Устройство для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения

ОП ИСАНИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез Советски кСоциалистическиеРеспублик и 922655(5). Кл.6 01 К 23/16 б 06 О 7/19 вЪаударствеиай комитет ао аелам изобретений и еткрмтий(71) Заявите на Ленина .энергетическ овский ор УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮШ ПЛИТУД И ФАЗНАПРЯЖЕНИЯ ле составляющих умматор, первыход которого Изобретение относится к аналоговойвычислительной технике и предназначенодля решения на аналоговой вычислительной машине либо на аналоговой моделезадач 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 моделипреобразовательной установки и ее нагрузки в ряде задач требуется большоеколичество блоков перемножения,Наиболее близким техническим решением является устройство для опредения амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения, содержащее интеграторы, сумматоры, весовые элемен 20ты, блоки умножения, ключевые устройства и генератор ортогональных импульсных напряжений 121. Это устройство обладает широкимифункциональными возможностями. Онопозволяет определять не только;амплитуды гармонических составляющих, нои их фазовые сдвиги, а также коэффициенты в разложение в ряд Уолша.Недостатком известного устройстваявляется сложность устройства за счетналичия специального генератора ортогональных прямоугольных напряжений,блоков перемНожения, большого количества ключей и недостаточная точность измерения, так как необходимая точностьизмерения достигается использованиемдостаточно большого количества ортогональных напряжений.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для определения амплитуд и фаз гармоническихнапряжения, содержащее свый ключ и второй ключ,подключен к входу интегратора, выход.2655 4напряжение О" (О, получаемое на выходе преобразователя 1, содержит те же гармоники, что и исследуемое напряжение О ;Ь), но действующее значение -ой гармоники на выходе звена 1 при конкретном значении параметра ьС=, сос- тавляет 10 О 30 Е О 1 Ы,. ОО 1 3 92которого является выходом устройства,введены функциональный преобразователь,выпрямитель, квадратор и генератор гармонического сигнала, выход которогосоединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которогоявляется первым управляющим входом устройства,выход первого ключа подключен кпервому входу сумматора, выход которогосоединен с входом функционального преобразователя, выход которого подключен квходу выпрямителя, выход которого соединен с входом.квадратора, выход которогоподключен к информационному входу второго ключа, управляющий вход которого является вторым управляющим входом уст-ройства, информационный вход которогосоединен с вторым входом сумматора.На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - блок-схема функционального преобразователя.Устройство содержит функциональныйпреобразователь 1, выпрямитель 2, квадратор 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 этимусловиям удовлетворяет целый ряд функций, например, сетевой ток зависимогомостового преобразователя, выходноенапряжение автономного инвертора токаи т.д.функциональный преобразователь должен удовлетворять следующим условиям.Преобразователь является линейным,т.е. его передаточная функция не зависитот амплитуды входного сигнала. Передаточная функция преобразователя зависит отчастоты входного сигнала, причем нелинейно.Передаточная функция нелинейно зависит от некоторого параметра регулирования, например от сфункциональный преобразователь 1полностью удовлетворяет этим условиям.Модуль его передаточной функции равен где О - действующее значение-ойгармоники напряжения О М,Устройство работает следующим образом.15После подключения преобразователя 1к источнику исследуемого напряжения О Ячерез сумматор 6 преобразователя начинается затухающий переходный "процесс.Спустя время, достаточное для завершения переходного процесса, один раз припомощи управляющего сигнала замыкаютключ 4 на время,равное периоду Т исследуемого напряжения. Измерив послеразмыкания ключа 4 напряжение на выходе интегратора 5, получают квадрат действующего значения Оьл напряженияхО Ж, так как по определению Поскольку квадрат действующегс значения переменного напряжения равенсумме квадратов действующих значений З 5 его гармонических составляющих, тосправедливо уравнениеЮю Т Т;Е ,О,Фй;с.( = ОЭ,В левой части этого уравнения можно ограничиться первыми Ь членамисуммы. Если аналогичные измеренияпроделать о раз, устанавливая передкаждым измерением новое значение параметра , то можно получить й значений Оа . Искомые амплитуды О,щ гармонических составляющих исследуемыхнапряжений 3 ф являются решением системы а линейных алгебраических уравнений50М,4 - .Я 7, к.Р 55 где Ш - круговая частота основной гармоники исследуемого напряжения. Л. О, МЯ сС =ОЪО,=ТОПриведенная методика является приближенной, так как основана на порехо92265де от бесконечного ряда к конечному, однако точность измерения можно получить высокую. Для оценки погрешности полученных значений необходимо ироде лать (о+1)-ое измерение и решить 5 систему (о+1) уравнений. В результате будет получена амплитуда ( о+1)-ой гармоники, а амплитуды первых о гармоник окажутся иными. Необходимо сравнить полученные результаты и если по грешность не превысит заданную, то н измерений можно считать достаточными.,Для определения фазового сдвига -Ой гармоники необходимо на выходе генератора 8 установить напряжение той 15 же частоты, что и ь -ая гармоника. Измерения проводятся по рассмотренной выше методике, но с тем отличием, что для каждого значения параметра с 6 проводится два измерения - при разомкнутом 20 и при замкнутом ключе 7. На основании этих измерений составляют две системы й уравнений (для каждого положе 1- ния ключа 7). Решение системы для разомкнутого состояния ключа 7 дает, как 25 и в предьщущих случаях, значения амплитуд гармоник. Систему для замкнутого состояния ключа 7 достаточно решить только для ь -ой гармоники, так как для остальных гармоник решения этих З 0 систем совпадают. Искомый фазовый сдвиг определяется по формулегде О - действующее значение напряжения генератора 8 (его величийа известна)3 40О - действующее значение ь -ойгармоники исследуемого напряжения (вычисляется приразомкнутом ключе 7);Оо- действующее значение суммы 45гармоник исследуемого напряжения и генератора 8 (вычисляется при замкнутом положении ключа 7); Оо.=Оп;+Оф- угол сдвига между-ми гармониками исследуемого напряжения и генератора 8.Для преобразовательной техники практический интерес представляет косинусВугла сдвига между Основными гармоника ми, значение которого получается непосредственно иэ представленной формулы. Для определения значения ск ри амплитуд и гармонических составляющих необходимо проделать всего 2 о 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 гармоникаформула изобретенияУстройство для. определения амплитуди фаз гармонических составляющих напряжения содержащее сумматор, первыйключ и второй ключ, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого является выходом устройства, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью.повышения точности в него введены функциональный преобразователь, выпрямитель,квадратор и генератор гармоническогосигнала, выход которого соединен с информационным входом первого ключа,управляющий вход которого является первым управляющим входом устройства,выход первого, ключа подключен к первомувходу сумматора, выход которого соединен с входом функциональногопреобразователя, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого соединенс входом квадратора, выход которогоподключен к информационному входу вто-рого ключа, управляющий вход которого,является вторым управляющим входомустройства, информационный вход которого соединен с вторым. входом сумматора,Источники . информации,принятые во внимание при экспертизе1. Харкевич А. А. Спектры и анализ.М., физматгиз, 1962, с. 111.2. Авторское свидетельство СССРМ 590764, кл. 6 06 0 7/19; 1975922655 г,ректорСиницкая хред А.Бабинец Козориз РедактоЗек 2 19 Пнного комитета СССетений и открытий5, Раушская наб., д. 4/5ек иаи 574/5 ВНИ