Способ контроля переменного напряжения

Способ контроля переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Автор. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Ю

Изобретение относится к области эпектрических измерений и предназначено дпя использования в системах порогового конт роля напряжения в сетях переменного тока.

Известен. способ контроля переменного напряжения, в частности его средиеквад ратического значения, предусматривающий квадратичное преобразование напряжения, усреднение полученного при атом сигнала и измерение результата усреднения t1) .

Недостаток известного способа опреде ляется значительным временем реапиэация контроли, обусловпенным необхоидмостью .тшатепьной фильтрации сигнала при его усреднении, т. е. усредйением сигнала эа, :т достаточно большой промежуток времени,, существенно превышающий период контро- пируемого напряжения.

Наиболее близким техническим решени ем к изобретению является способ контро - 2î ля переменного напряжения, предусматри ваюший интегральное преобразование конт ропируемого напряжения в течение одно-

2 именных попупериодов, сравнение попучае . мых интегральных.эначениф с величиной . опорного напряжения, формирование по ре-: эультатам сравнения сигналов превышений контропируемым напряжением заданного порога и комценсацию частотной погрешностй путем коррекции интегральных значений напряжения прямо пропорционапьио отклонениям частоты от номинальной величины f2(Недостаток известного способа заключается в его сложности. Дпя формирова,ния сигнала компенсации частотной погрешности контроля необходимо вырабаты .

:вать сигнап эталонной длительности, сраи "нивать его яЭитепьиость с текущим значе нием дпитепьности попуцериода контролируемого напряжения, определять знак и величину разности этих длительностей, формировать сигнап коррекции заданной величины с даительностью, равной разнос ти дпитепьности попупериода контролируемого напряжения и эталонной дпитепьности, 3 960643 4 пака атой разности ного в виде управляемого генератора ж читать сигнал коррек.-:. нейно-нарастающих сигналов (ГЛНС) 7. значения, после чего Выход БВКП 2 соединен со входом форе откорректированное мирователя сигнала опроса (ФСО) 8; с е с величиной опор- первым входом логического элемента ность перечисленных ИЛИ-НЕ 9 и с управляющим входом еской реализации по- ГЛНС 7. Выход ФСО 8 подключен ко втобует существенных рому входу логического элемента HJIH-НЕ роме того, недоста- . 9 и к первому входу логического элеменба определяется o sO та И 10. Выход элемента Я соединен со м диапазоном изме- входами сброса ИКП 3 и ГЛНС 7. Второй олируемого напряже- вход элемента 10 подключен к выходу ов), при котором мо- компаратора 6, а выход элемента 10 слузаданная точность жит общим выходом устройства.

1 Контролируемое напряжение (Зх поступаявляется упрощение ет на вход ДВН 1. На выходе ДВН 1 при.

1 еменного напряжения атом вырабатывается напряжение 0 к О, ширением рабочего где К - коэффициент пропорциональности.

Функции ДВН может выполнять, наприь достигается тем, а .мер, согласующий измерительный трансфорконтроля перемен- матор, делитель напряжения, измеритель ованном на интеграль- ный усилитель и т. п. Напряжение с выхо-. контролируемого на- > да ДВН 1 (диаграмма 11 на фиг. 2) поодноименных полупе- дается на входы БВКП 2 и ИКП 3. БВКП лученных интегральных 2 формирует на своем выходе прямоугол опорного напряжения ные импульсы, длительность которых поезультатам сравнения вторяет длительность контролируемых по, контролируемым на-, лупериодов ТХ1 /2 напряжения 0 (дна« порога, в качестве грамма 12). В качестве БВКП может используют линейно«использоваться усилитель с достаточно с нулевыми значе-, большим коэффициентом усиления, работаю чала интегрального ший в режиме переключения, нуль-индикаролируемого напряже- тор и т. п. На выходе квадратора 4 высигналов превышения рабатывается сигнал 0к (диаграмма 13), оменты окончания ука величина которого в течение контролируения. мого полупериода Т) ; /2 пропорциональна ния можно просле» . квадрату текущего значения напряжения ествления конт ля т. е. )к-с =д " "х™(х и в зависимости от з суммировать либо вь ции из интегрального сравнивать полученно интегральное значени ного сигнала. Совокуп операций при практич добного контроля тре аппаратных затрат. К ток указанного спосо носительно небольши нения частоты контр ния (десятки процент жет бьптр обеспечена контроля.

Целью изобретения способа контроля пер с одновременным рас диапазона частот.

