[go: up one dir, main page]

RU205166U1 - AC / DC MEASURING CONVERTER - Google Patents

AC / DC MEASURING CONVERTER Download PDF

Info

Publication number
RU205166U1
RU205166U1 RU2021109970U RU2021109970U RU205166U1 RU 205166 U1 RU205166 U1 RU 205166U1 RU 2021109970 U RU2021109970 U RU 2021109970U RU 2021109970 U RU2021109970 U RU 2021109970U RU 205166 U1 RU205166 U1 RU 205166U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
differentiator
converter
voltage
Prior art date
Application number
RU2021109970U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Борисович Колесников
Original Assignee
Евгений Борисович Колесников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Борисович Колесников filed Critical Евгений Борисович Колесников
Priority to RU2021109970U priority Critical patent/RU205166U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU205166U1 publication Critical patent/RU205166U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of AC into DC

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения путем преобразования его в постоянное в широком диапазоне частот. Преобразователь содержит дифференциатор, блок деления, два амплитудных детектора, аналоговый перемножитель, два квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем вход измерительного преобразователя соединен с входами первого квадратора и дифференциатора, выход которого соединен с первым входом блока деления, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом измерительного преобразователя, первый вход аналогового перемножителя подключен к выходу блока деления, причем вход преобразователя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом аналогового перемножителя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выход дифференциатора через второй амплитудный детектор соединен со вторым входом блока деления.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя. 2 ил.The utility model relates to electrical measuring equipment, and can be used to measure alternating voltage by converting it into direct voltage in a wide frequency range. The converter contains a differentiator, a division unit, two amplitude detectors, an analog multiplier, two quadrators, an adder and a square root extraction unit, and the input of the measuring transducer is connected to the inputs of the first quadrator and a differentiator, the output of which is connected to the first input of the division unit, and the outputs of the first and second quadrators are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected through the square-root extraction unit to the output of the measuring transducer, the first input of the analog multiplier is connected to the output of the division unit, and the input of the converter is connected to the input of the first amplitude detector, the output of which is connected to the second input of the analog multiplier, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the output of the differentiator through the second amplitude detector is connected to the second input of the division unit. The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of the converter spruce. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения путем преобразования его в постоянное в широком диапазоне частот.The utility model relates to electrical measuring equipment, and can be used to measure alternating voltage by converting it into direct voltage in a wide frequency range.

Известен измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №163230 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.07.2016 г.], содержащий фазосмещатель, первый и второй квадраторы, суммирующее устройство и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.Known measuring converter of AC voltage to DC [Patent for PM No. 163230 RF, IPC G01R 19/22, publ. 07/10/2016], containing a phase shifter, the first and second quadrators, an adder and a square root extraction unit, and the input of the converter is connected to the inputs of the first quadrator and a phase shifter, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the outputs of the first and second quadrators are connected, respectively to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the output of the converter through the square root extraction unit.

Недостатком данного преобразователя является то, что наряду с высоким быстродействием и точностью его область применения ограничивается только измерением напряжения промышленной частоты, так как фазосмешатель обеспечивает фазовый сдвиг в 90° только на этой частоте. На других частотах преобразователь не выполняет своей функции, так как его выходное напряжение будет иметь значительную переменную составляющую, соизмеримую с постоянной.The disadvantage of this converter is that, along with high speed and accuracy, its scope is limited only by measuring the power frequency voltage, since the phase mixer provides a phase shift of 90 ° only at this frequency. At other frequencies, the converter does not perform its function, since its output voltage will have a significant variable component, comparable to a constant one.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №168459 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 5.08.2016 г.], содержащий дифференциатор, блок деления, первый и второй квадраторы, сумматор, блок извлечения квадратного корня, компаратор и преобразователь частота-напряжение, причем вход измерительного преобразователя соединен с входами дифференциатора, первого квадратора и компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, выход которого соединен со вторым входом блока деления, первый вход которого соединен с выходом дифференциатора, выход блока деления соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом измерительного преобразователя.The closest analogue to the proposed utility model is an AC-to-DC measuring converter [Patent for PM No. 168459 RF, IPC G01R 19/22, publ. 08/05/2016], containing a differentiator, a division unit, the first and second quadrators, an adder, a square root extractor, a comparator and a frequency-to-voltage converter, and the input of the measuring transducer is connected to the inputs of the differentiator, the first quadrator and a comparator, the output of which is connected to the input of the frequency-voltage converter, the output of which is connected to the second input of the division unit, the first input of which is connected to the output of the differentiator, the output of the division unit is connected to the input of the second quadrator, and the outputs of the first and second quadrators are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which is through the square root extraction unit is connected to the output of the measuring transducer.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution was chosen as a prototype.

