Устройство для измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами

Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной техники и может быть использовано для определения фазового сдвига между синусоидальными сигналами одинаковой частоты в цепях переменного тока при диагностике работоспособности электротехнических и электромеханических систем и устройств. Устройство для измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами в цепях переменного тока снабжено первым и вторым устройствами выборки и хранения, входы которых подключены к входным шинам. Выход первого устройства выборки-хранения связан с третьим устройством выборки-хранения и с первым сумматором. Выход второго устройства выборки-хранения связан с четвертым устройством выборки-хранения и с вторым сумматором. Выход третьего устройства выборки-хранения связан с инвертором, выход которого соединен с первым сумматором. Выход четвертого устройства выборки-хранения подключен к второму сумматору. Выходы первого и второго сумматоров связаны с первым перемножителем, который через интегратор соединен с перемножителем-делителем. Выходы тактового генератора подключены к входам первого, второго, третьего и четвертого устройств выборки-хранения. Входы второго перемножителя подключены к входным шинам, а его выход связан со вторым интегратором, выход которого подключен к

перемножителю-делителю. Технический результат: создано устройство, позволяющее измерять значение фазового сдвига между синусоидальными сигналами одинаковой частоты в цепях переменного тока, не обязательно принадлежащих одной и той же цепи или даже одному устройству.

Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной техники, и может быть использовано для определения фазового сдвига между синусоидальными сигналами одинаковой частоты в цепях переменного тока при диагностике работоспособности электротехнических и электромеханических систем и устройств.

Задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего измерять значение фазового сдвига между синусоидальными сигналами одинаковой частоты в цепях переменного тока, не обязательно принадлежащих одной и той же цепи или даже одному устройству.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения значения фазового сдвига между синусоидальными сигналами в цепях переменного тока, согласно полезной модели, содержит первое и второе устройства выборки и хранения, входы которых подключены к входным шинам. При этом выход первого устройства выборки-хранения подключен к входу третьего устройства выборки-хранения и к входу первого сумматора, а выход второго устройства выборки-хранения подключен к входу четвертого устройства выборки-хранения и к входу второго сумматора. Кроме того, выход третьего устройства выборки-хранения подключен к входу инвертора, выход которого соединен с входом первого

сумматора. Выход четвертого устройства выборки-хранения подключен к входу второго сумматора. Выходы первого и второго сумматоров связаны с входами первого перемножителя, который через интегратор связан с перемножителем-делителем. А выходы тактового генератора подключены к входам первого, второго, третьего и четвертого устройства выборки-хранения. Входы второго перемножителя подключены к входным шинам, а его выход к входу второго интегратора, выход которого подключен к входу перемножителя-делителя.

Известна теорема Телледжена о квазимощности между любыми двумя синусоидальными сигналами, которые необязательно существуют в цепи одно и то же время и необязательно связаны одной зоной цепи [П.Пенфилд и др. Энергетическая теория электрических цепей / П.Пенфилд, Р.Спенс, С.Дюинкер. - М.: Энергия, 1974. - 152 с.] Также известно, что реактивная мощность может быть определена согласно методике О.А.Маевского [Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. - М.: Энергия, 1978. - 320 с.] по выражению

где F_ВАХ - площадь вольт-амперной характеристики для исследуемых сигналов, найденная в данном случае по формуле для определения площади многоугольника, заданного координатами концов отрезков

[Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся Втузов. - М.: Наука, 1980. - 976 с.]

подставив формулу (2) в формулу (1) получим формулу для вычисления реактивной квазимощности по Маевскому

Активная (средняя за период) квазимощность может быть определена по выражению

Авторами экспериментально установлено, что выражение (3) справедливо для вычисления реактивной квазимощности

, a выражение (4) - для вычисления активной квазимощности , тогда согласно треугольнику мощностей можно найти tgab, как

поэтому способ определения сдвига фаз обладает рядом преимуществ, в частности нет необходимости отфильтровывать сигналы от постоянной составляющей и сдвигать сигналы по фазе на определенный угол. Относительная погрешность при определении сдвига фаз в среднем составляет 0,24%.

