Спосіб відтворення синусоїдної напруги

Спосіб відтворення синусоїдної напруги, згідно з яким, формують синусоїдну напругу 3 56085 рення [1]. Їх недолік - низька точність, або висока похибка відтворення синусоїдної напруги. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб відтворення синусоїдної напруги [2], згідно з якими формують синусоїдну напругу u t , амплітуда якої пропорційна керуючому коду NU , і m заданому значенню Um0 . Недоліком відомого способу відтворення синусоїдної напруги є те, що середньоквадратичне значення відтворюваної напруги, яке розраховують, залежить від її спектрального складу (від коефіцієнту гармонік синусоїдної напруги u t ). В основу корисної моделі покладено задачу підвищення точності відтворення синусоїдної напруги за рахунок врахування вищих гармонік при розрахунку середньоквадратичного значення синусоїдної напруги. Поставлена задача вирішується тим, що в способі відтворення синусоїдної напруги, згідно з яким формують синусоїдну напругу N ut Un sin 2 nf1t n , середньоквадратичне n 1 значення якої приблизно відповідає керуючому коду NU , вимірюють частоту f1 синусоїдної напруги u t , результат вимірювання якої f1 фіксують (запам'ятовують), формують опорну постійну напругу позитивної полярності UO1 та опорну постійну напругу негативної полярності UO1 , які вимірюють і результати вимірювання яких UO1 , UO1 фіксують, послідовно порівнюють синусоїдну напругу u t з опорними постійними напругами UO1 , UO1 , формують сигнали, які відображають співвідношення між розмірами цих напруг висновком «більше» і вимірюють тривалість T1 , T1 сигналів, які відповідають відображенню співвідношення між розмірами порівнюваних напруг висновком «більше», результати вимірювання яких T1 , T1 фіксують, новим є те, що додатково формують 2 N 1 опорних постійних напруг позитивної полярності UOn n 2,3 2 N 1 (де N - чис ло вищих гармонік, які доцільно враховувати в спектрі відтворюваної напруги), додатково формують 2 N 1 опорних постійних напруг негативної полярності UOn n 2,3 2 N 1 , які вимірюють і результат їх вимірювання UOn , UOn фіксують, послідовно порівнюють синусоїдну напругу u t з опорними постійними напругами UOn , UOn , формують сигнали, які відображають співвідношення між розмірами цих напруг висновком «більше» і вимірюють тривалість Tn n 2,3 2 N 1 , Tn n 2,3 2 N 1 сигналів, які від повідають відображенню співвідношення між роз 4 мірами порівнюваних напруг висновком «більше», результати вимірювання яких Tn , Tn фіксують, а середньоквадратичне значення U відтворюваної напруги u t розраховують за формулою U 1 N 2 Un , 2n 1 де амплітудне значення Un кожної n-ї гармоніки знаходять шляхом розв'язання системи рівнянь F f1, T1 F f1, T2 F f1, T1 F f1, T2 UO1 UO2 UO1 UO2 F f1, T3 F f1, T3 UO3 UO3  F f1, T2 N 1 F f1, T2 N 1 UO 2 N 1 UO 2 N 1 де F - функціонал, вид якого залежить від кількості N вищих гармонік, які враховується в спектрі відтворюваної напруги u t (або від номеру n вищої гармоніки, яку враховують в спектрі відтворюваної напруги u t ). Точність відтворення синусоїдної напруги при здійсненні корисної моделі вище, ніж у найближчого аналога, за рахунок того, що середньоквадратичне значення U синусоїдної напруги u t , яке розраховують, враховує вищі гармоніки в спектрі синусоїдної напруги u t . Суть корисної моделі пояснюється ілюстраціями на Фіг.1-2. Де на Фіг.1 наведено структурну схему пристрою, де 1 - джерело опорної постійної напруги; 2,3 - цифро аналоговий перетворювач; 4 фільтр нижніх частот; 5 - компаратор; 6 - цифровий частотомір; 7 - цифровий вольтметр напруги постійного струму; 8 - контролер; на Фіг.2 зображено результати моделювання похибки обчислення середньоквадратичного значення змінної напруги u t за виразом (2) (тобто відповідно до способу, який заявляється) та за виразом (4) (тобто відповідно до відомого способу). Спосіб здійснюється наступним чином: синусоїдну напругу u t формують за допомогою цифро