Анализатор гармоник несинусоидальных напряжений

 

ОllИCAНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 25.Х1,1970 (№ 1498260/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 07.VI1.1972. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 29.VI I I, 1972

М. Кл. G 01г 19/00

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.322 (088.8) ВС1=СОЖ2Ндя

Il,;ÅÎßO-1с)(@ИЩД

БИБЛт(ОтЩд

Автор изобретения

О. К. Хомерики

Институт систем управления АН Грузинской ССР

Заявитель

АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ

НАП РЯ)КЕН И Й

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для гармонического анализа несинусоидальных периодических напряжений, в частности сигналов инфранизкой частоты, например, в акустике, автоматике и т. д.

Известное устройство для гармонического анализа несинусоидальных сигналов содержит ферромагнитное кольцо, датчик Холла и цилиндрический постоянный магнит.

Датчик Холла укреплен на поверхности ферромагнитного кольца, Внутри кольца помещен цилиндрический постоянный мапшт, установленный на вращаютцейся оси. К, выходным зажимам датчика Холла подключают прибор магнитоэлектрической системы. Меняя частоту синусоидального магнитного поля, воздействующего на датчик Холла, посредством изменения скорости вращения цилиндрического постоянного магнита, определяют амплитуды соответствующих гармоник.

Однако при использовании этого устройства встречаются затруднения при анализе сигналов, содержащих гармонические составляющие инфранизкой частоты, так как при низких частотах магнитоэлектрический прибор оказывается непригодным для определения постоянной составляющей напряжения Холла.

Использование других известных методов выделения постоянной составляющей (например, графического или метода компрессии, когда напряжение Холла записывается на магнитофонную пленку в реальном масштабе времени, а затем для искусственного повышения ча5 стоты, воспроизводится на повышенной скорости) связано со значительным усложнением устройства, снижением точности результатов анализа и увеличением времени проведения анализа.

10 Цель изобретения — упрощение анализатора гармоник и уменьшение времени проведения анализа.

Это достигается тем, что в анализатор введен второй датчик Холла, установленный под

15 углом 90 по отношению к первому, и два электрохимических интегратора, подключенные соответственно к выходным выводам первого и второго датчиков Холла.

Кроме того, для одновременного обнаруже20 ния ряда гармонических составляющих, кратных основной гармонике, он снабжен дополнительно рядом преобразователей Холла по числу исследуемых гармоник, причем ротор каждого из преобрзаователей Холла подклю25 чен к общему редуктору, частота вращения которого соответствует частоте искомой гормопической составляющей.

Кривая тока датчика имеет вид двух полуволн, неодинаковой площади, т. е. содержит

30 постоянную составляющую. При одном на344368 правлении тока вещество в интеграторе выделяется сначала на первом электроде, а с изменением направления тока это вещество переносится с первого электрода обратно на второй. Количество вещества, оставшееся на первом электроде, является, очевидно, мерой постоянной составляющей в исследуемом сигнале.

Пусть на датчик Холла воздействует магнитное поле, индукция которого изменяется по щ закону

B sin а1, где а — круговая частота основной (первой) гармоники исследуемого напряже- 15 ния;

 — амплитудное значение индукции.

Предполагается, что фаза управляющего магнитного поля совпадает с фазой исследуемого напряжения U„. Если основную гармонику исследуемого напряжения представить в виде

U, $1п (а/ + a), 25 где а — угол сдвига фазы основной гармоники по отношению к магнитной индукции (в данном случае то же самое, что угол сдвига фазы основной гармоники к исследуемому напряжению), то постоянная составляющая напряжения датчика Холла определится выражением

8И, cosa =С, 2 (1) 35

csin(ut+ /2).

Тогда при наличии в исследуемом напряжении

У„основной гармоники U, Sin(rut+a), постоянная составляющая напряжения датчика

Холла второго датчика имеет вид

BV, 55 sinn = D. ()

Величина D пропорциональна количеству вещества, осажденного на электроде электрохимического интегратора, подключенного к вы- 60 ходу второго датчика Холла. На основании выражений (1) и (2) можно найти амплитуду

U(и угол сдвига фазы а = are tg /, первой гармоники. Аналогично поступают и для высших гармоник, кратных основной. 65

При этом величина С пропорциональна количеству вещества, осажденного на одном из электродов электрохимического элемента.

В последнем уравнении два неизвестных U< 40 и а. Для их определения необходимо составить еще одно уравнение. С этой целью на второй датчик Холла воздействуют синусоидальным магнитным полем с той же амплитудой индукции, что и на первый датчик, но 45 сдвинутым по фазе относительно первого магнитного поля на известный угол, например, л/2

На чертежс приведена схема анализатора.

Анализатор содержит два датчика Холла и 2, помещенных в воздушные зазоры статора 8, изготовленного из магнитомягкого материала. На выходы датчиков Холла 1 и 2 в их управляющие цепи подается подлежащее исследованию несинусоидальное напряжение U„.

