Устройство для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения

Патент 922655

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИИ 9226Ы

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски н

Социалистические

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.08.80 (21) 2973010/18-24 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 23. 04. 82. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 26.04,82 (51}М. Кл.

G 01 К 23/16 О 06 Е 7/19 Ъаударстеенный комитет ао аелам изобретений и еткрмтнй (5З) УДК 681.335 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. Г. Булатов, М. Л. Фраткина, Е. С. Агаф

Московский ордена Ленина .энергетическ (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД И ФАЗ

ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮШИХ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для решения на аналоговой вычислительной машине либо на аналоговой моделе задач преобразовательной техники.

Известно устройство, содержащее генератор синусоидальных и косинусоидальных напряжений с изменяемой частотой, два перемножителя и два интегратора .11.

Недостатком этого устройства является наличие в нем двух перемножителей.

Точность перемножителей ограничена, кроме того, для набора на АВМ модели преобразовательной установки и ее нагрузки в ряде задач требуется большое количество блоков перемножения, Наиболее близким техническим решением является устройство для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения, содержащее интеграторы, сумматоры, весовые элементы, блоки умножения, ключевые устройства и генератор ортогональных импульсных напряжений 123.

Это устройство обладает широкими функциональными возможностями. Оно позволяет определять не только;амплитуды гармонических составляющих, но и их фазовые сдвиги, а также коэффициенты в разложение в ряд Уолша.

Недостатком известного устройства является сложность устройства за счет наличия специального генератора ортогональных прямоугольных напряжений, блоков перемйожения, большого количества ключей и недостаточная точность измерения, так как необходимая точность измерения достигается использованием достаточно большого количества ортогональных напряжений.

Цель изобретения вЂ” упрощение устройства и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения ампли. туд и фаз гармонических составляющих напряжения, содержащее сумматор, первый ключ и второй ключ, выход которого подключен к входу интегратора, выход.

2655 4 напряжение 0 (.), получаемое на выходе преобразователя 1, содержит те же гармоники, что и исследуемое напряжение

U!+), но действующее значение L-oN гармоники на выходе звена 1 при конкретном значении параметра oL-= % составляет

u„= о„ъl (ы„,ж.,), t0

00= ) 30

Е ц!. (ы, .„) - 04

3 92 которого является выходом устройства, введены функциональный преобразователь, выпрямитель, квадратор и генератор гармокического сигнала, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого является первым управляющим входом устройства,выход первого ключа подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом.квадратора, выход которого подключен к информационному входу второго ключа, управляющий вход которого является вторым управляющим входом уст- ройства, информационный вход которого соединен с вторым входом сумматора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема функционального преобразователя.

Устройство содержит функциональный преобразователь 1, выпрямитель 2, квад» ратор 3, ключ 4, интегратор 5, сумматор 6, ключ 7, генератор 8 гармонического сигнала. функциональный преобразователь 1 содержит весовые потенциометры 9 и 10, интегратор 11 и масштабные усилители 12 и 13, Исследуемое напряжение должно удовлетворять следующим требованиям: отсутствие постоянной составляющей и известность частоты основной гармоники.

В преобразовательной технике этим условиям удовлетворяет целый ряд функций, например, сетевой ток зависимого мостового преобразователя, выходное напряжение автономного инвертора тока и т.д.

Функциональный преобразователь должен удовлетворять следующим условиям.

Преобразователь является линейным, т.е. его передаточная функция не зависит от амплитуды входного сигнала. Передаточ ная функция преобразователя зависит от частоты входного сигнала, причем нелинейно.

Передаточная функция нелинейно зависит от некоторого параметра регулирования, например от с

Функциональный преобразователь l полностью удовлетворяет этим условиям.

Модуль его передаточной функции равен где Ui - действующее значение L -oN гармоники напряжения 0 ®, Устройство работает следующим образом.

После подключения преобразователя l к источнику исследуемого напряжения UЯ через сумматор 6 преобразователя начинается затухающий переходный "процесс.

