Układ mnożący wartości skuteczne sygnałów elektrycznych

Wynalazek dotyczy układu mnożącego wartości skuteczne sygnałów elektrycznych, który znajduje zastosowanie w technice pomiarów elektrycznych, zwłaszcza jako przetwornik mocy prądu przemiennego. Z artykułu C.Szczepaniaka pt. ,,Aparatura uniwersalnego systemu pomiarów USP", zamieszczonego w,,Pracach Instytutu Elektrotechniki", zeszyt nr 59/1969, str. 105—128, znany jest przetwornik mocy czynnej prądu przemiennego, którego układ pomiarowy realizuje mnożenie wartości prądu i napięcia. Przetwornik zawiera prostownik fazoczuły pracujący w układzie Waltera, który jest zbudowany z dwóch diod

Prostownikowych, z dwóch rezystorów i z wtórnych uzwojeń transformatora napięciowego. W środkowej gałęzi prostownika fazoczułego jest włączony kwadrator, oraz rezystor połączony z wtórnym uzwojeniem transformatora prądowego. Zasada pomiaru mocy przetwornika polega na podniesieniu do drugiej potęgi sumy i różnicy dwóch napięć, a następnie na uzyskaniu różnicy tych wartości, przy czym jedno napięcie jest proporcjonalne do napięcia zasilającego uzwojenie pierwotne transformatora napięciowego, a drugie napięcie jest proporcjonalne do prądu zasilającego uzwojenie pierwotne transformatora prądowego.. Sygnałem wyjściowym układu pomiarowego przetwornika jest napięcie prądu pulsującego, będącego różnicą spadków napięć na rezystorach prostownika fazoczułego, które jest proporcjonalne do iloczynu wartości skutecznych prądu i napięcia, zasilających pierwotne uzwojenia transformatorów. Wartość błędu metody układu pomiarowego przetwornika jest uzależniona od ilorazu wartości skutecznych wielkości wejściowych i przesunięcia fazowego

między nimi. Wartość błędu jest tym większa, im przesunięcie fazowe jest większe i im iloraz napięcia wejściowego do prądu jest większy. Ogranicza to znacznie zakres zastosowań przetwornika, oraz uniemożliwia wykorzystanie go jako układu mnożącego dowolne sygnały elektryczne. Przedmiotem wynalazku jest układ mnożący wartości skuteczne sygnałów elektrycznych, składający się z jednopołówkowego prostownika fazoczułego zbudowanego na diodach, w którego gałąź środkową jest włączony kwadrator. v

Istota wynalazku polega na wyposażeniu układu w dwa komparatory napięć, których wyjścia są połączone z wejściami funktora iloczynu logicznego, a wejście jednego komparatora jest włączone między anodę jednej 2 100 265 diody prostownika fazoczułego a kwadrator, zaś wejście drugiego komparatora jest włączone między anodę drugiej diody prostownika fazoczułego a kwadrator. Sygnał wyjściowy funktora iloczynu logicznego poprzez

