Устройство для сравнения фаз несколькихСигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК H02H3/38 H01H83/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ФАЗ НЕСКОЛЬКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите энергосистем и может быть использовано для построения реле направления мощности, реле сопротивления и ряда других реле с фазосравнивающими элементами. Известны устройства для сравнения фаз двух и более электрических величин, выполненные с использованием операционных усилителей 1 и 2. Существенным недостатком этих устройств является их сложность в случае двухполупериодного или двойного сравнения нескольких сигналов, так как в них либо велико число формирователей сигналов, используемых для сравнения, либо содержатся дополнительные инверторы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к опись1ваемому устройству является реле сопротивления. В этом устройстве содержатся формирователи сравниваемых величин, блок формирования прямоугольных импульсов совпадения (несовпадения) знаков мгновенных значений сравниваемых величин и блок измерения длительности импульса совпадения (несовпадения). Блок формирования прямоугольных импульсов выполнен в виде последовательно включенных диодных селекторов положительного и отрицательного сигналов и компаратора на дифференциальном операционном усилителе: выходы диодных селекторов подключены к полюсам источника питания через делители напряжения из двух резисторов, средние точки которых подключены к инвертирующему или неинвертирующему входам операционного усилителя и через диоды к нулевой точке источника питания. Выщеукзанное устройство характеризует. ся тем, что при п-входных величинах оно выполняет функции сравнения п-к величин, если к величин не достигли своего начального заданного уровня (), и может использоваться при выполнении реле сопротивления со сложной характеристикой срабатывания. Описанное блока сравнения приводит к частичному сохранению / области срабатывания реле, например при обрыве цепи подведения одного из сравниваемых сигналов 3.

Однако, если условием срабатывания является совпадение знаков полярностей сравниваемых величин, например в случае построения многофазного реле сопротивления, реагирующего на совпадение знаков полярностей трех скомпенсированных напряжений и величины, пропорциональной току, описанное свойство известного устройства для сравнения фаз может привести в этом случае к излишнему срабатыванию.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет независимой регулировки порога срабатывания по каждой из сравниваемых величин.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержашем,двухполярные формирователи прямоугольных импульсов по числу сравниваемых величин, каждый из которых выполнен на дифференциальном операционном усилителе, к инвертирующему входу которого подключен резистор, а неинвертируюший вход подключен к, нулевой шине источника питания, блок формирования импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, выполненный в виде компаратора на дифференциальном операционном усилителе, подключенный выходом ко входу блока измерения длительности импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход первого операционного усилителя двухполупериодного формирователя прямоугольных импульсов подключен через первый вновь введенный резистор к выходу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через второй вновь введенный резистор к выходу третьего операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через вновь введенный третий резистор к выходу четвертого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через чет вертый вновь введенный резистор к выходу первого операционного усилителя, выходы выщеперечисленных операционных усилителей через дополнительные резисторы объединены в общую точку, которая подключена ко входу блока формирования импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, а при нечетном числе сравниваемых величин неинвертирующий вход последнего операционного усилителя подключен к средней точке вновь введенного делителя напряжения из двух резисторов, включенного между выходом первого операционного усилителя и нулевой шиной источника питания.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства при четном числе сравниваемых величин; на фиг. 2 - при их нечетном числе.

. Устройство содержит соответственно первый, второй, третий и четвертый дифференциальные операционные усилители 1-4 двух полупериодных формирователей прямоугольных импульсов; соответственно первый, второй, третий и четвертый вновь введенные резисторы; 5-8, резисторы 9-16, блок 17

формирования импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, блок 18 измерения длительности импульсов совпадения знаков мгновенных значений величин, делитель 19 напряжения, резистор 20 и 21 делителя напряжения.

В исходном состоянии устройства, когда ни одна из сравниваемых величин не подана или ее уровень меньше порогового, на выходах операционных усилителей 1-4 формирователей прямоугольных импульсов устанавливаются при подаче питания нормированные по значению сигналы (выходные токи значением о) полярностью +,, Ч-,- (или -, +,-, +) для схемы по фиг. 1.. и сигналы полярностью +,-, + (или-, +) для схемы по фиг. 2. Результирующий сигнал воздействия формирователей на компаратор 17 равен нулю для схемы по фиг. 1.