Спустя время, достаточное для заверше20 ния переходного процесса, один раз при помощи управляющего сигнала замыкают ключ 4 на время, равное периоду Т исследуемого напряжения. Измерив после размыкания ключа 4 напряжение на выхо25 де интегратора 5, получают квадрат действующего значения U>„напряжения

0 (t), так как по определению

Поскольку квадрат действующегс значения переменного напряжения равен сумме квадратов действующих значений

З5 его гармонических составляющих, то справедливо уравнение

Ю1> Т 2.

; Е0 Ф(й;,%()J =- О,, В левой части этого уравнения мож40 но ограничиться первыми h членами суммы. Если аналогичные измерения проделать и раз, устанавливая перед каждым измерением новое значение параметра *, то можно получить и ана45 чений Оа . Искомые амплитуды U,ù гар2 монических составляющих исследуемых напряжений U(a) являются решением системы и линейных алгебраических уравнений

Ж;м,к) - .вЂ” и

Я i I%<9

55 где Ш вЂ” круговая частота основной гармоники исследуемого напряжения. и И2мх(я; .С„ } =023

О щ = Т О

Приведенная методика является приближенной, так как основана на порехо9226

5 де от бесконечного ряда к конечному, однако точность измерения можно получить высокую. Для оценки погрешности полученных значений необходимо ироде. лать (> +1)-ое измерение и решить 5 систему (n+1) уравнений. В результате будет получена амплитуда (n+1)-ой гармоники, а амплитуды первых и гармоник окажутся иными. Необходимо сравнить полученные результаты и если погрешность не превысит заданную, то и измерений можно считать достаточными., Для определения фазового сдвига -ой гармоники необходимо на выходе генератора 8 установить напряжение той 1 же частоты, что и -ая гармоника. Измерения проводятся по рассмотренной выше методике, но с тем отличием, что для каждого значения параметра C проводится два измерения вЂ” при разомкнутом zo и при замкнутом ключе 7. На основании этих измерений составляют две системы п уравнений (для каждого положе1ния ключа 7). Решение системы для разомкнутого состояния ключа 7 дает, как 25 и в предыдуших случаях, значения амплитуд гармоник. Систему для замкнутого состояния ключа 7 достаточно решить только для ь -ой гармоники, так как для остальных гармоник решения этих щ систем совпадают. Искомый фазовый сдвиг определяется по формуле ! где Upi. вЂ” действующее значение напряжения генератора 8 (его величийа известна); 40

U вЂ” действующее значение ь -ой гармоники исследуемого напряжения (вычисляется при разомкнутом ключе 7);

Uo„- ДействУюшее значеыие сУммы 45 гармоник исследуемого напряжения и генератора 8 (вычисляется при замкнутом положении ключа 7 ); Uo:. = Vn, + U v; ф„- угол сдвига между i -ми гар- so мониками исследуемого напряжения и генератора 8.

Для преобразовательной техники практический интерес представляет косинус угла сдвига между основными гармоника55 ми, значение которого получается непосредственно иэ представленной формулы.

Для определения значения cow q„a амплитуд и гармонических составляющих необходимо проделать всего 2п измерений.

Предложенное устройство позволяет определить амплитуды гармоник более простыми аппаратурными средствами, поэтому оно проще в настройке и надежнее в работе. При решении задачи на АВМ такое устройство можно собрать из типовых решающих блоков машины.

Необходимое количество измерений не велико, так как в задачах преобразовательной техники амплитуды гармоник обычно обратно пропорциональны номеру гармоники.

Формула изобретения

Устройство для. определения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения, содержащее сумматор, первый ключ и второй ключ, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого является выходом устройства, о тл и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью. повышения точности в него введены функциональный преобразователь, выпрямитель, квадратор и генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого является первым управляющим входом устройства, выход первого, ключа подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом квадратора, выход которого подключен к информационному входу вто- рого ключа, управляющий вход которого. является вторым управляющим входом устройства, информационный вход которого соединен с вторым. входом сумматора.

Источники . информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Харкевич А. А. Спектры и анализ, М., Физматгиз, 1962, с. 111.

2. Авторское свидетельство СССР

М 590764, кл. G 06 0 7/19; .1975 (прототип).

Фиг.Z

Ренвкеор А. Коеорив ТЕХРЕН А.БВВННЕН . КОРРЕНЕОР 8, СНИИНКВН

Заказ 2574/59 ; Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4