SU815666A1 - Устройство дл измерени частотыСиНуСОидАльНОгО НАпР жЕНи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  автоматического измерени  или регулировани  частоты выходного напр жени  переменного тока статических или электромашинных источников питани  автономного бортового электрооборудовани  судов и самолетов.

Известны устройства преобразовани  частоты в электрический аналоговый сигнал посто нного тока, содержащие измеритель девиации частоты на последовательном резонансном контуре, фазовый детектор и выходной фильтр, в том числе предназначенные дл  использовани  в системам автоматического регулировани  частоты fl} .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  мостовой фазочувствительный измерительный орган частоты 2 .

Схема известного устройства содержит входной трансформатор, первична  обмотка которого св зана с выходом измер емого источника частоты. Две идентичные вторичные обмотки с выводами своих средних точек св заны между собой по крайним выводам с одной стороны двум  последовательно включенными резисторакш, а с другой - конденсатором и первичной обмоткой дроссел  последовательного измерительного резонансного контура. Дроссель имеет также две идентичные вторичные обмотки, средние точки которых, шунтированные конденсатором , образуют выходную цепь сглаженного выходного напр жени  посто0  нного тока устройства. К средним точкам этих обмоток так же подключи: ны последовательно резисторы, точка соединени  которых св зана с точ кой соединени  первых, выше упом ну5 тых резисторов, а к крайним точкам обмоток дроссел  подсоединены вентили , попарно образующие две схемы выпр млени , однопол рные выходные выводы которых положительной пол р0 ности св заны со средними точками вторичных обмоток трансформатора. При необходимости получени  выходного широтно-импульсного сигнала устройства примен етс  дополнительна 

5 цепь формировани  вспомогательного напр жени  переменного тока треугхэльной формы, образованна  третьей вторичной обмоткой трансформатора, нагруженной через балластное сопротивление на параллельно соединенные ;цепочки из двух встречно включенных ограничительных стабилитронов, резистора и конденсатора. Выход этой цепи последовательно включают с вы .ходом измерительного устройства и подключают ко входу выходного формирующего полупроводникового элемента , например транзисторного усилител  , в статическом установившемс  режиме работы величина и.пол рность сигнала на выходе преобразовател  определ етс  сдвигом фаз между напр жением питани  и током резонансного контура (точнее падением на пр жени , создаваемым этим током на включенных в цепь контура сопротивле ни х) . Фазочувствительные схемы выпр млени  включены своими выходными сопротивлени ми последовательно и встречно, в результате этого устройство в целом имеет реверсивную характеристику вход-выход, причем пульсации выходного сигнала сглаживаютс  параллельно подключенным конденсатором . Ори использовании преобразовател  в схеме автоматического регул тора скорости вращени  электромашинного агрегата выходное сглажен ное напр жение преобразовател  допол нительно суммируетс  с напр жением п ременного тока треугольной формы дополнительного формировател , а затем при подаче на вход формирующего полупроводникового элемента преобразуетс  в соответствии с известным принципом вертикального управлени  в однотактный или двухтактный широт но-ймпульсный сигнал. Основными недостатками известного измерительного органа частоты  вл ютс  : а) ограниченна  статическа  точность устройства, обусловленна  вынужденным включением двух резисторов в цепь последовательного измерительного резонансного, контура, что приводит к уменьшению не менее чем в 2 раза величины исходной добротности контура и соответственно чувствительности всего устрЬйства; 6} инерционность и нежслаемый фазовый сдвиг, вносимый наличием выход ного сглаживающего конденсатора, что затрудн ет использование его в системах автоматического регулировани  ИЛ1Г стабилизации частоты; в) схемное усложнение преобразова тел  при его использовании в системах автоматического регулировани  ча тоты, св занное с необходимостью при менени  дополнительной цепи формировани  вспомогательного пилообразного напр жени  переменного тока дл  образовани  широтно-импульсного выходного сигнала устройства, состо щего из шести элементов (вторична  обмотк трансформатора, два резистора, два стабилитрона и конденсатор); . г) отсутствие в преобразователе частоты простой электрической подрегулировки заданного уровн  частоты в пределах, например, ±2%, обычно необходимой и оговариваемой техническими услови ми в устройствах автоматической стабилизации частоты. Цель изобретени  - устранение вышеотмеченных недостатков, т.е. усовершенствование схемного устройства . преобразовател  частоты цифровой в широтно-модулированную, а затем в аналоговый электрический сигнал, обеспечивающее упрощение схемы и улучшение статических и динамических характеристик, возможность простой электрической подстройки заданного уровн  частоты. Поставленна  цель достигаетс  тем, что известное устройство частоты, содержащее согласующий трансформатор с первичной обмоткой, подключаемой к источнику напр жени  переменного тока измер емой частоты, и со вторичными обмотками, образующими совместно с последовательно включенными первичной обмоткой дроссел  индуктивности L, имеющего также две вторичные обмотки , и конденсатором С замкнутую цепь с резонансным LC-контуром, двухтактный фазовый детектор, выполненны) в виде двух однофазных двухполупериодных выпр мителей, цепь питани  каждого из которых образована последовательно св занными между собой вторичными обмотками согласующего трансформатора и дроссел  индуктивности , причем одни из выходных выводов посто нного тока этих выпр мителей св заны между собой цепочкой из двух резисторов, снабжено потенциометром подстройки уровн  частоты, включенным последовательно в цепочку между двум  упом нутыми резисторами , причем эта цепочка подсоединена к разноименным по . пол рности выводам выпр мителей, а подвижной контакт потенциометра образует один выходной вывод устройства. В одной из модификаций устройство отличаетс  тем, что выпр мители выполнены по мостовой схеме, их другие разноименные по пол рности выходные выводы посто нного тока объединена и образуют второй выходной вывод устройства органа, две вторичные обмотки согласующего трансформатора и дроссел  индуктивности LC-контура, образующие две цепи питани  выпр мител , соединены между собой непосредственно , а LC-контур подключен к дополнительно введенной третьей вторичной обмотке согласующего трансформатора . В другой модицикации устройство отличаетс  тем, что выпр мители выполнены по нулевой схеме, вторичные обмотки дроссел  индуктивности L выполнены со средними точками, между

