SU742813A1 - Non-sinusoidal voltage effective value-to-frequency converter - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмеритель ной технике и может быть использовано дл  преобразовани  действующего значени  несинусоидального напр жени  или тока в пропорциональное значение частоты периодического напр же1ш . Известны преобразователи действующего значени  переменного напр жени  в частоту, вьшолиениые на основе одного квадратичного преобразовател  с периодическим переключением преобразуемого напр жени  (тока) и напр  женил цепи обратной св зи на его входе 1 . Однако такие устройства  вл ютс  малочув ствительными. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  преобразователь действующего значени  несинусоидального напр жени  в частоту, содержащий точный инерционный преобразователь, состо щий из последовательно включенЩ)1Х переключател , термопреобразовател , усилител , синхронного детек тора, цепь управлени  которого и цепь управлени  переключател  соединены с генератором низкой частоты, быстродействующий грубый линейный преобразователь действующего значени  переменного напр жени  в посто нное, выход которого, так же как и выход точного инерционного преобразовател , подсоединен к входам сумматора, преобразователь посто нного напр жени  в частоту и обратный преобразователь частоты в напр жение 2. Недостатком этих устройств  вл етс  малое быстродействие из-за низкой частоты переключени  (0,5-1 Гц), что обусловлено большой тепловой инерционностью электротепловых преобразователей. Кроме того, в замкнутых схемах преобразовани , в которых реализуетс  глубока  отрицательна  обратна  св зь, существенно понижена результирующа  ч)твствительность 11реобразова1ш . Поэтому известные устройства при своей высокой точности не могут быть использованы дл  преобразовани  быстро . мен ющихс  величин в высокочувствительных информащюнно-измерительных системах . Цель изобретени  - повышение чувствительности преобразователей несинусоидальных па3 . 7 пр жений и токов в частоту при сохранении высокой точности преобразовани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе действующего значени  несинусоидального напр жени  в частоту, содержащем точный инерционный преобразователь, состо щий из последовательно включенных переключател , термопреобразовател , усилител , синхро1шого детектора, цепь управлени  которого и цепь управлени  переключател  соединены с генератором низкой частоты, быстродействующий грубый линейный преобразователь действующего значени  переменного напр жени в посто нное, выход которого, также как и выход точного инерционного преобразовател , подсоединены к входам сумматора, преобразователь посто нного напр жени  в частоту и об ратный преобразователь частоты в напр жение, к выходу сумматора подключен преобразователь посто нного напр жени  в частоту, выход на  клемма которого соединена через обратны преобразователь частоты в напр жение с первы входом переключател ; второй вход которого св зан с входной клеммой устройства и входом быстродействующего грубого ;шнейного преобразовател . Изобретение по сн етс  чертежом, где приведена функциональна  схема устройства. Устройство содержит переключатель 1, низкочастотный генератор 2, термопреобразователь 3, усилитель низкой частоты 4, синхронный детектор 5, сумматор 6, квадратичный преобразователь 7, усилитель 8 посто нного тока, корнеизвлекающа  схема 9, преобразователь 10 посто нного напр же{ш  в частоту, обратный преобразователь 11 частоты в напр же1ше , делитель 12 посто нного напр жени , точный инерционный преобразователь 13, быст родействующий грубый линейный преобразователь 14. Преобразуемое напр жение Uj и выходное напр жение обратного преобразовател  U2 поступают на переключатель 1, который управл  етс  низкочастотным генератором 2. При непр рывной работе переключател  с частотой, значительно меньщей частоты преобразуемого напр жени , на выходе термопреобразовател  3 по вл етс  переменна  составл юща  частоты коммутации. Амплитуда этого напр жени  пропорциональна разности квадратов напр жений Ui и Uj. Напр жение частоты коммутации усиливает с  усилителем 4 и выпр мл етс  синхронным детектором 5. Вьшр мленное напр жение Uj Si (Uf - иЬ, где Si - крутизна преобразовани  одноканал ного тракта сравнени  1-5, поступает с выхода преобразовател  13 на один вход сумматора 6. А На второй вход сумматора воздействует выходное напр жение линейного преобразовател  14 действующего значени , выполнешюго, например в виде последовательно соединенных квадратора 7, усилител  8 и корнеизвлекающей схемы 9. Поэтому выходное напр жение линейного преобразовател  U4 SjUi, где Si - крутизна его преобразовани  по действующему значению. Суммарное напр жение Us Us + U4 возействует на преобразователь 10 посто нного наир и ени  в частоту, f 83 (Us + U4), где Sj - крутизна преобразова{ш  частотного преобразовател . С помощью обратного преобразовател  11 значение выходной частоты преобразуетс  в напр ение Uj S4f, где 84 - крутизна обратного преобразовател . При достаточно больщой крутизне преобразовани  одноканального тракта сравнени  ( автоматически происходит выравнивание мощностей , вьщел юи.(ихс  в нагревателе термопреобразовател  3. Таким образом ( kiUi) (k2Uj) (kS4f)Hnnf Ugj где и - действующее значение преобразуемого - напр жени . Дл  повышени  чувствительности и быстродействи  всего преобразовател  крутизна обратного преобразова1Л1  выбираетс  из услови  84 . В этом случае выходна  частота f kSaSsU , а сравниваемые напр жени  равны (Uj UQ ). При отклонении крутизны преобразоваш   линейного преобразовател  напр жени  Sa и частотного преобразовател  БЗ от номинальных значений нарушаетс  равенство сравниваемых напр жений (У Ua). Разностное напр жение Us восстанавливает первонашльное значение частоты f, соответствующее действующему значению преобразуемого напр жени  U . Так как коммутациошюе преобразование осуществл етс  только в канале преобразовани  погрещности, то быстродействие всего преобразовател  в основном определ етс  неточным , но быстродействующим линейным преобразователем 7, 8, 9. Чувствительность преобразовани  может быть высокой, гак как отрицательна  обратна  св зь действует по norpeijuности преобразовани , а не по преобразуемой величине. При