Устройство для сравнения фаз двух электрических величин Советский патент 1979 года по МПК H01H83/18 G01R25/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для сравнения фаз двух электрических величин, и может быть использовано в фазосравнивающих реле, таких как реле направления мощности, реле сопротивления и других.

Известны фазочувствительные устройства, действующие по принципу сравнения времени совпадения одинаковых знаков электрических величин с заданным временем 1. Они обладают высоким быстродействием, но формируют неудобный для дальнейшего использования импульсный сигнал, причем импульсы зависят от разности фаз и нуждаются в расщирении.

Известны также устройства, действующие по принципу сравнения времени совпадения одинаковых знаков со временем совпадения разных знаков {2 или же по принципу сравнения времени совпадения одинаковых знаков со временем их несовпадения 3.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее блок совпадения знаков сравниваемых величин, на выходе которого включен сглаживающий фильтр, состоящий из резисторов и конденсатора, и подключенные к конденсатору ограничители верхнего и нижнего уровней напряжения.

О

исполнительный орган и делитель напряжения.

Недостатком известного устройства является его невысокое быстродействие, что объясняется тем, что время заряда конденсатора от минимально возможного на нем напряжения, задаваемого ограничителем нижнего уровня, до напряжения срабатывания исполнительного органа, так же как и время его разряда от максимально возможного на нем напряжения до напряжения возврата исполнительного органа, принципиально превышают четверть периода сравниваемых величин.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

Она достигается тем, что в известном устройстве, содержащем блок совпадения знаков сравниваемых величин, на выходе которого включен сглаживающий фильтр, состоящий из резисторов и конденсатора, и подключенные к конденсатору ограничитель нижнего уровня напряжения, реагирующий орган и делитель напряжения, последний выполнен в виде триггера с раздельным запуском, первый вход которого включен последовательно с ограничителем верхнего уровня напряжения, а второй вход включен последовательно с ограничителем нижнего уровня напряжения. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - то же, вариант; на фиг. 3 - диаграммы, иллюстрирующие его работу. Устройство состоит из схемы 1 совпадения, сглаживающего фильтра 2, выходное напряжение которого снимается с конденсатора 3, ограничителей верхнего и нижнего уровней напряжения, собранных на диодах 4 и 5 и делителе 6, и триггера 7 с раздельным запуском, входы которого включены последовательно с ограничителями напряжения. В частном случае на выходе схемы совпадения устанавливается транзистор 8, сглаживающий фильтр содержит резисторы 9, 10 и диод 11, а триггер собран на двух р-п-р и двух п-р-п транзисторах 12- 15, резисторах 16, 17 коллекторной нагрузки, резисторах 18, 19 обратной связи, а также резисторах, используемых по обычному назначению (для ограничения тока и подачи напряжения смещения). При нормально открытом транзисторе 8 нагрузкой схемы служит резистор 17, при нормально закрытом - резистор 16. Конденсатор 20 включается в схему в тех случаях, когда представляет опасность переключение триггера на непродолжительное время вследствие кратковременного исчезновения питания. На выходе схемы 1 совпадения установлен нормально замкнутый ключ, который размыкается только при совпадении во времени одинаковых знаков сравниваемых величин А и В. Тогда напряжение на ключе t/i имеет уровень логической единицы, а в любое другое время - уровень логического нуля. Отключенный от ограничивающей его напряжение нагрузки сглаживающий фильтр в установивщемся режиме преобразует напряжение t/i в напряжение треугольной формы 1/2, постоянная составляющая и пульсации которого зависят от разности фаз сравниваемых величин ф. Максимальное и минимальное значения этого напряжения обозначены t/макс и t/шш. На границе угловой зоны работы устройства (фиг. За) все величины указаны с индексом с. Верхний и в и нижний /7„ пороги ограничителя напряжения выбираются следующим образом: порог U устанавливается равным t/Cj,auc , а порог С/„у устанавливается несколько меньшим напряжения с,„„ . В соответствии с предлагаемым выполнением и включением исполнительного органа напряжения его срабатывания и возврата совпадают с величинами и /„у . При (фиг. 36) напряжение Uz не достигает величины иS , и исполнительный орган не срабатывает. При (фиг. Зв) напряжение достигает величины /«„ поэтому исполнительный орган, однажды сработав, в дальнейшем не возвращается. Возврат произойдет при таком значении угла ф, равном фв, которому отвечает значение (7мчн t/ny . Следовательно, устройство допускает раздельную регулировку угла срабатывания фс и угла возврата фп. Когда в этом нет необходимости, устанавливается лишь небольшой гистерезис по углуДф фс-фв, необходимый для устранения периодических переключений триггера на краю рабочей зоны. Поскольку напряжение на конденсаторе 3 не опускается ниже уровня /„ , установ ленного диодом 5 и делителем 6, то время срабатывания устройства определяется в пренебрежении малым временем заряда конденсатора 3 от напряжения UH до напряжения L/C следующей формулой , где TC 1- продолжительность заряда конденсатора от напряжения U c, до напряжения U, равная длительности интервала совпадения знаков на границе зоны. График заряда конденсатора 3 при наиболее неблагоприятной фазе включения, когда устройство срабатывает с максимально возможным временем c , показан на фиг. 3г. Устройство работает следующим образом. Транзистор 8 схемы 1 совпадения открыт на интервале несовпадения одинаковых знаков сравниваемых величин и закрыт на интервале их совпадения. На этом интервале конденсатор 3 заряжается от источника напряжения 1/3 через диод 11 и резистор 9, а на интервале несовпадения разряжается источником напряжения Lp через транзистор 8 и резистор 10. Если хотя бы одна из сравниваемых величин отключена, то транзистор 8 постоянно открыт и конденсатор 3 заряжен до напряжения U J,,, где t/д - напряжение на открытом диоде 5, Uf - напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 14. При этом по первому входу триггера через диод 5 протекает ток резистора 10, открывающий транзистор 14 и, как следствие, транзистор 15. Потенциал, подаваемый на базу транзистора 12 через резистор 18, будет более высоким, чем потенциал эмиттера. Отсюда вытекает, что ранзисторы 12 и 13 будут заперты, и напряжение на нагрузке 17 равно нулю. Если на схему 1 совпадения поданы обе величины, то на интервале совпадения напряжение на конденсаторе 3 начинает повыаться. Диод 5 при этом запирается, но транзистор 14 остается в режиме насыщения, поскольку по его базе протекает ток