człon formująco-separujacy steruje kluczem tranzystorowym, który jest włączony w obwód wyjściowy prostownika fazoczułego. Układ według wynalazku realizuje automatyczne rozwieranie obwodu wyjściowego prostownika fazoczułego na czas równoczesnego przewodzenia obu diod, co powoduje kilkakrotne zmniejszenie wartości błędu metody. Wiąże się to z możliwością znacznego rozszerzenia zakresu zastosowań układu. Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu mnożącego skuteczne wartości napięcia i prądu przemiennego. Przykładowy układ według wynalazku składa się z prostownika fazoczułego pracującego w układzie Waltera, który jest zbudowany z dwóch prostownikowych diod 1, 2 dwóch rezystorów 3. 4, oraz z dwóch symetrycznych, wtórnych uzwojeń napięciowego transformatora 5. W gałęzi środkowej prostownika fazoczułego jest włączony kwadrator 6, który jest połączony szeregowo z pomocniczym rezystorem 7f zasilanym przez wtórne uzwojenie prądowego transformatora 8. Anoda pierwszej prostownikowej diody 1 jest połączona z nieodwracającym wejściem pierwszego komparatora 9 napięć, a anoda drugiej diody 2 jest połączona z nieodwracającym wejściem drugiego komparatora 10 napięć, zaś odwracające wejścia komparatorów 9, 10 .♦są połączone z wspólnym punktem połączeń kwadratora 6 i pomocniczego rezystora 7. Wyjścia komparatorów 9 10 napięć są połączone z wejściami funktora 11 iloczynu logicznego, którego wyjście poprzez formująco-separujący człon 12 jest połączone z tranzystorowym kluczem 13, włączonym w obwód wyjściowy prostownika fazoczułego. Formująco-separujący człon 12 składa się z inwertera 14, którego wyjście poprzez przerzutnik Schmitta 15 i wzmacniacz 16 jest połączone z uzwojeniem pierwotnym separującego transformatora 17. Wtórne uzwojenie transformatora 17 jest połączone poprzez układ 18 formujący impulsy prostokątne z bazami i emiterami tranzystorów klucza 13. Ogólna zasada działania układu według wynalazku polega na podniesieniu do drugiej potęgi sumy i różnicy dwóch napięć Ui iu2, a następnie na uzyskaniu różnicy tych wartości, przy czym jedno napięcie Ui jest proporcjonalne do wejściowego napięcia u, a drugie napięcie u2 jest proporcjonalne do wejściowego prądu i. W działaniu prostownika fazoczułego układu można wyróżnić trzy etapy. W pierwszym etapie przewodzi dioda 1, przez którą płynie prąd wywołany sumą dwóch napięć Ui +u2 . W drugim etapie, ze względu na przesunięcie fazowe pomiędzy napięciami Ui i u2 następuje zrównanie wartości chwilowych napięć Ui i u2 , co powoduje otwarcie drugiej diody 2. Równoczesne przewodzenie obu diod 1 i 2 trwa do momentu następnego zrównania się bezwzględnych wartości chwilowych napięć Ui iu2, po czym następuje trzeci etap działania, w którym

przewodzi tylko druga dioda 2. Prąd płynący przez nią jest wywołany różnicą napięć Ui—u2* W czasie gdy przewodzą obie diody 1, 2 na wejścia komparatorów 9, 10 są podawane napięcia, które na wyjściach komparatorów 9, 10 powodują występowanie sygnałów odpowiadających jedynkom logicznym. W wyniku tego na wyjściu funktora 11 iloczynu logicznego pojawia się sygnał, który za pośrednictwem formująco-separującego

Członu 12 otwiera tranzystorowy klucz 13. W czasie, gdy przewodzi tylko jedna z diod 1 lub 2, tranzystorowy klucz 13 pozostaje zamknięty. Dzięki temu w czasie, gdy przewodzą obie diody 1 i 2 wyjściowe napięcie UW układu wynosi zero, zaś, gdy przewodzi jedna z diod 1, 2, wyjściowe napięcie uw jest równe różnicy spadków napięć na rezystorach 3, 4 prostownika fazoczułego i jak wynika z matematycznej analizy układu jest ono proporcjonalne do iloczynu skutecznych wartości wejściowych wielkości u, i. Rozwieranie obwodu wyjściowego

prostownika fazoczułego na czas równoczesnego przewodzenia obu diod 1 i 2 zmniejsza kilkakrotnie błąd metody układu mnożącego.

Zastrzeżenie patentowe

Układ mnożący wartości skuteczne sygnałów elektrycznych, składający się z jednopołówkowego prostownika fazoczułego zbudowanego na diodach, w którego środkową gałąź jest włączony kwadrator, znamienny tym, że jest wyposażony w dwa komparatory napięć (9, 10), przy czym wejście jednego komparatora (9) jest włączone między kwadrator (6) a anodę jednej diody (1) prostownika fazoczułego, a wejście drugiego komparatora (10) jest włączone między kwadrator (6) a anodę drugiej diody (2) prostownika

Fazoczułego, natomiast wyjścia komparatorów napięć (9, 10) są połączone z wejściami funktora (11) iloczynu logicznego, zaś sygnał wyjściowy tego funktora (11) poprzez człon formująco-separujący (12), steruje kluczem tranzystorowym (13), który jest włączony w obwód wyjściowy prostownika fazoczułego.

---