сил;ли 1Х искажени х формы преобразуемого напр жени  возникает дополнительна  погрешность из-за огранлченной полосы пропускани  быстродействующего линейного пре57The invention relates to an electrical measuring technique and can be used to convert the actual value of a non-sinusoidal voltage or current into a proportional value of the frequency of the periodic voltage. Transformers of the effective value of alternating voltage to frequency are known, which are based on a single quadratic converter with periodic switching of the transformed voltage (current) and the voltage of the feedback circuit at its input 1. However, such devices are not very sensitive. The closest in technical essence to the present invention is a non-sinusoidal voltage-to-frequency current transducer containing a precise inertial transducer consisting of a series of switch, thermal converter, amplifier, synchronous detector, the control circuit of which and the switch control circuit are connected to the generator low frequency, high-speed coarse linear transducer of the effective value of alternating voltage to constant, the output of which is also e, as well as the output of a precise inertial converter, is connected to the inputs of the adder, a constant voltage to frequency converter and an inverse frequency converter to voltage 2. The disadvantage of these devices is low speed due to low switching frequency (0.5-1 Hz) , due to the large thermal inertia of electrothermal converters. In addition, in closed transformation circuits, in which deep negative feedback is realized, the resultant resistivity of the transform-1W is significantly reduced. Therefore, the known devices, with their high precision, cannot be used to convert quickly. varying values in highly sensitive information measuring systems. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of transducers of non-sinusoidal pa3. 7 voltages and currents to frequency while maintaining high accuracy of conversion. The goal is achieved by the fact that in the transducer of the current value of non-sinusoidal voltage to frequency, contains an accurate inertial converter consisting of a series-connected switch, thermal converter, amplifier, synchronous detector, the control circuit of which and the control circuit of the switch are connected to a low-frequency generator, high-speed coarse linear transducer of the effective value of alternating voltage to constant, the output of which, as well as the output of the exact inertia The converter is connected to the inputs of the adder, the converter of direct voltage to frequency and the reverse converter of frequency to voltage, the output of the converter of direct voltage to frequency is connected to the output of the adder, the output to the terminal of which is connected through the reverse frequency converter to voltage from the first switch input; the second input of which is connected to the input terminal of the device and the input of the fast-acting coarse; a linear converter. The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the device. The device contains a switch 1, a low-frequency generator 2, a thermal converter 3, a low-frequency amplifier 4, a synchronous detector 5, an adder 6, a quadratic converter 7, an amplifier 8 of direct current, a root-extraction circuit 9, a constant-voltage converter 10 w / w, reverse frequency converter 11 in voltage, constant voltage divider 12, precise inertial converter 13, fast coarse linear converter 14. Convertible voltage Uj and output voltage inverse transducer L U2 is fed to switch 1, which is controlled by a low-frequency generator 2. When the switch is operated continuously with a frequency much lower than the frequency of the voltage being converted, a variable frequency component appears at the output of the thermal converter 3. The amplitude of this voltage is proportional to the difference of the squares of the voltages Ui and Uj. The switching frequency voltage amplifies with amplifier 4 and is rectified by synchronous detector 5. The maximum voltage Uj Si (Uf - ib, where Si is the steepness of the single-channel conversion of the comparison path 1-5, comes from the output of the converter 13 to one input of the adder 6 And the second input of the adder is affected by the output voltage of the linear converter 14 of the effective value, performed, for example, in the form of series-connected quadr 7, amplifier 8 and root-extracting circuit 9. Therefore, the output voltage of the linear converter U4 SjUi, where Si is the steepness of its conversion by the effective value. The total voltage Us Us + U4 affects the constant-frequency converter 10 to frequency, f 83 (Us + U4), where Sj is the slope of the frequency converter. using the inverter 11, the output frequency is converted to the voltage Uj S4f, where 84 is the steepness of the inverter. With a sufficiently large slope the conversion of the single-channel comparison path (the power leveling occurs automatically, and the heater is 3. Thus the forming (kiUi) (k2Uj) (kS4f) Hnnf Ugj where - the converted RMS value - voltage. To increase the sensitivity and speed of the entire transducer, the steepness of the inverse transform L1 is selected from condition 84. In this case, the output frequency is f kSaSsU, and the compared voltages are equal (Uj UQ). When the deviation of the slope of the linear voltage converter Sa and the frequency converter of the BR from the nominal values is violated, the equality of the compared voltages (U Ua) is violated. The difference voltage Us restores the initial value of the frequency f corresponding to the actual value of the voltage U to be converted. Since the switching conversion is performed only in the error conversion channel, the speed of the entire converter is mainly determined by an inaccurate, but fast-acting linear converter 7, 8, 9. The sensitivity of the conversion can be high, so the negative feedback acts according to the norm of conversion, not by convertible value. With forces, whether 1X distortions of the shape of the voltage being converted, an additional error arises due to the limited passband of the high-speed linear transducer.

