ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к области электроизмерений, в частности к измерительным преобразователям, и может быть использовано в устройствах измерения переменного напряжения электрической сети путем преобразования его в постоянное.
Известен измерительный преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 125, рис. 4.5, а].
Недостатком данного преобразователя является то, что он не позволяет получать пропорциональной зависимости между выходным постоянным напряжением и действующим значением входного переменного напряжения. Это приводит к снижению точности измерения входного напряжения.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного тока в постоянный [патент RU №2093842 (фиг. 3), МПК G01R 19/22, опубл. 20.10.1997 г.], содержащий два операционных усилителя, четыре диода, сглаживающий фильтр и три резистора, соединенных между собой звездой, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с источником измеряемого переменного напряжения, инвертирующий вход со вторым выводом первого диода и с первым выводом первого резистора, выход с первым выводом первого диода и вторым выводом второго диода, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом третьего диода и первым выводом третьего резистора, выход с первым выводом третьего диода и вторым выводом четвертого диода, выход сглаживающего фильтра является выходом преобразователя, первые выводы второго и четвертого диодов и первый вывод второго резистора соединены с входом сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, включенного между выходом сглаживающего фильтра и общей шиной.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного преобразователя является низкое быстродействие, обусловленное большой постоянной времени сглаживающего фильтра.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени сглаживающего фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, вход которого соединен с входом двухполупериодного выпрямителя, введен режекторный фильтр, причем выход двухполупериодного выпрямителя соединен с входом режекторного фильтра, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра. Режекторный фильтр содержит операционный усилитель, четыре резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом режекторного фильтра, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первыми выводами третьего резистора и первого конденсатора, вторые выводы которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение режекторного фильтра и новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия преобразователя.
1
2
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - схема режекторного фильтра, на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений u, u, u.
Преобразователь (фиг. 1) содержит активный двухполупериодный выпрямитель 1, режекторный фильтр 2 и сглаживающий фильтр 3, вход преобразователя соединен с входом двухполупериодного выпрямителя 1, выход которого соединен с входом режекторного фильтра 2, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 3, выход которого является выходом преобразователя.
Режекторный фильтр (фиг. 2) выполнен на базе моста Вина и содержит операционный усилитель 4, четыре резистора 5, 6, 7, 8 и два конденсатора 9, 10, причем первые выводы резисторов 5, 6 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 4, выход которого соединен со вторым выводом резистора 6 и выходом режекторного фильтра 2, вход которого соединен со вторым выводом резистора 5 и первыми выводами резистора 7 и первого конденсатора 9, вторые выводы которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя 4 и первым выводом резистора 8, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора 10, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
7
8
9
10
Мост Вина выполнен на компонентах R, R, C, С и настроен на частоту режекции, равную частоте основной гармоники выпрямленного напряжения. Для измеряемого напряжения промышленной частоты 50 Гц частота режекции составляет 100 Гц. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами схемы:
7
9
8
7
5
10
9
6
5
R=1/(628·С); R=R=R; С=С; R=2·R,
вх
1
1
2
2
вых
вых
вх
Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое синусоидальное напряжение u выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 1, на выходе которого формируется напряжение u (фиг. 2). Режекторный фильтр подавляет основную гармонику выпрямленного напряжения u и, его выходное напряжение u подается на вход сглаживающего фильтра 3, который сглаживает пульсации напряжения u, полученного после прохождения режекторного фильтра 2. В результате на выходе преобразователя формирует выходное напряжение преобразователя u, пропорциональное действующему значению входного U=0,9U.
Введение в преобразователь режекторного фильтра 2 приводит к тому, что сглаживающий фильтр 3 данного преобразователя подавляет только высшие гармоники выпрямленного напряжения, в результате чего его постоянная времени значительно меньше, чем у прототипа. Это позволяет более чем на порядок повысить быстродействие преобразователя.
Дальнейшего повышения быстродействия можно добиться использованием дополнительных режекторных фильтров, подавляющих высшие гармоники выпрямленного напряжения при одновременном уменьшении постоянной времени сглаживающего фильтра.