1о-1о+ 1о-1б О

вых

и низкого недостаточного (для срабатывания компаратора) уровня для схемы по фиг. 2.

Ifl-1о I,

выл

Порог переключения каждого операционного усилителя определяется соотношением одного из сопротивлений 13-16, к которому подключен источник входного сигнала, и одного из сопротивлений 5-8 цепи обратной связи.

Если значение одного(или двух) из сигналов превысило заданный уровень, происходит переключение с частотой сигнала полярности выходного сигнала одного (или двух) операционного усилителя, на вход которого подан сигнал с высоким уровнем. Одновременно с ним, благодаря наличию обратных связей, переключаются и другие операционные усилители, причем уровень выходного результирующего сигнала при этом не меняется.

Состояние с высоким уровнем результирующего сигнала схема приобретает только при совпадении знаков всех выыходных сигналов с уровнями, больщими пороговых, причем в схеме по фиг. 1

41,

а в схеме по фиг. 2.

31о, т. е. 1ы,х nil

вых,

Выходной результирующий сигнал (ток) формирователей имеет в этом случае максимальное значение (nio) и служит для выбора уровня сигнала управления компаратора 17. .Этот уровень определяется соотношением величин резисторов 9-12, соединяющих выходы формирователей прямоугольных импульсов с компаратором (), и peзиcfopoв, обеспечивающих смещение диодов (RCM) соединяющих неинвертирующий и инвертирующий входы операционного усилителя компаратора с нулевой шиной питания:

п-2.

п ц- Кем

Для схемы по фиг. 1 условие выбора резисторов

|,.

«VtM

Для схемы по фиг. 2

3 1.

Если число сравниваемых сигналов больще 3 (п 3), устройство приобретает дополнительное свойство - возможность мажорирования, т. е. можно обеспечить срабатывание не только при совпадении знаков всех входных п сигналов, но и меньшего числа (п-к). Эту возможность можно осуществит;ь соответствующим выбором порога переключения компаратора, который легко устанавливается выбором нужного соотношения сопротивлений RCM

llj .

Предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями за счет независимой регулировки порога срабатывания по каждой из сравниваемых величин.

Формула изобретения

Устройство для сравнения фаз нескольких сигналов, содержащее двуполупериодные формирователи прямоугольных импульсов по числу сравниваемых величин, каждый из которых выполнен на дифференциальном операционном усилителе, к инвертирующему входу которого подключен резистор, а неинвертирующий вход подключен к нулевой шине источника питания, блок формирования импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, выполненный в виде компаратора на дифференциальном операционном усилителе, подключенный выходом ко входу блока изме рения длительности импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей

. устройства за счет независимой регулировки nopoira срабатывания по каждой из сравниваем,ых величин, инвертирующий вход первого операционного усилителя двухполупериодного формирователя прямоугольных импульсов подключен через первый вновь.

5 введенный резистор к выходу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через второй вновь введенный резистор к выходу третьего операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через вновь введенный третий резистор к выходу четвертого опера- ционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через четвертый вновь введенный резистор к выходу первого операционного усилителя, выходы вышеперечисленных операционных усилителей через дополнительные резисторы объединены в общую точку, которая подключена ко входу блока формирования импульсов совпадения знаков мгновенных значений сравниваемых величин, а при нечетном числе сравниваемых

величин неинвертирующий вход последнего операционного усилителя подключен к средней точке вновь введенного делителя напряжения из двух резисторов, включенного между выходом первого операционного усилителя и нулевой шиной источника питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ванин В.К., Енин А.С. Реле, направления мощности на операционных усилителях. «Электричество, 1975, № 7.

2: Витанов А., Златоустов Н. Реле сопротивления и направления мощности на интегральных схемах «Рг. nauk. Inst energoelektr. Politecknika Wrozlawska, 1977, № 43, с. 227-234.

по заявке № 2527409/24-07, кл. Н 02 Н 3/40 1977.