которыми включен LC-контур, две вторичные обмотки согласующего трансформатора соединены между собой последовательно , причем точки их соединени  образуют второй выходной вывод устройства, другие концы этих обмоток подключены к LС-контуру, а концы вторичных обмоток дроссел  индуктивности подсоединены к диодам, принадлежащим раэнсли выпр мител м.

Устройство отличаетс  тем, что оно снабжено дополнительной RC-цепочкой динамической коррекции, подключенной к его выходным выводам.

На фиг. 1 и 2 представлены две модицикации измерительного органа; на фиг. 3 и 4 - векторные и временные диаграммы, по сн ющие работу измерительного органа частоты.

Входной источник 1 напр жени  пер меннбго тока подключен к первичной обмотке согласующего трансформатора 2, одна вторична  обмотка которого (средн   на фиг. 1)присоединена к последовательному измерительному резонансному LC-контуру, образованного конденсатором 3 и дросселем 4 с разомкнутым магнитопроводом,.имеющим одну первичную и две вторичные обмотки . Две идентичные вторичные об .мотки трансформатора (соответственно втора  и треть  крайние на фиг. 1) соединены попарно последовательно, согласно и встречно, с двум  идентичными вторичными обмотками дроссел  4 и подключены к диагонал м переменного тока двух однофазнь1Х диодных мостов 5 и 6, образующих схему двухтактного фазового детектора.

Выходные разнопол рные по пол рности выводы диагоналей посто нного тока мостов 5 и 6 объединены с одной (левой на фиг. 1) стороны, образу  первый выходной вывод устройства , ас другой (правой на фиг. 1) подключены к двум балластным сопроти лени м 7 и 8, св занным между собой потенциометром подстройки уровн  частоты 9, вывод движка (подвижного контакта) которого образует второй выходной вывод устройства. К этим выходным выводам устройства подключены параллельно последовательна  резисторно-конденсаторна  цепочка динамической коррекции 10-11 и . входна  цепь выходного полупроводникового формирующего элемента 12..

