерционного блока блок мажоритарной логики превращается в интегрирующий блок с нулевым сигналом на входе, т.е. осуществляет запоминание мгновенного значения напряжения Ugj, в момент подключения. Благодаря этому на выходе блока мажоритарной логики формируется переменное напряжение прямоугольной фо мы Ugj,,,, величина которого равна амп литуде основного переменного напряжения и, поступающего на вход устройства. Указанное равенство величины амплитуде U соблюдается только при сдвиге фазы Uj относительно U на 90. При других фазовых сдвигах (больших или мёньши.х 90°) амплитуда U g(-,ix изменяется в сторону уменьшения. При сдвиге фаз равном 180 вых С помощью предложенного способа преобразования переменного напряжения в постоянное и устройства, реализующего этот спороб, возможно выпрямление с максимальным 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 переменного 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 . Формула изобретения 1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, включаю- щий формирование дополнительного напряменир, сдвинутого на 90° относительно основного переменного напряжения и последующего выпрямления этих напряжений,от ли чающийся 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 напряжение 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 первого напряжения прямоугольной формы, а величина равна амплитуде основного переменного напряжения.

2. Устройство для осуществления способа преобразования переменного напряжения в постоянное по п. 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° соединен с входными выводами и с

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.М., Рудёнко B.C., Сенько В.И. Основы преобразовательно техники. - М., Высшая школа, 197, с. 332.

2.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 М 7/06, 1970.