Кроме того, на датчики Холла воздействует магнитное поле, образуемое ротором 4, выполненньв| в виде цилиндрического постоянного магнита, намагниченного по диаметру, Ротор и статор с датчиками Холла представляют собой преобразователь Холла. При вращении ротора на датчики Холла действует синусоидальное магнитное поле, частота которого определяется частотой вращения ротора 4. Ротор приводится во вращение через ступенчатый понижающий редуктор 5 от электродвигателя б с плавно регулируемой частотой вращения.

Выходные цепи датчиков Холла 1 и 2 подключены к двум электрохимическим интеграторам 7 и 8 через ключи 9. При этом выходные цепи датчиков Холла должны оыть согласованы со входными цепями электрохимпческих интеграторов таким образом, чтобы проходящий через них ток был бы строго пропорционален выходным напряжениям датчиков Холла. Ключи 9 замыкаются и размыкаются при воздействии на них нуль-индикатора (О. Нуль-индикатор управляется исследуемым напряжением U„è реагирует на момен r прохождения напряжения (/„ через нулевое значение. Импульсы, управляющие работой ключей, появляются на выходе нуль-индикатора дважды — и в начале и в конце периода напряжения U„.

Вал электродвигателя б сопряжен с валом редуктор а 5 посредством электромагнитной муфты 11. Включение и отключение этой муфты осуществляется выходными и мпульсами нуль-индикатора 10.

В качестве электрохимических интеграторов можно использовать, например, электрохимическое управляемое сопротивление. Один из электродов, имеющий два вывода — резистивный, второй — управляющий. При пропускании тока между электродами на резистивном электроде осаждается вещество, уменьшая его сопротивление. Изменение направления тока вызывает растворение осажденного на резистивном электроде вещества и увеличение сопротивления электрода. Измерение сопротивлений резистивных электродов осуществляется мостом 12 переменного тока.

Ротор 4 предварительно устанавливают по отношению к статору 3 таким образом, чтобы при пропускании через датчик Холла постоянного управляющего тока, выходное напряжение датчика 1 было бы равно нулю, а датчика 2 было бы максимальным. При этом сдвиг фаз между синусоидально изменяющимися магнитными полями и напряжением соответствующей гармоники равен для датчика

1 нулю, а для датчика 2 — л/2, 344368

Для сокращения времени анализа при необходимости обнаружс(шя в исследуемом напряжении У„ряда гармош(веских сос! авля(ощих, напряжение У„пода(от одноврсмешю на столько преобразователей Холла, сколько армонических составляющих требуется определить. Роторы преобразователей Холла приводятся во вращение от редуктора, имеющего несколько втори II!hi# валов и один первичный, соединенный с электродвигателем.

Анализатор работает следующим образом.

При отключенной электромапп(тной муфте

11 на входы датчиков Холла 1 и 2 подается постоянное напряжение, а выход датчика 1 подключается к чувствительному измерителю постоянного напряжеш(я. После этого вручную проворачивают ротор 4 до тех пор, пока измеритель постоянного напряжения не даст нулевого показания. Зафиксировав это положение ротора, подключ пот входы датчиков Холла к исследуемому напряжению U„, а выходы — к электрохимическим интеграторам 7 и 8, Двигателю 6 дают обороты, соответствующие частоте вращения ротора 4 для той гармоники, наличие которой определяют в исследуемом напряжении. После получения запускающего импульса нуль-индикатор 10 включает ключи

9 и муфту 11 в начале периода исследуемого сигнала и отключает ее в конце периода, При помощи моста 12 переменного тока измеряют сопротивление резистп нного электрода интегратора 7, а затем — 8. По этим замерам расчетно или при помощи счетно-решающего устройства определяют амплитуду и фазу искомои гарыог(ики.

Предмет изобретения

1. Анализатор гармоник несш(усоидальных напряжений, содержащий ферромагнитное

l0 кольцо с датчиком Холла, управляющая цепь которого соединена с источником исследуемого напряжения, и вращающийся внутри кольца цилиндрический магнит, от гичшосцсшся тем, что, с целью упрощения конструкции и г5 умепьшеш(я времени анализа при работе с ((нфра!!изк((м(! частотами, В него введен второй датч(гк Холла, установлешп(й под углом

90 по отношешпо к первому, и два электро:имических интегратора, подключенные соот20 гетствспно и выходным выводам первого и второго датчиков Холла.

2. Анализатор по п. 1, отличагощ(гйся тем, что, с целью одновременного обнаружения ряда гармонических составляющих, кратных ос25 новной гармонике, он снаожен дополнительно рядом преобразователей Холла по числу исследуемых гармоник, причем ротор каждого из преобразователей Холла подключен к общему редуктору, частота вращения которого

30 соогвстствует частоте искомой гармонической

СОС Гг(ВЛЯ ЮнгPII.