резистора 19. Хотя конденсатор 3 и работает в режиме заряда - разряда, в диапазоне углов состояние триггера не меняется. Но в рабочем диапазоне углов I ф I Сфс конденсатор успевает зарядиться до напряжения t/ву + 1/б, где ия - напряжение на открытом диоде 4, а t/т - напряжение на переходе эмиттер- база транзистора 12. Ток его заряда переключается при этом во второй вход триггера, вследствие чего диод 4 и транзисторы 12 и 13 открываются, а транзистор 14 закрывается напряжением, прикладываемым через резистор 19. На нагрузку 17 подается напряжение. Пока , оно будет непрерывным, поскольку напряжение на конденсаторе 3 не опускается до уровня, при котором поступает сигнал на первый вход триггера. В те моменты времени, когда конденсатор 3 разряжается, транзистор 12 остается открытым током, протекающим через резистор 18.

При подключении схемы к источнику питания, триггер устанавливается во вполне определенное состояние, так как ток заряда конденсатора проходит через диод 5 и транзистор 14, который, открываясь, предотвращает включение транзисторов 12, 13 и появление напряжения на нагрузке 17. Но при отключении источника питания конденсатор 3 разряжается не сразу, и если питание будет подано вновь, когда напряжение на конденсаторе остается еще выше порога Uay , триггер может на короткое время сработать, подав напряжение в нагрузку 17. Это явление устраняется конденсатором 20, который, заряжаясь при подаче напряжения питания через переход база-эмиттер

транзистора 14, устанавливает триггер в нужное состояние.

Благодаря выполнению исполнительного органа в виде триггера с раздельным запуском и последовательному соединению его входов с ограничителями напряжения, быстродействие устройства на срабатывание и возврат стало максимально возможным для устройств данного класса. При этом устройство формирует непрерывный выходной сигнал и допускает простую регулировку угловой зоны срабатывания и зоны возврата.

Формула изобретения

Устройство для сравнения фаз двух электрических величин, содержащее блок совпадения знаков сравниваемых величин, на выходе которого включен сглаживающий

фильтр, состоящий из резисторов и конденсатора, и подключенные к конденсатору ограничители верхнего и нижнего уровня напряжения, исполнительный орган, и делитель напряжения, отличающееся тем,

что, с целью повыщения быстродействия, исполнительный орган выполнен в виде триггера с раздельным запуском, первый вход которого включен последовательно с ограничителем верхнего уровня, а второй - последовательно с ограничителем нижнего уровня напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 146843, кл. Н 02 Н 3/38, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР № 155552, кл. G 01R 25/00, 1962.

3.Авторское свидетельство СССР № 210935, кл. G 01R 25/00, 1966.