аналогового перетворювача 2 (наприклад, мікросхема типу AD760 фірми Analog Devices), до входу якого підключено джерело опорної напруги 1 (наприклад типу AD797 фірми Analog Devices), та фільтру нижніх частот 4 (наприклад, активного фільтру Батерворта другого порядку на операційному підсилювачу типу AD797 фірми Analog Devices). Опорні напруги постійного струму UOn, UOn n 1,2 2 N 1 позитивної та негативної полярності формують за допомогою цифро аналогового перетворювача 3 (наприклад, мікросхема типу AD760 фірми Analog Devices), які вимірюють за допомогою цифрового вольтметра постійної напруги 7 (наприклад - за допомогою мультіметра типу НР3458А фірми Hewlett Packard в режимі вимірювань постійної напруги). Порівняння синусоїдної напруги u t з опорними напругами постійного 5 струму UOn, UOn 56085 n 1,2 2 N 1 позитивної та нега тивної полярності здійснюють за допомогою компаратору 5 (наприклад, мікросхема типу AD790 фірми Analog Devices). Тривалість Tn , Tn n 1,2,3 2 N 1 сигналів, які відповідають відображенню співвідношення між розмірами порівнюваних напруг висновком «більше», тобто тривалість імпульсів на виході компаратору, вимірюють за допомогою частотоміру 6 (наприклад, типу 43-64/1), за допомогою якого вимірюють також частоту f1 синусоїдної напруги u t , оскільки частота імпульсів на виході компаратора 5 дорівнює частоті синусоїдної напруги на виході фільтру нижніх частот 4. Середньоквадратичне значення U синусоїдної напруги u t обчислюють за допомогою контролера 8 (наприклад, мікропроцесорний контролер з інтерфейсом каналу загального користування та інтерфейсом SPI): 1 N 2 Un , (1) 2n 1 U ки. Похибка обчислення середньоквадратичного значення змінної напруги u t за виразом (1) (тобто відповідно до способу, який заявляється) визначається формулою: U UI , (2) UI 1 N 2 Un - істинне середньоквадрати2n 1 чне значення змінної напруги u t . Відповідно до відомого способу [2] середньоквадратичне значення змінної напруги u t розраховують за формулою: UB UO1 2 cos 2 f1T1 ня частоти змінної напруги u t ; T1 , T1 - результати вимірювання інтервалі часу, які виникають при порівнянні змінної напруги u t з постійною опорною напругою позитивної полярності UO1 та постійною опорною напругою негативної полярності UO1 . Похибка обчислення середньоквадратичного значення змінної напруги u t за виразом (3) (тобто відповідно до відомого способу) визначається формулою: UB UI . (4) UI На Фіг.2 наведено результати моделювання похибки обчислення середньоквадратичного значення змінної напруги u t за виразом (2) (тобто відповідно до способу, який заявляється) та (4) (тобто відповідно до відомого способу) в залежності від фазового зсуву 3-ої гармоніки відносно першої в діапазоні від 0 до -360 за умови, що амB плітуда 1-ої гармоніки U1 де амплітудне значення Un кожної n-ї гармоні де UI 6 UO1 , (3) cos 2 f1T1 де UO1 , UO1 - результати вимірювання постійних опорних напруг позитивної полярності UO1 та негативної полярності UO1 - результат вимірюван 2 В, амплітуда 3-ої гармоніки U3 10 4 2 В (похибку вимірюють в ppm - безрозмірна одиниця, яка використовується при прецизійних вимірюваннях: 1 ррm=10-6). Для наочності масштаб похибки обчислення середньоквадратичного значення змінної напруги u t відповідно до способу, що заявляється, збільшено в 103 раз. На основі результатів проведених досліджень можна стверджувати, що спосіб відтворення синусоїдної напруги, який заявляється, дозволяє на три порядки підвищити точність (на три порядки зменшити похибку) відтворення синусоїдної напруги у порівнянні з відомим способом. Джерела інформації: 1. Ройтман М.С. Многозначные меры переменного напряжения. - Известия Томского политехнического института, 1973., т.270, с.3-14. 2. Деклараційний патент України на корисну модель 30988 А, МПК G01R17/02. Опубл. 15.12.2000. Бюл. №7-11. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 56085 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601