Устройство контроля заземления Советский патент 1992 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнических и радиоэлектронных системах для контроля наличия заземления, а также контроля выхода переменного напряжения питания за пределы заданного диапазона.

Целью изобретения является повышение надежности контроля и расширение функциопальных возможностей путем введения дополнительных блоков детектора усилителя, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, одновибратора и четвертого компаратора с соответствующими связями.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на

фиг„2 - временные диаграммы его ра- боты.

Устройство контроля заземления (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 конденсаторы, первый 3 и второй 4 диоды, первый 5 и второй 6 оптроны со светодиодами 7 и 8 соответственно, первую 9, вторую 10 и третью 11 входные клеммы, фотодиод первого оптрона Г2, первый 13 и второй 17 резисторы, первый фильтр нижних чагтот 14, первый компаратор 15, фотодиод второго оптрона 16, второй фильтр нижних частот 18, второй компаратор 19, члсмект ИСКЛОЧАЮКЕЕ ИЛИ 20, индикатор 21, соединенный г выходом устройства 22,

VI

О СЛ VI СЛ

третий 23, четвертый 24 и пятый 25 резисторы, детектор 26, усилитель 27, одновибратор (ждущий мультивибратор) 28, третий 29 и четвертый 30 компараторы, клемму источника питания 31, клеммы первого 32 и второго 33 и опорных напряжений и второй 34, третий 35 и четвертый 36 выходы устройства.

При этом первый вывод каждого из конденсаторов 1 и 2 соединен, соответственно с первой 9 и третьей 11 входными клеммами, а вторые выводы подключены соответственно к катоду первого диода 3 и аноду светодиода 7 первого оптрона 5 и катоду светодиода 8 второго оптрона 6 и аноду второго диода 4, анод первого диода 3 соединен с катодом второго диода 4 катодом светодиода 7 первого оптрона 5, анодом светодиода 8 второго оптрона 6 и второй входной клеммой 10, анод фотодиода 12 первого оптрона 5 под- |ключен к первому резистору 23 и входу первого фильтра 14, выход которого соединен с четвертым резистором 24 и первым входом первого компаратора 15, анод фотодиода 16 второго оптрона 6 подключен ко второму резистору 17 .и входу второго фильтра .18, выход которого соединен с пятым резистором 25 и первым входом второго компарато- ра 19, другие выводы четвертого 24 и пятого резисторов 25 соединены между собой и с третьим резистором 23, вторые выводы первого 13 и второго резисторов 17 соединены с другими выводами третьего резистора 23 и подключены к общему проводу, а катоды фотодиодов 12 и 16 обоих оптронов 5 и 6 объединены и подключены к клемме питания 31, вход детектора 26 подключен к объединенным выводам третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 резисторов, выход соединен с входом усилителя 27, выход которого подключен к объединенным вторым входам первого 15 и второго 19 компараторов, объединенным первым входом третьего 29 и четвертого 30 компараторов, второму входу индикатора 21 и второму выходу устройства 34, выходы первого 15 и второго 19 компаратора подключены к входам элемента 20 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора 28, выход которого подключен к первому входу индикатора 21 и первому выходу 22

Q Q $ г

5

устройства, вторые входы третьего 29 и четвертого 30 компараторов соединены соответственно с клеммами первого 32 и второго 33 вперших опорных напряжений, а выходы третьего 29 и четвертого 30 компараторов подключены соответственно к третьему и четвертому входам индикатора 21 и третьему 35 и четвертому 36 выходам устройства.

Устройство контроля наличия заземления работает следующим образом.

К клеммам 9 и 11 подключается источник переменного (сетевого) напряжения (фиг,2а), к клемме 10 - заземление (корпусное). При подключении к клемме 10 заземления напряжение между одной из клемм 9 или 11 и клеммой 10 равно сетевому, а между другой клеммой и клеммой 10 близко к нулю. Пусть сетевое напряжение будет между клемами 9 и 10. Протекание тока через световод 7 оптрона 5 вызывает формиро - вание оптического сигнала длительностью, примерно равной длительности полупериода сетевого напряжения i (фиг.2б). Под действием этого оптического сигнала открывается фотодиод

12 оптрона 5. Выделенный на резисторе

13 импульс напряжения через фильтр нижних частот 14 поступает на первый (неинвертирующий) вход компаратора 15, постоянная времени фильтра 14 выбрана сравнительно небольшой, так как фильтр служит только для подавления помех. Поскольку между клеммами 10 и 11 напряжение мало, то светодиод 8 оптрона 6 закрыт, на первый вход второго компаратора 19 через второй фильтр 18 поступает нулевой уровень (фиг.2в).

