RU196044U1

RU196044U1 - 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE

Info

Publication number: RU196044U1
Application number: RU2019141469U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-02-14

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии. Устройство содержит делитель напряжений, амплитудный детектор, арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок умножения, причем вход устройства соединен с входом амплитудного детектора и первым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства, а выход амплитудного детектора подключен соответственно к вторым входам делителя напряжений и блока умножения.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия устройства за счет отсутствия в нем интегрирующих элементов. 2 ил.The utility model relates to electrical engineering and can be used in various radio engineering devices using quadrature splitting of a sinusoidal signal, as well as in meters of reactive electrical energy. The device comprises a voltage divider, an amplitude detector, an arcsine converter, a cosine former and a multiplication unit, the device input being connected to an amplitude detector input and a first input of a voltage divider, the output of which is connected to an arcsine converter input, the output of which is connected to the first input of the multiplication unit through a cosine former whose output is the output of the device, and the output of the amplitude detector is connected respectively to the second inputs of the voltage divider and the multiplication unit I. The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of the device due to the lack of integrating elements in it. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии.The utility model relates to electrical engineering and can be used in various radio engineering devices using quadrature splitting of the sinusoidal signal, as well as in meters of reactive electric energy.

Известно устройство сдвига фазы на 90° [Авторское свидетельство СССР №1511705 МПК G01R 25/04, G01R 25/00, опубл. 30.09.1989 г.] содержащее фазосдвигающий элемент, фазовый детектор, интегратор, управляемый делитель напряжения и сумматор, причем вход интегратора соединен с выходом фазового детектора, один из входов которого соединен с входом фазосдвигающего элемента, являющегося входом устройства, выход сумматора является выходом устройства и соединен со вторым входом фазового детектора, а входы сумматора - соответственно с выходами с выходами фазосдвигающего элемента и управляемого делителя напряжения, а управляющий вход - с выходом интегратора.A device for phase shift by 90 ° [USSR Author's Certificate No. 1511705 IPC G01R 25/04, G01R 25/00, publ. September 30, 1989] containing a phase-shifting element, a phase detector, an integrator, a controlled voltage divider and an adder, the integrator input being connected to the output of the phase detector, one of the inputs of which is connected to the input of the phase-shifting element, which is the input of the device, the output of the adder is the output of the device and connected to the second input of the phase detector, and the inputs of the adder, respectively, with the outputs with the outputs of the phase-shifting element and the controlled voltage divider, and the control input with the output of the integrator.

Недостатком данного устройства является невысокая его точность, обусловленная тем, что оно не обеспечивает равенства амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот.The disadvantage of this device is its low accuracy, due to the fact that it does not provide equal amplitudes of the input and output voltages in a wide frequency range.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство сдвига фазы на 90° [Патент на ПМ №168431 РФ, МПК G01R 25/04, опубл. 02.02.2017 г.], содержащее дифференциатор, управляемый делитель напряжения, два амплитудных детектора, дифференциальный сумматор и ПИ-регулятор, причем вход устройства соединен с входом первого амплитудного детектора и входом дифференциатора, выход которого соединен с входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора и является выходом устройства, а выходы первого и второго амплитудных детекторов подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам сумматора, выход которого через ПИ-регулятор соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения.The closest analogue to the proposed utility model is a 90 ° phase shift device [Patent PM PM No. 168431 of the Russian Federation, IPC G01R 25/04, publ. 02.02.2017], containing a differentiator, a controlled voltage divider, two amplitude detectors, a differential adder and a PI controller, the input of the device being connected to the input of the first amplitude detector and the input of the differentiator, the output of which is connected to the input of the controlled voltage divider, the output of which is connected with the input of the second amplitude detector and is the output of the device, and the outputs of the first and second amplitude detectors are connected respectively to the non-inverting and inverting inputs of the adder, the output to through a PI controller, it is connected to the control input of a controlled voltage divider.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Данное устройство обеспечивает равенство амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот. Однако применение ПИ-регулятора предопределяет наличие интегрирующего звена, постоянная времени которой выбирается исходя из обеспечения требуемого качества переходного процесса. В результате данное устройство в переходных режимах обладает низким быстродействием, определяемым временем переходного процесса.This device provides equal amplitudes of the input and output voltages in a wide frequency range. However, the use of a PI controller determines the presence of an integrating link, the time constant of which is selected on the basis of ensuring the required quality of the transition process. As a result, this device in transient conditions has a low speed determined by the time of the transition process.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия устройства за счет отсутствия в нем интегрирующих элементов.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of the device due to the lack of integrating elements in it.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство сдвига фазы на 90°, причем вход устройства соединен с входом амплитудного детектора, содержащее амплитудный детектор и делитель напряжений, дополнительно введены арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок умножения, причем вход устройства соединен с первым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователя косинуса соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства, а выход амплитудного детектора подключен соответственно ко вторым входам делителя напряжений и блока умножения.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device phase shift of 90 °, and the input of the device is connected to the input of the amplitude detector containing the amplitude detector and the voltage divider, an arcsine converter, a cosine shaper and a multiplication unit are additionally introduced, the device input being connected to the first input a voltage divider, the output of which is connected to the input of the arcsine converter, the output of which through the shaper of the cosine is connected to the first input of the multiplication unit, the output of which th it is the output device and the output of the amplitude detector connected respectively to the second inputs of the voltage divider and the multiplier.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение арксинусного преобразователя, формирователя косинуса, блока умножения и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия устройства.Significant differences of the proposed device are the introduction of an arcsine converter, a cosine shaper, a multiplication block and the organization of new connections between the elements of the device. The combination of elements and the relationships between them provide a positive effect - improving the performance of the device.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₃ и u_вых.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device, in FIG. 2 - time diagrams of voltages u _in , u ₁ -u ₃ and u _out .

