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, введены фильтр верхних частот и сумматор, причем выход двухполупериодного выпрямителя соединен с неинвертирующим входом сумматора и входом фильтра верхних частот, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение фильтра верхних частот и сумматора и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия преобразователя.
*
*
*
*
вх
1
2
вых
вх m
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u, u и u в относительных единицах, приведенные к амплитудному значению входного напряжения U.
Преобразователь (фиг. 1) содержит активный двухполупериодный выпрямитель 1, фильтр верхних частот 2, сумматор 3 и сглаживающий фильтр 4, вход преобразователя соединен с входом двухполупериодного выпрямителя 1, выход которого соединен с неинвертирующим входом сумматора 3 и входом фильтра верхних частот 2, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора 3, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 4, выход которого является выходом преобразователя.
В преобразователе используется фильтр верхних частот 2 не менее, чем второго порядка.
вх
1
1
Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 1, на выходе которого формируется напряжение u (фиг. 2). Фильтр верхних частот 2, имеющий частоту среза 72 Гц, пропускает основную (100 Гц) и высшие гармоники выпрямленного напряжения u, подавляя постоянную составляющую. В сумматоре 3 выходное напряжение фильтра верхних частот 2 вычитается из выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя 1, в результате чего на выходе сумматора 3 формируется постоянное напряжение практически не содержащее переменной составляющей.
3
вых
вых
вх
Сглаживающий фильтр 4 сглаживает незначительные пульсации напряжения u на выходе сумматора 3, обусловленные неидеальностью фильтра верхних частот 2. В результате на выходе преобразователя формирует выходное напряжение преобразователя u, пропорциональное действующему значению входного U=0,9U.
Введение в преобразователь фильтра верхних частот 2 и сумматора 3 приводит к тому, что сглаживающий фильтр 4 данного преобразователя подавляет незначительные пульсации 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 преобразователя путем уменьшения постоянной времени сглаживающего фильтра 4 можно добиться использованием фильтра верхних частот 2 более высокого порядка.
При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве фильтра верхних частот 2 можно использовать фильтр второго порядка Саллена-Кея (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 117, рис. 6.18). Сумматор 3 представляет собой обычный параллельный сумматор на операционном усилителе.