Одновременно напряжение с выхода фильтра 14 через резистор 24 подается на вход детектора 26, который выделяет огибающую сетевого напряжения (фиг.2) и подает ее на усилитель 27. С выхода усилителя 27 на вторые (инвертирующие) входы компараторов 15 и 19 поступает опорное напряжение, выбранное меньшим напряжения на первом входе компаратора 15 в момент амплитуды сетевого напряжения. На выходе компаратора 15 в эти моменты вырабатываются положительные импульсы, поступающие на первый вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20. Так как на второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 с входа компаратора 19 поступает низкий уро-

вень,на выходе схем .: 20 формируются положительные импульсы .2д), запускающие одновибрптоп 2Н, который работает в режиме повторного запуска, т.е. следующий импульс на лход одно- вибратора 20 подается до окончания формирования его выходного импульса и высокий уровень на выходе одновнб- ;ратора 28 в этом случае поддерживает- ся постоянно и поступает на вход индикатора 21 и на выход 22, сигнализируя о наличии заземления (фиг.2е).

Если источник переменного напряжения подключен к клеммам 9 и 1 1 таким образом, что напряжение будет между клеммами 10 и 11, то аналогичным образом работает второй канал через оптрон Ь. На выходе компаратора 15 низкий уровень, поэтому импульсы в момент амплитуды сетевого напряжения с выхода компаратора 19 через элемент 20 поступают на вход одновиб- ратора 28, на его выходе также сохраняется высокий уровень, сигнализируя о наличии заземления

При обрыве корпусного заземления сетевое напряжение оказывается приложенным междп. -клеммами 9 и 11. Конденсаторы 1 и 2 оказываются выключенными последовательно, ток при положительной (относительной клеммы 9) полярности переменного напряжения протекает через «ба оптрона 5 и Ь, но его величина за счет емкостных сопротивлений двух конденсаторов 1 и 2, включенных последовательно, примерно в два раза меньше (фиг.2б, в;. Соответственно меньший уровень напряжения появляется на входах обоих фильтров 14 и 18

В силу этого амплитуда импульсов напряжения на входах компараторов 15 и 19 также уменьшается примерно в два раза. При этом уменьшенные уровни с выходов фильтров 14 и 18 через резисторы 24 и 25, образующие вместе с резисторами 23 схему суммирования, подаются на вход детектора 26. Поскольку происходит суммирование уровней, то об1ций уровень напряжения на входе детектора 26, а следовательно, опорное напряжение на вторых, входах компараторов 15 и 19 остается практически тем же, что и при подключении заземления. Опорное напряжение стано- вится больше, чем амплитуда напряже- ния на других входах компараторов 15 и 19. На выходах компараторов 15 и

5

0

5

7

„

,. J

0

5

0

51

19 импульсы отсутсVBVPT. п.ч выходе этемента ИСЮПОЧЛЮКК : ИЧм 20 устанавливается постоянный низкий уроврш , поэтому одновибратор 28 перестает формировать импульсы, т.е. на его выходе появляется низкий уровень, цюступаюгций на выход 22 и на индикатор 21, сигнализируя of-, отсутствии заземления.

Уровень напряжения с выхода усилителя 21 поступает также на индикатор 21 и второй выход 34, сигнализируя о наличии переменного напряжения, и на первые входы компараторов 29 и 30, На второй инвертирующий вход компаратора 29 с входа 32 поступает внешнее первое опорное напряжение, соответствующее максимальному допустимому напряжению сети, а на второй (инвертирующий) вход компаратора 30 с входа 33 - внешнее второе опорное напряжение, соответствующее минимальному допустимому напряжению сети. При превышении напряжения сети верхнего предела напряжение на выходе усилителя 27 превышает величину первого опорного напряжения, срабатывает компаратор 29, на его выходе устанавливается высокий уровень, поступаюп(ий на индикатор 21, а выход 35 сигнализирует о превышении напряжением сети допустимого предела (фпг.2ж). При снижении напряжения сети ниже минимального допустимого выходное напряжение усилителя 27 становится меньше второго опорного напряжения, срабатывает компаратор 30, с его выхода высокий уровень поступает на индикатор 21 и выход 36, сигнализируя о снижении напряжения сети ниже минимального допустимого (фиг. 2 и 3 .

