ДАТЧИК РАЗНОСТИ ФАЗ Советский патент 1973 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к устройствам противоаварийной автоматики энергетических систем.

Известны датчики разности фаз, служащие для преобразования угла б в сигнал постоянного тока. Недостатком их является сложность аппаратуры, невысокие точность и быстродействие, отсутствие сброса выходного сигнала (или его запоминание) при пропадании одного из входных напряжений.

Предлагаемое устройство не имеет этого недостатка и отличается от известных тем, что в него введен преобразователь частоты в постоянный ток, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов одного из входных сигналов и с одним из входов измерительного триггера, а выход связан с источником зарядного тока.

Кроме того, для исключения неправильного показания датчика при исчезновении входных напряжений и исключения влияния величины входных напряжений в предлагаемое устройство введена схема блокировки, в которой вход выпрямителя соединен с выходом формирователя импульсов второго входного сигнала, а выход включен через разделительный диод ко входу измерительного триггера последовательно с источником запирающего напряжения.

На фиг. 1 и 2 даны векторы входных напряжений, различных по частоте, на комплексной плоскости; «а фИГ. 3 - упрощенная блОК-схема предлагаемого датчика; на фиг. 4 - его принципиальная схема.

Рассмотрим работу датчика разности фаз при входных напрялчениях, различных по частоте. Пусть частоты входных сигналов постоянны, но не равны (условие установившегося асинхронного хода), т. е. векторы указанных напряжений представлены на комплексной плоскости фиг. 1, фиг. 2.

Замер разности фаз производится по разности времен перехода векторов через заданное положение, например точку 1.

Пусть для момента времени /i 0 положение векторов соответствует фиг. 1, что является началом замера фазы.

Для момента времени t (см. фиг. 2), когда вектор соо займет положение 1 можно записать

S coiisТаким образом, угол разности фаз б при замере должен быть измерен в масштабе частоты того напряжения, вектор которого первым пересекает заданный удровень. Для схе-мы измерения фазы с триггером это означает, что угол должен быть измерен в масштабе частоты, напряжение которой подается на тот вход триггера, который определяет начало замера угла. Это положение относится ко всем схемам измерителей фаз с триггером, независимо от

типа схемы, при помощи которой выбирается масштаб измерения угла.

В предлагаемом устройстве для упрощения схемы и повыщения надежности масщтаб измерения фазы изменяется в соответствии с частотой юь Конденсатор памяти заряжается источником зарядного тока, в котором величина зарядного тока пропорциональна частоте одного из входных сигналов.

Датчик разности фаз состоит из формирователей 1 и 2 импульсов; преобразователя 3 частоты; измерительного триггера 4; схемы 5 блокировки; источника 6 зарядного тока; ,ключа 7; конденсатора 8 памяти; согласующего усилителя 9; исполнительного органа 10;

Схема работает следующим образом.

На входы формирователей / и 2 импульсов подают синусоидальные напряжения Ui и U2На выходах получают полнополярные отрицательные импульсы, которые подаются на входы триггера 4. На его выходе получают прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна углу сдвига фаз между входными напряжениями. Выходные импульсы триггера управляют ключом 7, через который от источника 6 заряжается конденсатор 8. Величина заряда конденсатора пропорциональна углу сдвига фаз. Это напряжение через согласующий усилитель 9 г одается на исполнительный орган 10.

При изменении частоты входных напряжений на выходе преобразователя 3 вырабатывается сигнал, регулирующий величину тока источника зарядного тока в соответствии с изменением частоты. Таким образом достигается независимость выходного напряжения датчика от изменения частоты входных напряжений.

При исчезновении одного из входных напряжений, схемой 5 блокировки путем запирания соответствующего входа измерительного триггера выходное напряжение датчика разности фаз устанавливается на нуль.

Для независимости работы схем преобразователя 5 и блокнровки 5 от уровня входных напряжений их входы подключены к выходам формирователей импульсов.

Схема разности фаз выполнена двухтактной: когда с одного конденсатора считывается информация, другой заряжается до величины, пропорциональной углу сдвига фаз.

Для унификации узлов датчика его схема собрана на логических элементах типа «Логика (Л-1 и Л-2) 1за июключением источника зарядного тока, преобразователя и схемы -блокировкн.

Схемы источииюоВ зарядного тока состо ят из транзисторов , диодов Д.-/fis, резисторов И конденсаторов Ci-G.

Работа одного из источников тока происходит следующим образом. С приходом импульса от схемы сравнения открываются диод Дз и транзистор TZ. Конденсатор памяти €2 через диод Да и триод Т заряжается.С оконнанием импульса заряд на конденсато)е сохраняется.

до прихода импульса, формируемого от заднего фронта импульса ключа на разрядную цепь. С приходом последнего триод TI открывается и конденсатор Са разряжается. Величина зарядного тока устанавливается делителем на резисторах Ru и Riz и диодах Д12 и Дчз, подключенного к стабилизатору напряжения на резисторе Rio и диоде Дп и напряжением, снимаемым с нагрузки преобразователя Ris.

Принцип преобразования изменения частоты в сигнал постоянного тока состоит в сравнении двух напряжений, снятых с контуров, параметры которых зависят от частоты. Разность этих напряжений подается на базовую цепь источника зарядного тока.

Преобразователь состоит из трансформатора Tpi, частотно зависимого контура Др, Се, частотно независимого контура Ris выпрямительного моста Ди-Д17 и Д18-Д2Ь Д22, Д25,

сопротивления нагрузок контуров Rn и Ri5, нагрузки Ri3, конденсатора Сд фильтра выходного контура Rir, €7.

Для исключения зависимости выходного напряжения преобразователя от изменения уровня входных напряжений трансформатор Tpi подключен к выходу формирователя импульсов.

Необходимость блокировки вызвана тем, что при исчезновении одного из входных напряжений на выходе датчика появляется максимально возможное напряжение, вызванное определенным состоянием измерительного триггера и ключа. Для исключения этого явления на вход измерительного триггера схемой «запрет подается запирающее напряжение. Для исключения зависимости от уровня входных напряжений схема питается от формирователя импульсов.

Схема блокировки состоит из трансформатоРа Тр2, вы1П1рЯ1МИ1те1Лын 0|ро моста Д27--Дзо наг грузки Ria конденсатора фильтра Cjs, разделительного диода Д26.

При наличии на входе напряжения на нагрузке схемы действует напряжение, больще запирающего - диод заперт. С исчезновением напряжения на входе диод открывается, и источник запирающего напряжения запирает соответствующий вход триггера. В блокировке второго входа нет необходимости, так как по принципу действия схемы с исчезновением второго напряжения источника тока запираются, конденсаторы через входное сопротивление согласующего усилителя разряжаются до нуля.

Предмет изобретения

1. Датчик разности фаз, содержащий формирователи импульсов, измерительный триггер, источник зарядного тока, ключ, конденсатор памяти, согласующий усилитель, отличающийся тем, что, с целью получения выходного сигнала, пропорционального мгновенной разности фаз двух напряжений с различными частотами, в него введен яреобразователь частоты IB постоянный TioiK, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов одного из входных сигналов и с одним из входов измерительного триггера, а выход связан с источником зарядного тока.

2. Датчик разности фаз ио п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения неправильного показания датчика при исчезновении входных напряжений и исключения влияния

б

величины входных напряжений, введена схема блокировки, в которой вход выпрямителя соединен с выходом формирователя импульсов второго входного сигнала, а выход включен через разделительный диод ко входу измерительного триггера последовательно с источником запирающего напряжения.

е Kv

L,

д