Устройство (фиг. 1) содержит делитель напряжений 1, амплитудный детектор 2, арксинусный преобразователь 3, формирователь косинуса 4 и блок умножения 5.The device (Fig. 1) contains a voltage divider 1, an amplitude detector 2, an arcsine converter 3, a shaper of cosine 4 and a multiplication unit 5.

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока

подается на входы делителя напряжений 1 и амплитудного детектора 2. После деления входного напряжение на его амплитуду

формируемую амплитудным детектором 2, в блоке деления 1, на его выходе формируется напряжение u₁=sinωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход арксинусного преобразователя 3. Арксинусный преобразователь 3 вычисляет угол, синус которого равен напряжению u₁ на его входе, и формирует на выходе напряжение u₂ треугольной формы с амплитудой

равной π/2. Это напряжение поступает на вход формирователя косинуса 4, и на его выходе формируется u₃=cosωt с единичной амплитудой, сдвинутое по фазе относительно напряжения u₁=sinωt на угол 90° В блоке умножения 5 производится перемножение напряжения u₃ с напряжением

поступающим с амплитудного детектора 2, тем самым происходит восстановление амплитуды входного напряжения.The device operates as follows. Sine input AC voltage

fed to the inputs of the voltage divider 1 and amplitude detector 2. After dividing the input voltage by its amplitude

generated by the amplitude detector 2, in the division unit 1, a voltage u ₁ = sinωt with a unit amplitude is generated at its output, which is fed to the input of the arcsine converter 3. The arcsine converter 3 calculates an angle whose sine is equal to the voltage u ₁ at its input, and generates output voltage u ₂ triangular in shape with amplitude

equal to π / 2. This voltage is supplied to the input of the cosine 4 driver, and u ₃ = cosωt with unit amplitude is formed at its output, phase shifted relative to the voltage u ₁ = sinωt by an angle of 90 °. In the multiplication unit 5, the voltage u _{3 is} multiplied with the voltage

coming from the amplitude detector 2, thereby recovering the amplitude of the input voltage.

Таким образом, устройство обеспечивает сдвиг фазы входного синусоидального напряжения на 90° без изменения его амплитуды. Устройство не содержит интегрирующих элементов, тем самым достигается технический результат - повышение быстродействия устройства.Thus, the device provides a phase shift of the input sinusoidal voltage by 90 ° without changing its amplitude. The device does not contain integrating elements, thereby achieving a technical result - improving the speed of the device.

При практической реализации предлагаемого устройства делитель напряжений 1 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Амплитудный детектор 2 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Арксинусный преобразователь 3 можно выполнить по одной из схем (Авт. свид. СССР, №467365, G06G 7/22, 15.04.1975; Авт. свид. СССР, №1256051, G06G 7/22, 07.09.1986.) или на ОУ, включив формирователь синуса, выполненный по одной из схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 270, рис. 10.9; Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь, 1982, стр. 66, рис. 4.22), в цепь его отрицательной обратной связи. Формирователь косинуса 4 можно выполнить на микросхеме AD639 по схеме (Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: БИНОМ, 2014, стр. 311, рис. 5.39). Блок умножения представляет собой перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3.In the practical implementation of the proposed device, the voltage divider 1 can be performed on the op-amp by including a signal multiplier on the K525PS3 chip in its negative feedback circuit. Amplitude detector 2 can be performed according to one of the known schemes (A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 292, fig. 11.17; p. 304, fig. 11.29 ) The arcsine converter 3 can be performed according to one of the schemes (Auth. St. USSR, No. 4667365, G06G 7/22, 04/15/1975; Auth. St. USSR, No. 1256051, G06G 7/22, 09/07/1986.) Or on the OS , turning on the sine shaper, made according to one of the schemes (A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 270, Fig. 10.9; Timonteev V.N., Velichko L. M., Tkachenko V. A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communication, 1982, p. 66, Fig. 4.22), into the circuit of its negative feedback. The shaper of cosine 4 can be performed on the AD639 chip according to the scheme (Horowitz P. and Hill W. Art of circuitry. - M .: BINOM, 2014, p. 311, Fig. 5.39). The multiplication unit is a voltage multiplier on the KR525PS3 chip.

Claims

A device for phase shifting by 90 °, comprising an amplitude detector and a voltage divider, the input of the device being connected to the input of the amplitude detector, characterized in that it additionally includes an arcsine converter, a cosine shaper and a multiplication unit, the device input being connected to the first input of the voltage divider, the output of which is connected to the input of the arcsine converter, the output of which through the shaper of the cosine is connected to the first input of the multiplication block, the output of which is the output of the device, and you od amplitude detector connected respectively to the second inputs of the voltage divider and the multiplier.