Втора  модификаци  предлагаемого решени  (фиг. 2) имеет всего одну вторичную обмотку трансформатора 2, к выводам которой подключены резонансный LC-контур 3-4 и средние точки двух вторичных обмоток дроссел  4, причем средн   точка вторичной обмотки трансформатора образует первый выходной вывод устройства, а вместо однофазных.четырехвентильных мостов схемы (фиг. 1) здесь используютс  две упрощенные двухвентильные

схемы 5 и 6 выпр млени , так же последовате льно и согласно включенные по выходным цеп м посто нного тока к цепи формировани  выходного сигнала .измерительного органа (резисторы 7-8, потенциометр 9 и параллельно включенные цепь RC динамической коррекции 10-11 и вход формирующего элемента 12, в качестве которого может быть применен полупроводниковый операционный усилитель или транзисторный усилитель

О мощности).

На фиг. 3 а,б дл  схемы (на фиг. 1) приведены векторные диаграммы напр жений переменного тока дл  двух случаев режима работы, т.е.

5 дл  совпадени  величины частоты измер емого источника с. резонансной частотой контура и дл  несовпадени  величин указанных частот.

На диаграммах (фиг. 3 а,б) обозна0 чены:

Uj - выходное напр жение одной из двух вторичных обмоток трансформатора 2, нагруженных на выпр мительные мосты 5 или 6;

и 14 - выходное напр дение вторичных

5 обмоток резонансного дроссел  4;

Uj- и Ug - соответственно напр жени  переменного тока, подводимые от последовательно включенных, согласно и встречно, вторичных обмоток транс0 форматора и дроссел  к однофазным мостам 5 и 6;

Ч - фазовый угол резонансного контура 3-4 (угол сдвига .фаз между током и напр жением питани  контура).

5

На фиг. 4 а,б,в приведены так х«е временные диаграмк а напр жений дл  двух упом нутьк режимов работы предлагаемого устройства, показывающие соответственно:

а)форму выходных напр жений вы0 пр мительных мостов 5 и 6;

б)форму напр жени  на входе формирующего элемента 12;

в)форму выходного напр жени  на его выходе (12)..

5

В статическом установившемс  режиме работы и совпадении величин частоты измер емого источника 1 с резонансной частотой последовательного LC-контура 3-4, т.е. в режиме реэо0 нанса, фаза тока, протекающего по элементам контура, совпадает с фазой питающего напр жени , а фаза напр жений.на выходных обмотках дроссел  4 сдвинута на угол 90, что и

5 учтено на векторной диаграмме (фиг. 3,а), где под углом 90 к вектору напр жени  вторичной обмотки трансформатора 2 (U..) проведены векторы напр жений вторичных обмоток

0 дроссел  4 (и) образующие в результате геометрического сложени  и упом нутого согласного и встречного включени  обмоток по схеме (фиг.1) два напр жени  переменного тока Uj

Claims (2)