Недостатком данного преобразователя является низкое его быстродействие особенно в области низких частот, обусловленное применением в устройстве преобразователя частота-напряжение, в схеме которого на выходе используется фильтр нижних частот. При этом постоянная времени фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из обеспечения заданных пульсаций выходного напряжения управления на самой нижней частоте рабочего диапазона, что предопределяет низкое быстродействие устройства во всем рабочем диапазоне частот.The disadvantage of this converter is its low speed, especially in the low-frequency region, due to the use of a frequency-to-voltage converter in the device, in the circuit of which a low-pass filter is used at the output. In this case, the time constant of the low-pass filter is selected sufficiently large based on the provision of the specified pulsations of the output control voltage at the lowest frequency of the operating range, which predetermines the low speed of the device in the entire operating frequency range.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of the converter.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий дифференциатор, блок деления, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем вход измерительного преобразователя соединен с входами первого квадратора и дифференциатора, выход которого соединен с первым входом блока деления, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом измерительного преобразователя, дополнительно введены первый и второй амплитудные детекторы и аналоговый перемножитель, первый вход которого подключен к выходу блока деления, причем вход преобразователя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом аналогового перемножителя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выход дифференциатора через второй амплитудный детектор соединен со вторым входом блока деления.The specified technical result is achieved by the fact that the known AC-to-DC measuring converter containing a differentiator, a dividing unit, the first and second quadrators, an adder and a square root extraction unit, and the input of the measuring transducer is connected to the inputs of the first quadrator and a differentiator, the output of which is connected to the first input of the division unit, and the outputs of the first and second quadrators are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which through the square root extraction unit is connected to the output of the measuring transducer, the first and second amplitude detectors and an analog multiplier are additionally introduced, the first input of which is connected to the output division unit, and the input of the converter is connected to the input of the first amplitude detector, the output of which is connected to the second input of the analog multiplier, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the output of the differentiator through the second amplitude The th detector is connected to the second input of the division unit.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение первого и второго амплитудных детектора и аналогового перемножителя, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия преобразователя.Significant differences of the proposed converter are the introduction of the first and second amplitude detectors and an analog multiplier, as well as a new organization of connections between the elements of the device. The combination of elements and connections between them ensure the achievement of a positive effect - increasing the speed of the converter.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений uвх, u1-u5 и uвых.FIG. 1 shows a functional diagram of the device; in fig. 2 - timing diagrams of voltages u in , u 1 -u 5 and u out .

Преобразователь (фиг. 1) содержит дифференциатор 1, блок деления 2, два амплитудных детектора 3 и 4, аналоговый перемножитель 5, два квадратора 6 и 7, сумматор 8 и блок извлечения квадратного корня 9.The converter (Fig. 1) contains a differentiator 1, a division unit 2, two amplitude detectors 3 and 4, an analog multiplier 5, two quadrators 6 and 7, an adder 8 and a square root extraction unit 9.

Преобразователь работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока uвх=Um вхsinωt подается на входы дифференциатора 1 и амплитудного детектора 3.The converter works as follows. The input sinusoidal AC voltage u in = U m in sinωt is fed to the inputs of the differentiator 1 and the amplitude detector 3.

На выходе дифференциатора 1 формируется напряжение u1, сдвинутое по фазе относительно uвх на угол 90° в сторону опережения, амплитуда которого пропорциональна частоте ω входного сигнала uвх (фиг. 2):At the output of the differentiator 1, a voltage u 1 is formed , which is phase-shifted relative to u in by an angle of 90 ° towards the lead, the amplitude of which is proportional to the frequency ω of the input signal u in (Fig. 2):

Figure 00000001
Figure 00000001

где Um вх - амплитуда входного напряжения;where U m in - the amplitude of the input voltage;

U1m - амплитуда выходного напряжения дифференциатора;U 1m - the amplitude of the output voltage of the differentiator;

ω - круговая частота входного напряжения;ω is the circular frequency of the input voltage;

R - сопротивление резистора дифференциатора;R is the resistance of the differentiator resistor;

С - емкость конденсатора дифференциатора.C is the capacitance of the differentiator capacitor.

