Устройство для определения знака разности фаз Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

. 1

Изобретение относится к фазовым измерениям и может быть использовано при управлении электропечными инерционными установками, например печами графитации.

При управлении такими инерционными объектами, как печь графитации требуется надежное определение знака разности фаз для поддержания оптимального состояния электрического .режима, когда фазовый сдвиг равен или близок нулю.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения третьего состояния - отсутствие фазового сдвига между измерительными электрическими параметрами.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения знака разности фаз; на фиг. 2 - циклограмма работы устройства, где а - опорно напряжение, соответствующее измеряемому напряжению; О - напряжение, по амплитуде и фазе соответствующее измеряемому току.

Устройство содержит первый, второй и третий входные формирователи 1, 2 и 3. Входы формирователя 1 подключены к клемме опорного напряжения второй вход соединен дополнительно с общим проводом. Первые входы формирователей 2 и 3 подключены к катодам выпрямительных элементов 4 и 5, а вторые входы - к средним точкам резистивных делителей 6,7 и 8,9 соответственно, к заземленным входам которых подключены аноды выпрямительных элементов 10 и 11. Катоды выпрямительных элементов 10 и 11 объедине ны с анодами выпрямительных элементов 5 и 4 соответственно и подключены к клемме измеряемого напряжения, вторые входы резистивных делителей 6,7 и 8,9 подключены к клемме источника питания. Выход входного формирователя 1 через формирователь 12 коротких импульсов подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И 13, 14 и 15. К вторым входам элементов И 1Д и 15 подключены выходы входных формирователей 2 и 3 соответственно, а к второму входу элемента И 13 подклю- .чены объединенные элементом ИЛИ-НЕ 16 выходы формирователей 2 и 3. Выходы элементов И 13,14 и 15 подключены рабочим входам первого, второго и третьего триггеров 17, 18 и I9 зна5275 . 2

ка соответственно, к установочным входам которых подключены выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ 20,21 и 22, при этом элемент ИЛИ 20 объединяет выходы элементов И 14 и 15, элемент ИЛИ 21 - выходы элементов И 13 и 15, а элемент ИЛИ 22 - выходы элементов И 13 и 14.

Устройство работает следующим образом.

Опорное напряжение подается на входной формирователь 1, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе и длительности с положительной полуволной опорного напряжения (фиг. 2, вых. 1). На вход формирователя 2 пропускается положительная полуволна измеряемого напряжения, а на вход формирователя 3 - отрицательная полуволна измеряемого напряжения. Это достигается соответствующим включением выпрямительных элементов 4,5 и 10,lJ. Потенциал на втором входе формирователя 2 составляет величину и (пороговое напряжение, определяемое соотношением резистив- ных делителей 6 и 7), поэтому прямоугольный положительный импульс появится на выходе формирователя 2 в

0 момент, когда измеряемое напряжение, подаваемое на первый вход формирователя 2, станет больше величины 11(1 , а исчезнет, когда измеряемое напряжение меньще величины

5 (фиг. 2, вых 2). ,

Потенциал на втором входе формирователя 3 составляет Uy,p (пороговое напряжение, определяемое соотношением резистивных делителей 8 и

0 9), поэтому прямоугольный положительный импульс появится на выходе формирователя 3 в момент, когда измеряемое напряжение, подаваемое на первый вход формирователя 3, станет

5 больше величины , а исчезнетх, когда измеряемое напряжение станет меньше IJ (фиг. 2, вых. 3).

Рассмотрим случай, когда изме ряемое напряжение б отстает от опорного напряжения а на величину, большую а V, , обусловленную резистивными делителями 8 и 9, т.е. величи-