Поставленная цел что согласно способу ного напряжения, осн ном преобразовании пряжения в течение риодов, сравнении по

-,значений с величиной и формировании по р сигналов превышения пряжением заданного опорного напряжения нарастающие сигналы киями в моменты на преобразования конт ния, а формирование порога начинают в м занного преобраэова

Сущность изобрете дить на примере осущ ро среднеквадратического значения переменного напряжения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего данный вариант предложенного способа; на фиг. 2- . представлены временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу;

Устройство содержит датчик величины напряжения (ДВН) 1, выход которого соединен с входами блока выделения конт ролируемого полупериода (БВКП) 2 и интегро-квадратичного преобразователя (ИКП) 3, состоящего из квадратора 4 и интегратора 5. Конкретное исполнение

ИКП 3 не имеет существенного значения для реализации предложенного способа и он может быть выполнен также по другим известным схемам. Выход ИКП.3 соеди- И нен с одним иэ входов компаратора 6, другой вход которого подключен к выходу, источника опорного напряжвняа, выполнен-1 где в(., р - коэффициенты пропорциональности.

Сигнал U a течение контролируемого -го полупериода интегрируется интегратором 5, при этом на выходе интегратора 5 формируется в конце контролируемого 1 -го полупериода сигнал U<, (диаграмма 14), определяемый выражением

ЪИ т ;/й (1с; Ф х )

"о о.

Принимая во внимание определение средиеквадратического значения напряжения,: волны (фиг. 2). Несмотря на то, что абсолютная величина напряжения на выходе

ИКП 3 во втором контролируемом полупериоде (диаграмма 14) больше аналогичной величины в первом контролируемом полупериоде, устрбйство реагирует на снижение величины Од - во втором конт» ролируем ом полупериоде.

Поскольку текущие значения величин выходных сигналов ИКП 3 и ГЛНС 7 в течение контролируемого полупериода су шественно меняются, их разность в разные моменты времени меняет знак, а выходной сигнал компаратора 6 несет информацию о величине значения М*, . только после окончания контролируемого полупериода Ту< /2, общий выходной сигнал устройства формируется логическйм элементом И 10, на который подается стробирующий сигнал опроса с выхода

ФСО 8. Последний запускается на спаде выходного сигнала БВКП 2 (т. е. привязан во времени к моменту окончания конт, ролируемого полупериода напряжения Vy ) . и формирует на своем выходе импульсный сигнал опроса длительностью Во (диаграмма 17). Величина to определяется час: тотными характеристиками элемента 10 и исполнительных схем, подключенных к его выходу, она должна быть достаточна для уверенного срабатывания этих блоков.

На практике выбирают обычно 4о<<Тх /2..

Выходной сигнал устройства (диаграмма 18) привязан во времени к сигналу опроса, Его наличие свидетельствует о том, что величина среднеквадратического значения

U . контролируемого напряжения ()< в: контролируемой .л о3 полуволне превышает заданный уровень. %(Од,Ъ а, его отсут- ствие - о пониженном значении Uppq(UAq Г:; в контролируемом 1 -юй полуволне напри (X"

После окойчания сигнала опроса на вы ходе логического элемента ИЛИ-НЕ 9 формируется сигнал, продолжающийся в течение следующего эа контролируемым

-полупериода напряжения Ок и заканчиваю: щийся в момент начала нового контролируемого полупериода (диаграмма 19).

; Этим сигналом, поступающим на входы сброса интегратора 5,и ГЛНС 7, разре, дается обнуление указанных блоков. К на чалу следующего контролируемого полупе», риода устройство находится в исходном . :состоянии и готово к контролю новой покувопны напряжения Uy, т. е. к новому никлу работы.

Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет контроль среднеквад5 9606 где U — среднеквадратическое значение ..

Ax„. напряжения 0 в контролируемом 1 -ом полупериоде. выражение (2) можно привести к виду и,„=со„„„ти (а И)

Выходным сигналом БВКП 2 запускаФ ется ГЛНС 7, на выходе которого выра» батывается в течение действия выходного сигнала БВКП 2 опорное линейно-нарас1О тающее напряжение (диаграмма 15). Таким образом, в конце контролируемого .полупериода Т . /2 напряжение на выхо»

1 де ГЛНС 7 нарастает до величины о -„.=ут„„ а, () где + - коэффициент пропорциональности.