После деления выходного напряжения дифференциатора на его амплитуду U1m, формируемую амплитудным детектором 4, в блоке деления 2, на его выходе формируется напряжение u2=cosωt с единичной амплитудой, которое поступает на первый вход аналогового перемножителя 5.After dividing the output voltage of the differentiator by its amplitude U 1m , formed by the amplitude detector 4, in the division unit 2, a voltage u 2 = cosωt with a unit amplitude is formed at its output, which is fed to the first input of the analog multiplier 5.

В аналоговом перемножителе 5 производится перемножение напряжения u2 с амплитудным значением входного напряжения Um вх, поступающим с амплитудного детектора 4, в результате на его выходе формируется напряжение uвых=Um вхcosωt, тем самым происходит восстановление амплитуды входного напряжения Um вх.In the analog multiplier 5, the voltage u 2 is multiplied with the amplitude value of the input voltage U m in , coming from the amplitude detector 4, as a result, a voltage u out = U m in cosωt is formed at its output, thereby restoring the amplitude of the input voltage U m in .

Напряжения uвх=Um вхsinωt и u3=Um вхcosωt подаются на входы соответственно квадраторов 6 и 7.The voltages u in = U m in sinωt and u 3 = U m in cosωt are fed to the inputs of quadrants 6 and 7, respectively.

На выходах квадраторов 6 и 7 формируются противофазные напряжения u4 и u5, полученные после возведения в квадрат напряжений uвх и u3, которые пульсируют с двухкратной частотой входного сигнала 2ω и имеют постоянную составляющую:At the outputs of the quadrants 6 and 7, antiphase voltages u 4 and u 5 are formed , obtained after squaring the voltages u in and u 3 , which pulsate with a double frequency of the input signal 2ω and have a constant component:

Figure 00000002
Figure 00000002

После суммирования напряжений u4 и u5 в сумматоре 8 и преобразований, на его выходе имеем напряжение u6, не содержащее переменной составляющей:After summing up the voltages u 4 and u 5 in the adder 8 and transformations, at its output we have a voltage u 6 that does not contain the variable component:

Figure 00000003
Figure 00000003

После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 9 на его выходе и на выходе устройства формируется напряжение uвых.After the operation of extracting the square root in the block for extracting the square root 9 at its output and at the output of the device, a voltage u out is generated.

Figure 00000004
Figure 00000004

Выходное постоянное напряжение uвых устройства не содержит переменной составляющей, а его величина равна амплитуде измеряемого входного напряжения Um вх, то есть пропорционально действующему значению Uвх.The output constant voltage u out of the device does not contain an variable component, and its value is equal to the amplitude of the measured input voltage U m in , that is, in proportion to the effective value of U in .

Таким образом, исключение из устройства преобразователя частота-напряжение позволило избавиться от фильтра нижних частот на его выходе, тем самым достигнут технический результат - повышение быстродействия преобразователя.Thus, the elimination of the frequency-voltage converter from the device made it possible to get rid of the low-pass filter at its output, thereby achieving the technical result - an increase in the speed of the converter.

При практической реализации предлагаемого устройства дифференциатор 1 можно выполнить по известной схеме на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. Блок деления 2 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. При этом вход x перемножителя необходимо подключить к выходу ОУ, выход через резистор - к инвертирующему входу, а на вход y подать напряжение U1m с выхода амплитудного детектора 4. Амплитудные детекторы 3 и 4 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). Аналоговый перемножитель 5 можно выполнить на микросхеме КР525ПС3. При построении квадраторов 6 и 7 можно использовать перемножители напряжений на микросхеме КР525ПС3, объединив входы x и y. Сумматор 8 представляет собой обычный сумматор на ОУ. В качестве блока извлечения квадратного корня 9 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.In the practical implementation of the proposed device, the differentiator 1 can be made according to the well-known scheme on an operational amplifier (OA) with a timing RC circuit. Division 2 can be performed on an op-amp by including a voltage multiplier on the KR525PS3 microcircuit in its negative feedback circuit. In this case, the input x of the multiplier must be connected to the output of the op-amp, the output through the resistor - to the inverting input, and the input y to apply voltage U 1m from the output of the amplitude detector 4. Amplitude detectors 3 and 4 can be made according to one of the known schemes (A.J. Peyton, W. Wolsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 292, fig. 11.17; p. 304, fig. 11.29). Analog multiplier 5 can be performed on the KR525PS3 microcircuit. When building quadrators 6 and 7, you can use voltage multipliers on the KR525PS3 microcircuit, combining the x and y inputs. The adder 8 is a common op-amp adder. As a block for extracting the square root of 9, you can use an op-amp circuit by including a quadrator in its negative feedback circuit.