W у

НОЙ и

пор

Как видно (фиг. 2.1) измеряемое 5 напряжение б отстает от опорного а на столько, что короткий импульс, сформированный формирователем 12 (фиг. 2, вых. 12) совпадает с прямоугольным импульсом, сформированным формирователем 3 (фиг. 2, вых. 3). В момент совпадения этих импульсов с выхода элемента И 15 на рабочий вход триггера 19 знака поступает короткий импульс, равный по длительности импульсу на выходе формирователя 12 (фиг. 2, вых. 15) и триггер 19 знака устанавливается в единичное состояние, т.е. на его- выходе появляется сигнал логической 1 (фиг, 2, вь1Х. 19), свидетельствующий о том, что измеряемое напряжение отстает от опорного на величину, большую д{|. На рабочие входы остальных триггеров 17и 18 знака в этом случае импульсы не поступают. В случае, когда измеряемое напряжение б опережает опорное напряжение а на-величину, большую, чем , обусловленнуюрезистивными делителями 6 и 7, т.е. величиной U jp (фиг. 2.Ц) короткий импульс, сформированный формирователем 12, сов- падает с прямоугольным импульсом, сформированным формирователем 2 . (фиг. 2, вых. 2). В момент совпадения, этих импульсов с выхода элемент И 14 на рабочий вход триггера 18 по тупает короткий импульс (фиг. 2, вых. 14), равный по длительности . импульсу на выходе формирователя 12 и триггер 18.знака устанавливается в единичное состояние, т.е. на его выходе появляется сигнал логической 1, свидетельствующий о том, что измеряемое напряжение опережает опорное на величину, большую . Од .новрёменно этот же импульс с выхода элемента И 14 поступает через элеме ты ИЛИ 20 и 21 на установочные вход триггеров 17 и 19, устанавливая в ну левое состояние тот из них, который до этого находился в единичном состоянии (в нашем, .примере . триггер 19). Такая ситуация буде наблюдаться, если произойдет резкая смена режимов (скачкообразно), т.е если измеряемое напряжение, ранее отстающее от опорного на величину, большую л f,, скачкообразно станет опережать на величину большую йЧп. Если же величина фазового сдвига измеряемого напряжения относительно опорного находится в зоне значений .0 - при опережении опорного, -то устройство работает следующим образом (фиг. 2.Ш) . На выходе элемента ИЛИ-НЕ 16 будет сигнал логической 1 тогда, когда измеряемое напряжение находится в следующем соотношении: - пср и„,„ и„%. Опорное напряжение проходит через ноль в тот момент, когда О U,.,,,. М и . В этом случае совпадает по времени сигнал логической 1 на выходе элемента ШШ-НЕ 16 (фиг. 2, вых. 16) и короткий импульс на выходе формирователя 12 (фиг. 2, вых. 12) (момент перехода через ноль опорного напряжения). На выходе элемента 13 появится короткий импульс (фиг . 2, вьгх .13), который установит триггер 17 знака в единичное состояние (фиг. 2, вьпс. 17) и сбросит через элементы 21 и 22 тот триггер знака, который до этого находился в единичном состоянии фиг. (фиг. 2, вых. 18).. . .Если опорное напряжение будет проходить через ноль в тот момент времени, когда - - О (опорное напряжение опережает измеряемое на величину, меньшую д / ), то и в этом случае будет совпадение по времени сигнала логической 1 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 16 и короткого импульса на выходе формирователя 12, и триггер I7 знака установится в единичное состояние Таким образом, изменяя напряжение смещения на вторых входах формирователей 2 и 3, можно обеспечить искусственно сдвиг начальных .и конечных фронтов положительных, выходных импульсов относительно точки перехода синусоидального напряжения через О (середины полупериода измеряемого напряжения). Величина этого сдвига определяется соотношением резистивных делителей 6,7 и 8, 9 и определяет искусственный фазовый сдвиг по фронтам ( - для отрицательной полуволны; - для положительной полуволны измеряемого напряжения ). Пороги срабатывания формировате.„(р и , введенные лей 2 и 3 и. с помощью резистивных .делителей 6,7 и 8,9 позволяют избежать непосредственно перехода устройства из состояния Лf ; О в состояние О и наоборот. Переход осуществдяется через состояние устройства . Значит если необходимо, чтобы на выходе триггера 18 появился сигнал

логической 1 в случае, когда 5 ч -1 а на вьпсоде триггера 19 - в случае, когда °, то, обоз.начив резистивные делители 6,7, 8 и 9 соответственно RI, R2, R3 и R4, получим следующие соотношения: R1 Ислл 1

.где Ьсд - напряжение, подаваемое на резистивные делители 6,7 и 8,9.

52756

- величина амплитудыизмеряемого напряжения.

При этом должно соблюдаться условие UCM UcTMn Введенная, таким образом зона нечувствительности О .,

- - 01

позволяет избежать состояния так называемого дребезга, который появляется при медленной смене знака разности фаз, а также в случае, когда

+№ и -М. предельно допустимые разности фаз ,подавать индикационные или управляющие сигналы для поддержания режима разности фаз в пределах от -М до +N.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ .ЗНАКА РАЗНОСТИ ФАЗ, содержащее соединенный с клеммой опорного напряжения первый входной формирователь, выходом соединенньй с формирователем коротких импульсов,второй входной формирователь и триггер знака,выход которого соединен с выходом устройства, от.личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения , нулевого значения фазового сдвига, оно снабжено третьим входным формирователем, в-торым и третьим триггерами знака , выходы которых соединены .соответственно с вторым и третьим выходами устройства, тремя элементами И, тремя элементами ИЛИ и элементом ИЛИ-НЕ, причем выход формирователя коротких импульсов подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И, выходы второго и третьего входных формиро- , вателей соединены с входами элемен- та ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого в свою очередь подключен к рабочему входу первого триггера знака, выходы второго и третьего входных формирователей также через вторые входы соответствующих элементов И подключены к рабочим входам второго и третьего триггеров знака соответственно, установочные входы всех триггеров знака подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ, при этом входы первого элемента ИЛИ соединены с выходами второго и третьего элементов И, входы второго элемента (Л ИЛИ соединены с выходами первого и третьего элементов И, а входы третьего элемента ИЛИ - с выходами первого и второго элементов И, к первым входам второго и третьего вход- ньтх формирователей подключены катоды первого и второго выпрямитель ;о ел го СП ных элементов, вторые входы второго и третьего входных формирователей подключены к средним точкам первого и второго резистивных делителей, к заземленным входам которых подключены аноды третьего и четвертого выпрямительных элементов, катоды которых объединены с анодами второго и первого выпрямительных элементов соответственно .и подключены к клемме измеряемого напряжения, вторые входы резистивных делителей подключены к клемме источника питания.