После окончания контролируемого полупериода до момента поступления сигнала, сброса напряжения на выходах интегратора 5 и ГЛНС 7 фиксированы (с точностью до разряда накопительных элементов интегратора 5 и ГЛНС 7 паразитными то ками утечки) на уровне с " )оп,coo ветственно. Выходные сигналы интеграто ра 5 и ГЛНС 7 подаются на входы компаратора 6, на выходе которого формируется сигнал (диаграмма 16), если величина выходного сигнала интегратора 5 превышает (или равна) величину выходного сиг30 нала ГЛНС 7, т. е. если .;с@) „„.Т„„ Р ЪУТ„. Ig (6)

Элементарные преобразования выраже ния (6) приводят его к виду м" () где Q. = /О - константа устройства.

Следовательно, сигнал, формируемый на выходе компаратора 6 в момент окон% чания контролируемого полупериода Tg; /2 входного напряжения 0, свидетельствует о том, что в контролируемом полупериоде среднеквадратическое значение напряже . ния Ug превышает заданный уровень Ж

Нетрудно убедиться в .том, что величииа QL является постоянной и не зависит от текущего значения частоты (периода) контролируемого напряжения J (величи» . на И определяется параметрами К, сС и, характеризующими ДВН 1, квадра тор 4 и ГЛНС 7), т. е. точность контро ля величины 13 хсв данном устройстве нв зависит от частоты контролируемого на» ..

mS Hm ux. ! .Длительность периода первой волны

Q в 1,5 раза меньше длительности пе,М риода второй волны У», в то же время, величина напряжения во второй волне йа

25% меньше величины напряжения первой (7 9606 ратического значения переменного напряжения в каждом втором полупериоде (в течение одного полупериода напряжения осуществляется его контроль,.в. течение следующего полупериода - восстановление исходного состояния устройства и т. д.).

Для осуществления контроля напряжения . в каждом его полупериоде достаточно ввести в устройство, второй канал, выполненый аналогично и работающий в противофазе 0 с первым каналом устройства.

Диапазон изменения частоты контролируемого напряжения, в котором устройство сохраняет работоспособонсть,:принципиальных ограничений не имеет. На практике 15 рабочий диапазон частот ограничивается необходимостью сохранения заданной .точ ности контроля. Верхняя частота определяется частотными характеристиками ис-,, пользованных в устройстве элементов, отучи ношение верхней рабочей частоты к нижней задается метрологическими характеристи«ами интегратора 5, ГЛНС 7 и компаратора 6 (например, коаффициент подавления синфазного сигнала и дрейф нуля и т. п.). уу

Технически несложно обеспечить конт- роль напряжения с заданной точностью при изменении его частоты B несколько раз без какой-либо перестройки устройства контроля. Расширение рабочего диапазона и частот контролируемого напряжения обус- лавливает увеличение динамического диа« . пазона выходных сигналов интегратора 5 и ГЛНС 7, что при высоких частотах напряжения приводит к снижению точности контроля вследствие неидеальности характеристик реальных алементов устройства, а при низких частотах - к насыщению выходных каскадов интегратора 5 и ГЛНС

7. Дальнейшее увеличение рабочего диапазона частот контролируемого напряжения может быть достигнуто известными способами, например, разбиением всего диа пазона на ряд поддиапазонов с соответс вуюшим переключением (перестройкой)

4Э 8 параметров интегратора 5 и ГЛНС 7 в каждом таком поддиапазоне.

Необходимо отметить, что предлагаемое техническое решение применимо не голь«о., при..аналоговой обработке сигналов, но и прн цифровых, и при цифро-аналого вых методах обработки, а также может быть использовано при контроле среднего эа полупернод значения переменного напряжения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять быстродействующий контроль с реднеквадратического (либо средневыпрямленного) значения переменного напряжения с точностью, не зависящей от текущего эначе» ния частоты контролируемого напряжения, Ф

Формула.изобретения

Способ контроля переменного напряжв ния, основанный на интегральном .преобразовании контролируемого напряжения в течение одноименных полупериодов, срав

-ненни полученных интегральных значений с величиной опорного напряжения и фор. мировании по результатам сравнения сиг налов превышения контролируемым напря" жением заданного порога, о т л и ч а ю» шийся .тем, что, с целью упрощения и расширении рабочего диапазона частот, в качестве опорного напряжения исполь зуют линейно-нарастающие сигналы с иу левыми значениями в моменты начала ин» тегрального преобразования контролируемого напряжения, а формирование сигналщ превьпиения порога начинают в моменты окончания указанного преобразования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 155863, кл. 601 Я 19/02, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2747660/18«2 1, кл. GO 1 R 19/02; 1979. ./

960643

УУ .У2

18

Фи t.,2

Составитель Л. Морозов

Редактор Н. Пушненкова . Техред 3.Палий Корректор В. Бутяга

Заказ 7254/50 - Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4