образовател , например преобразовател , с квадратором и корнеизвлекающей схемой на полупроводниковых диодах. Однако одноканальна  схема сравнени  вырабатьшает корректирующее напр жение Ua, которое восстанавливает номинальное значение крутизны преобразовани a generator, for example a converter, with a quad and a root-extracting circuit on semiconductor diodes. However, a single-channel comparison circuit generates a correction voltage Ua that restores the nominal value of the conversion slope.

SjSs - по действующему значениюSjSs - according to the effective value

S4S4

преобразуемого напр жени .convertible voltage.

В р де случаев схему преобразовател  можно существенно упростить. Так крутизна преобразовани  посто нного напр жени  в частоту Зз может быть стабилизированна местной отрицательной обратной св зью. Поэтому высока  точность всего преобразовани  обеспечиваетс  при стабилизации крутизны преобразовани  только быстродействующего линейного преобразовател  $2. Дл  этого в схему преобразовател  дополнительно вводитс  делитель 12 посто нного напр жени , входом подключенный к выходу сумматора 6. Выход делител  напр жени  соединен с одним из входов автоматического переключател  (входом со стороны цепи обратной св зи).In some cases, the converter circuit can be significantly simplified. Thus, the steepness of the conversion of the DC voltage to the frequency of the CC can be stabilized by local negative feedback. Therefore, the high accuracy of the entire conversion is provided by stabilizing the conversion steepness of only the high-speed linear converter $ 2. To do this, a DC voltage divider 12 is additionally introduced into the converter circuit, the input connected to the output of the adder 6. The output of the voltage divider is connected to one of the inputs of the automatic switch (input from the feedback circuit side).

Коэффициент делени  делител  напр жени  12 Krt выбираетс  равным номинальному значению крутизны преобразовани  быстродействующего линейного преобразовател  (1(). В этом случае U2 - UThe division factor of the voltage divider 12 Krt is chosen equal to the nominal value of the conversion slope of the high-speed linear converter (1 (). In this case, U2 - U

Sa Kg Sa kg

и разностное напр жение Us Отсутствует ().and differential voltage Us Missing ().

При изменении Sj нарушаетс  равенство коммутируемых напр жений по действующему значению и вырабатьгоаетс  разностное напр женке Us, которое автоматически компенсирует погрешность преобразовани  переменного напр жени  в посто нное. При использовании стабильного частотного преобразовател  10 надобность в обратном преобразователе 11 (преобра36When Sj is changed, the equality of the switched voltages is violated by the effective value and a differential voltage Us is generated, which automatically compensates for the error in converting the alternating voltage to a constant. When using a stable frequency converter 10, there is a need for an inverter 11 (converter

зовагеле частопл в действуюшсе зиаи-ннс- напр жени ) отпадает.Zovagele Chastopl in acting Ziai-Nns-voltage) disappears.

Claims (2)

1.Догановский С. А. Устройства запаздывани  и их применение в автоматических системах . М., Мапшностроение, 1966, с. 266.1. Doganovsky S. A. Delay devices and their application in automatic systems. M., Mapshnostroenie, 1966, p. 266. 2.Авторское свидетельство СССР № 238003, кл. G 01 R 19/18, 1968.2. USSR author's certificate number 238003, cl. G 01 R 19/18, 1968. Ш ЩW u