Claims (1)

Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий дифференциатор, блок деления, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем вход измерительного преобразователя соединен с входами первого квадратора и дифференциатора, выход которого соединен с первым входом блока деления, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом измерительного преобразователя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй амплитудные детекторы и аналоговый перемножитель, первый вход которого подключен к выходу блока деления, причем вход преобразователя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом аналогового перемножителя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выход дифференциатора через второй амплитудный детектор соединен со вторым входом блока деления.An AC-to-DC measuring converter containing a differentiator, a dividing unit, the first and second quadrators, an adder and a square root extraction unit, and the input of the measuring transducer is connected to the inputs of the first quadrator and a differentiator, the output of which is connected to the first input of the dividing unit, and the outputs of the first and the second quadrators are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected through the square-root extraction unit to the output of the measuring transducer, characterized in that the first and second amplitude detectors and an analog multiplier are additionally introduced into it, the first input of which is connected to the output of the division unit, moreover, the input of the converter is connected to the input of the first amplitude detector, the output of which is connected to the second input of the analog multiplier, the output of which is connected to the input of the second quadrator, and the output of the differentiator through the second amplitude detector is connected to the second input division block.
RU2021109970U 2021-04-09 2021-04-09 AC / DC MEASURING CONVERTER RU205166U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109970U RU205166U1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 AC / DC MEASURING CONVERTER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021109970U RU205166U1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 AC / DC MEASURING CONVERTER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205166U1 true RU205166U1 (en) 2021-06-29

Family

ID=76756198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021109970U RU205166U1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 AC / DC MEASURING CONVERTER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205166U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU211214U1 (en) * 2022-03-22 2022-05-25 Евгений Борисович Колесников AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1307359A1 (en) * 1985-07-12 1987-04-30 Предприятие П/Я Г-4149 Meter of a.c.voltage ratio
RU2231797C1 (en) * 2002-11-25 2004-06-27 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Instrument alternating-to-constant voltage converter
US7015597B2 (en) * 2003-09-11 2006-03-21 Square D Company Power regulator for power inverter
RU162209U1 (en) * 2016-02-02 2016-05-27 Евгений Борисович Колесников THREE-PHASE AC VOLTAGE MEASURING TRANSMITTER
RU167006U1 (en) * 2016-07-25 2016-12-20 Евгений Борисович Колесников AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU168459U1 (en) * 2016-08-05 2017-02-03 Евгений Борисович Колесников AC VOLTAGE TRANSMITTER

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1307359A1 (en) * 1985-07-12 1987-04-30 Предприятие П/Я Г-4149 Meter of a.c.voltage ratio
RU2231797C1 (en) * 2002-11-25 2004-06-27 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Instrument alternating-to-constant voltage converter
US7015597B2 (en) * 2003-09-11 2006-03-21 Square D Company Power regulator for power inverter
RU162209U1 (en) * 2016-02-02 2016-05-27 Евгений Борисович Колесников THREE-PHASE AC VOLTAGE MEASURING TRANSMITTER
RU167006U1 (en) * 2016-07-25 2016-12-20 Евгений Борисович Колесников AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU168459U1 (en) * 2016-08-05 2017-02-03 Евгений Борисович Колесников AC VOLTAGE TRANSMITTER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU211214U1 (en) * 2022-03-22 2022-05-25 Евгений Борисович Колесников AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU104402U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
RU205166U1 (en) AC / DC MEASURING CONVERTER
RU168459U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU206669U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE
RU167006U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU187664U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU168431U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2644612C1 (en) Measuring transducer of variable voltage into constant one
RU215007U1 (en) ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER
RU204713U1 (en) ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL FORMER
RU222700U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER
RU223943U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER
RU226073U1 (en) MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE
RU214610U1 (en) ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER
RU196044U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU163230U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU206322U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER
RU205068U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU206074U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU168701U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU163765U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU196115U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU226232U1 (en) MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE
RU211821U1 (en) AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER
RU206323U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER