ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использовано в устройствах измерения переменного напряжения или тока промышленной частоты, а также в устройствах автоматики и релейной защиты.
8
Известен преобразователь эффективного напряжения [Авторское свидетельство СССР №822056 МПК G01R 19/22, опубл. 15.04.1981 г.], содержащий двухполупериодный выпрямитель, квадратор, два фильтра нижних частот, амплитудный детектор, вычитающее и суммирующее устройства, причем выходом фильтра нижних частот соединен с входом амплитудного детектора и с неинвертирующим входом вычитающего устройства, а выход амплитудного детектора соединен с инвертирующим входом вычитающего устройства и с одним входом суммирующего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом дополнительного фильтра нижних частот, выход которого соединен с другим входом суммирующего устройства, выход которого соединении с фокальным входом квадратора и является выходом устройства.
Недостатком данного преобразователя является невысокое быстродействие и точность измерения напряжения, обусловленная наличием фильтров нижних частот в цепях прохождения сигнала постоянного тока.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №163765 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.08.2016 г.], содержащий квадратор, первый и второй фазосмещатели, суммирующее устройство и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входом квадратора, выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства и входом первого фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго фазосмещателя, выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Данный преобразователь наряду с высоким быстродействием данный преобразователь имеет невысокую чувствительность.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности преобразователя за счет более эффективного использования преобразованного сигнала.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерительном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем квадратор, первый и второй фазосмещатели, суммирующее устройство и блок извлечения квадратного корня, в котором вход преобразователя соединен с входом квадратора, выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства и входом первого фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго фазосмещателя, выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя, в суммирующее устройство дополнительно введен третий вход, который соединен с выходом первого фазосмещателя.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение в суммирующее устройство третьего входа, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение чувствительности преобразователя.
вх
1
4
вых.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u и u
Преобразователь (фиг. 1) содержит квадратор 1, фазосмещатели 2, 3, суммирующее устройство 4 и блок извлечения квадратного корня 5.
Фазосмещатели 2, 3 идентичны и сдвигают фазу переменной составляющей входного сигнала на отстающий угол 120°, оставляя неизменной постоянную составляющую при единичном коэффициенте усиления.
вх
m
вх
1
вх
Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u=Usinωt с частотой ω подается на вход квадратора 1, на выходе которого формируется напряжение u, полученное после возведения в квадрат напряжения u:
1
2
3
Напряжение u сдвигается каждым фазосмещателем 2, 3 по фазе на угол 120°, в результате чего на втором и третьем входах суммирующего устройства 4 формируются напряжения u, u, равные по амплитуде (фиг. 3):
1
3
3
4
После суммирования напряжений u, u и u в суммирующем устройстве 4 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u (фиг. 3):
вых
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5 на выходе преобразователя формируется напряжение U:
вых
вх
В результате выходное напряжение U преобразователя не содержит переменной составляющей, а его величина пропорциональна действующему значению измеряемого входного напряжения U, при этом коэффициент преобразования составляет .
По сравнению с прототипом имеет место повышение коэффициента преобразования с  до , а, следовательно, повышение чувствительности устройства более, чем на 22%.
При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве квадратора 1 можно использовать перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы x и y. Фазосмещатели 2, 3 могут быть выполнены по схеме фазового фильтра (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 136, рис. 6.32). Суммирующее устройство 4 представляет собой обычный трех-входовой сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 5 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.
Таким образом, введение в суммирующее устройство третьего входа и обеспечения фазового сдвига фазосмещателей в 120° обеспечивается повышение чувствительности преобразователя переменного напряжения в постоянное.