1. 5 и и, подводимые соответственно к диагонал м переменного тока выпр мительных мостов 5 и 6. Ввиду . равенства амплитуд этих напр жений в рассматриваемом режиме резонанса вы---«одные выпр мительные напр жени  этих мостов (левый график фиг. 4,с) также равны по величине, но не сов ,падают по мгновенным значени м, в ре v-зультате этого на выходных клеммах устройства, образованных общей точко соединени  зажимов посто нного тока мостов 5-6 и подвижным контактом потенциометра 9, по вл етс  напр жение переменного тока пилообразной формы (левый график фиг. 4,6), переключающее со скважностью 0,5 выходной формирующий элемент 12 (левый графикфиг . 4,в). При этом величина этого вспомогательного напр жени  пилообра ной формы определ етс  соотношением резисторов 10 и 7-8, а перемещением движка потенциометра 9 можно в небольших пределах (2%) осуществл ть расстройку заданного уровн  частоты устройства. Соответственно, при несовпадении величин частоты измер емого источника 1 с резонансной частотой контура 3-4, фаза тока, протекающего по элементам контура, не совпадает с фазой питающего напр жени , а фаза напр жений на выходных вторичных обмотках резонансного дроссел  4 сдвинута на угол (), что и учтено на векторной диаграмме фиг. 3,6. При этом нарушаетс  баланс (равенство амплитуд ) напр жений переменного тока и 5 и и, подводимый к диагонал м переменного тока выпр мительных мостов 5-6, а на выходе устройства нар ду с переменной составл ющей напр жени  пилообразной формы по вл етс  так же посто нна  .составл юща  (правый график на фиг. 4, б),пропорциональна  отклонению девиации частоты. В результате такого вертикального принципа управлени  измен етс  и скважность выходного широтно-импульсного сигнала формирующего элемента 12 (правый временной график на фиг. 4 в). Положительный технико-экономический эффект, создаваемый.предлагаемым измерительным органом, определ  етс : ) улучшением статических и динамических свойств (путем повышени  значени  добротности измерительного резонансного контура и наличи  цепи динамической коррекции, придающей устройству свойства ПИ-регул тора ) ; 2) улучшением схемотехники и удоб ством эксплуатации путем исключени  дополнительной цепи формировани  вспомогательного, пилообразного напр 5кени  и наличи  прюстой электриче кой подстройки уровн  частоты. Наиболее целесообразной областью применени  измерительного органа частоты Я.ВЛЯЮТСЯ автоматические систеь«л регулировс.ни  частоты электромашинных преобразователей или системы стабилизации скорости вращени  двигателей с тахогенераторами переменного тока. Формула изобретени  1.Устройство дл  измерени  частоты синусоидального напр жени , содержащее согласующий трансформатор с первичной обмоткой, подключаемой к источнику напр жени  переменного тока измер емой частоты, и со вторичными обмотками, образующими совместно с последовательно включенными первичной обмоткой дроссел  и индуктивностиt имеющего также две втЬричные обмотки , и конденсатором С замкнутую цепь .с резонансным LC-контуром, двухтактный фазовый детектор, выполненный в виде двух однофазных двухполупериодных выпр мителей, цепь питани  каждого из которых образована последовательно св занными между собой вторичными обмотками согласующего трансформатора и дроссел  индуктивности , причем одни из выходных выводов посто нного тока этих выпр мителей св заны между собой цепочкой из двух резисторов, отличающеес  тем, что, с целью улучшени  статических и динамических характеристик при применении его в системах автоматического регулировани  частоты, упрощени  и подрегулировки заданного уровн  частоты, оно снабжено потенциометром подстройки уровн  частоты, вкл.юченны1у1 последовательно в цепочку между упом нутыми резисторами , причем эта цепочка подсоединена к разноименным по пол рности выводам выпр мителей, а подвижной контакт потенциометра образует один выходной вывод устройства. 2.Устройство по п.1, отличающеес  тем, что выпр мители выполнены по мостовой схеме, их другие разноименные по пол рности выходные выводы посто нного тока объединены и образуют второй выходной вывод устройства органа, две вторичные обмотки согласующего трансформатора и дроссел  индуктивности 1С-контура , образующие две цепи питани  выпр мителей соединены между собой непосредственно, а LC-контур подключен к дополнительно введенной третьей вторичной обмотке согласующего трансформатора . 3.Устройство по п.1, отличающеес  тем, что выпр мители выполнены по нулевой схеме, вторичные обмотки дроссел  индуктивности L выполнены со средними точками, между которыми включен LС-контур, две вторичные обмотки согласующего трансформатора соединены между собой последовательно , причем точка их соединени  образует второй выходной вывод устрой ства, другие концы этих обмоток подключены к LC-контуру, а концы вторичных обмоток дроссел  индуктивности подсоединены к диодам, принадлежащим .разным выпр мител м. 4. Устройство по пп.1,2 и 3, отличающеес  тем, что оно снаб жено дополнительной RC-цепочкой динамической коррекции, подключенной к его выходным выводам. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе . 1.Авторское свидетельство СССР № 451963, кл. Н 02 М 5/16, 1976.
2. 2.Бунаков В. Л. и Гаспаров Р. Г. Полупроводниковые регул торы напр жени  и частоты электрических машин . М.Л., Энерги , 1966, с.27, с.115.

   12

   Фщ.1

   1го

   12