При колебаниях напряжения сети амплитуда импульсов на выходе фильтра 14 или 18 изменяется, однако при этом изменяется и выходное напряжение детектора 26. Тем самым, изменяется выходное напряжение усилителя 27, служащее опорным для компаратора 15 или 19.

Изменения опорного напряжения сохраняют относительный порог срабатывания компаратора 15 или 19, т.е. срабатывание компаратор,, происходит одинаковое, независимое от величины сетевого напряжения. Поэтому предлагаемое устройство надежно индицирует наличие (отсутствие) заземления при

колебаниях напряжение сети в широких пределах.

Если пропадает переменное напряжение, то оптроны 5 и 6 закрываются, на выходах фильтров 14 и 18 устанавли- ваются нулевые уровни. Поэтому на выходе усилителя 27 и на выходе 34 появляется нулевой уровень. Тем самым сигнализируется о пропадании пе ременного напряжения.

Диоды 3 и 4 защищают световоды оптронов 5 и 6 от обратного напряжения во время t смены полярности входного переменного напряжения. Подстро- ечные резисторы 13 и 17 позволяют точно выставить уровни напряжения на входах компараторов 15 и 19.

Формула изобретения

Устройство контроля заземления, содержащее два конденсатора, первый вывод каждого из которых соединен соответственно с первой и третьей входными клеммами, а вторые выводы подключены соответственно к катоду первого диода и аноду светодиода первого оптрона и катоду светодиода второго оптрона и аноду второго диода, анод первого диода соединен с .катодом второго диода, катодом свето- диода первого оптрона, анодом свето- диода второго оптрона и второй входной клеммой, анод -фотодиода первого оптрона подключен к первому резистор и входу первого фильтра, выход которого соединен с четвертым резистором и первым входом первого компаратора, анод фотодиода второго оптрона подключен к второму резистору и входу второго фильтра, выход которого соединен с пятым резистором и первым

c

0

5

0

-

0

входом второго компаратора, другие входы четвертого и пятого резисторов соединены между собой и с третьим резистором, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов и подключен к общему проводу, а катоды фотодиодов обоих оптронов объединены и подключены к клемме питания, а также индикатор и третий компаратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены детектор, усилитель, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЙ ИЛИ, одновибратор (ждущий мультивибратор) и четвертый компаратор, причем вход детектора подключен к объединенным выводам третьего, четвертого и пятого резисторов, выход соединен с входом усилителя, выход которого подключен к объединенным вторым входам первого и второго компараторов, объединенным первым входам третьего и четвертого компараторов, второму входу индикатора и второму выходу устройства, выходы первого и второго компараторов подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора, выход которого подключен к первому входу индикатора и первому выходу устройства, вторые входы третьего и четвертого компараторов соединены соответственно с клеммами первого и второго внешних опорных напряжений, а выходы третьего и четвертого компараторов подключены соответственно к третьему и четвертому входам индикатора и третьему и четвертому выходам устройства„

С

с

Ј

С

с

/

к.

с

с

CSJ

Изобретение может быть использовано в электротехнических и радио-. электронных системах для контроля наличия заземления, а также контроля выхода переменного напряжения питания за пределы заданного диапазона. Цель изобретения - повышение надежности контроля и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит два оптрона, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, два конденсатора, два диода, два фильтра нижних частот, четыре компаратора, детектор, усилитель, элемент ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ, одновибратор и индикатор. Наличие этих элементов с соответствующими связями обеспечивает автоматический контроль наличия переменного напряжения, наличия или отсутствия заземления, превышение переменным напряжением допустимого предела, снижение переменного напряжения ниже допустимого предела. При этом устойчивость контроля наличия заземления сохраняется при изменении сетевого напряжения в широких пределах. 2 ил. i (Л