Устройство (фиг.1), включает в себя первое устройство выборки-хранения 1 (УВХ 1), второе устройство выборки-хранения 2 (УВХ 2), третье устройство выборки-хранения 3 (УВХ 3), четвертое устройство выборки-хранения 4 (УВХ 4), инвертор 5, первый сумматор 6 (Сумматор 1), второй сумматор 7 (Сумматор 2), первый перемножитель 8 (Перемножитель 1), первый интегратор 9 (Интегратор 1), перемножитель-делитель 10 (Перемножитель-делитель), тактовый генератор 11 (ТГ), второй перемножитель 12 (Перемножитель 2), второй интегратор 13 (Интегратор 2).

Входные шины устройства подключены к входам устройств выборки-хранения: первого 1 (УВХ 1) и второго 2 (УВХ 2), а выходы которых - к входам третьего 3 (УВХ 3), четвертого 4 (УВХ 4) устройств выборки-хранения и к входам первого 6 и второго 7 сумматоров. Вход третьего устройства выборки-хранения 3 (УВХ 3) подключен к входу инвертора 5, выход которого соединен с входом первого сумматора 6. Выход четвертого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 4) подключен к входу второго сумматора 7. Выходы первого 6 и второго 7 сумматоров

связаны с входами первого перемножителя 8, выход которого соединен с входом первого интегратора 9. Выход первого интегратора 9 связан с входом перемножителя-делителя 10. Выходы тактового генератора 11 связаны с входами управления первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 устройств выборки-хранения. Входы второго 12 перемножителя подключены к входным шинам, а его выход к входу второго интегратора 13. Выход второго интегратора 13 подключен к множительному входу перемножителя-делителя 10.

Первое 1, второе 2, третье 3 и четвертое 4 устройства выборки-хранения могут быть реализованы на микросхемах 1100СК2. Инвертор 5 может быть реализован на микросхеме 140УД17А. Первый 6 второй 7, сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях 140УД17А. В качестве перемножителей 8, 12 и перемножителя-делителя 10 может быть использована микросхема 525ПСЗ. Интеграторы 9 и 13 могут быть реализованы на операционном усилителе 140УД17А. Тактовый генератор 11 может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Устройство работает следующим образом. На вход первого УВХ 1 поступает сигнал пропорциональный первому синусоидальному сигналу a(tj), а на вход второго УВХ 2 сигнал пропорциональный второму синусоидальному сигналу b(tj). В эти блоки записываются и хранятся текущие значение a(tj) и b(tj), которые по следующему сигналу переписываются в блоки 3, 4 и становятся предыдущими значениями. На

выходе сумматора 6 получается сигнал равный разности текущего и предыдущего значений сигнала a(tj), а на выходе 7 сумма текущего и предыдущего значений сигнала b(tj). В блоке 8 эти сигналы перемножаются и подаются на интегратор 9, на выходе которого получается сигнал пропорциональный реактивной квазимощности , который поступает на вход перемножителя-делителя 10. В тоже время входные сигналы поступают на второй перемножитель 12, на выходе которого получается сигнал мгновенной мощности , который подается на вход второго интегратора 13. На выходе второго интегратора 13 получается сигнал, равный активной квазимощности , который подается на вход перемножителя-делителя 10. На выходе блока 10 получается значение пропорциональное фазе между входными сигналами .

Полезная модель позволяет измерять значение сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами не обязательно принадлежащих одной цепи или одному устройству.

Устройство для измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами в цепях переменного тока, отличающееся тем, что оно снабжено первым и вторым устройствами выборки и хранения, входы которых подключены к входным шинам, при этом выход первого устройства выборки-хранения связан с третьим устройством выборки-хранения и с первым сумматором, а выход второго устройства выборки-хранения связан с четвертым устройством выборки-хранения и с вторым сумматором, кроме того, выход третьего устройства выборки-хранения связан с инвертором, выход которого соединен с первым сумматором, а выход четвертого устройства выборки-хранения подключен к второму сумматору, причем выходы первого и второго сумматоров связаны с первым перемножителем, который через интегратор соединен с перемножителем-делителем, а выходы тактового генератора подключены к входам первого, второго, третьего и четвертого устройств выборки-хранения, при этом входы второго перемножителя подключены к входным шинам, а его выход связан со вторым интегратором, выход которого подключен к перемножителю-делителю.