счетчик выбросов и провалов напряжения с критическими параметрами

Формула изобретения

1. Счетчик выбросов и провалов напряжения с критическими параметрами, содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, вход которого подключен к входному зажиму устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок вычитания, инвертор, переключатель, источник опорных напряжений, счетчик, n-входовой, где n - число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения, элемент ИЛИ, n компараторов, n D-триггеров, n+1 одновибратор, причем в каждом i-м, где i = 1 . . . n, канале вход опорного напряжения компаратора подключен к i-му выходу источника опорных напряжений, выход компаратора соединен с информационным входом D-триггера и прямым входом одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом синхронизации D-триггера, прямой выход которого соединен с i-м входом элемента ИЛИ, выход которого через (n+1)-й одновибратор соединен с тактовым входом счетчика, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное соединен с входом уменьшаемого блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к (n+1)-му выходу источника опорных напряжений, а выход соединен с входом инвертора и первым зажимом переключателя, второй зажим которого подключен к выходу инвертора, а общий зажим соединен с объединенными между собой информационными входами компараторов всех каналов, инверсный выход компаратора первого канала соединен с объединенными между собой входами установки нуля D-триггеров всех каналов.

2. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что блок вычитания содержит операционный усилитель, выход которого является выходом блока вычитания и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый входной резистор подключен к входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен с шиной нулевого потенциала через дополнительный резистор.

3. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что инвертор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом инвертора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через входной резистор подключен к входу инвертора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для подсчета выбросов или провалов напряжения, длительность превышения которыми различных уровней анализа больше заданных критических значений.

Известен детектор колебаний напряжения [1], содержащий входной преобразователь переменного напряжения в постоянное, к выходу которого подключен самопишущий прибор или шлейфовый осциллограф.

Недостатками аналога являются большие затраты средств на носитель регистрации изменений напряжения, а также значительная трудоемкость и большие затраты времени на обработку регистрограмм.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регистратор импульсных помех [2], содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, информационный ключ, время-амплитудный преобразователь, два амплитудно-временных преобразователя, два аналого-цифровых преобразователя, регистр счетчиков, электронные часы, триггер, три элемента задержки, три кнопки управления, цифропечатающую машину (перфоратор).

Недостатками прототипа являются громоздкость, низкое быстродействие, а также значительная трудоемкость и большие затраты времени на обработку перфолент.

Технические задачи, решаемые изобретением, - упрощение счетчика и повышение удобства его эксплуатации.

Указанные технические задачи решаются благодаря тому, что в регистратор импульсных помех, содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное, вход которого подключен ко входному зажиму устройства, дополнительно введены блок вычитания, инвертор, переключатель, источник опорных напряжений, счетчик, n-входовой элемент ИЛИ (где n - число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения), n компараторов, n D-триггеров, n+1 одновибратор, причем в каждом i-м (где i = 1...n) канале вход опорного напряжения компаратора подключен к i-му выходу источника опорных напряжений, выход компаратора соединен с информационным входом D-триггера и прямым входом одновибратора, инверсный выход которого соединен со входом синхронизации D-триггера, прямой выход которого соединен с i-м входом элемента ИЛИ, выход которого через (n+1)-й одновибратор соединен с тактовым входом счетчика, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное соединен со входом уменьшаемого блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к (n+1)-му выходу источника опорных напряжений, а выход соединен со входом инвертора и первым зажимом переключателя, второй зажим которого подключен к выходу инвертора, а общий зажим соединен с объединенными между собой информационными входами компараторов всех каналов, инверсный выход компаратора первого канала соединен с объединенными между собой входами установки нуля D-триггеров всех каналов; блок вычитания содержит операционный усилитель, выход которого является выходом блока вычитания и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый входной резистор подключен ко входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен с шиной нулевого потенциала через дополнительный резистор; инвертор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом инвертора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через входной резистор подключен ко входу инвертора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются использование новых элементов (блока вычитания, инвертора, переключателя, источника опорных напряжения, счетчика, n-входового элемента ИЛИ, n компараторов, n D-триггеров, n+1 одновибратора) и новых связей между ними. Эти существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - упрощения счетчика и повышения удобства его эксплуатации.

На фиг.1 представлена структурная схема счетчика, на фиг.2 и 3 предложены варианты реализации схем блока вычитания и инвертора, на фиг.4 изображены граничные кривые зависимостей амплитуды выбросов и провалов напряжения от длительности между областями их критических и допустимых значений, на фиг.5 приведены графики изменений напряжения на элементах схемы счетчика.

Счетчик содержит преобразователь 1 переменного напряжения в постоянное (ППНП), вход которого подключен ко входному зажиму 2 счетчика, а выход соединен со входом уменьшаемого блока 3 вычитания (БВ), вход вычитаемого которого подключен к (n+1)-му выходу источника 4 опорных напряжений (ИОН), а выход соединен со входом инвертора 5 и первым зажимом переключателя 6, второй зажим которого подключен к выходу инвертора 5, а общий зажим соединен с объединенными между собой информационными входами n (где n - число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения) компараторов 7 - 9 всех каналов, n одновибраторов 10 - 12, n D-триггеров 13 - 15, причем в каждом i-м (где i = 1...n), например втором, канале вход опорного напряжения компаратора 8 подключен к i-му (в рассматриваемом случае ко второму) выходу ИОН 4, выход компаратора 8 соединен с информационным входом D-триггера 14 и прямым входом одновибратора 11, инверсный выход которого соединен со входом синхронизации D-триггера 14, прямые выходы D-триггеров 13 - 15 всех каналов соединены со входами элемента ИЛИ 16, выход которого через (n+1)-й одновибратор 17 соединен с тактовым входом счетчика 18, инверсный выход компаратора 7 первого канала соединен с объединенными между собой входами установки нуля D-триггеров 13 - 15 всех каналов.

Блок 3 вычитания (фиг.2) содержит операционный усилитель (ОУ) 19, выход которого является выходом БВ 3, который через резистор 20 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 19 и через первый входной резистор 21 подключен ко входу вычитаемого БВ 3, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор 22 соединен с неинвертирующим входом ОУ 19, который через дополнительный резистор 23 соединен с шиной нулевого потенциала.

Инвертор 5 (фиг.3) содержит ОУ 24, выход которого является выходом инвертора 5, который через резистор 25 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 24, который через входной резистор 26 подключен ко входу инвертора 5, неинвертирующий вход ОУ 24 соединен с шиной нулевого потенциала.

Счетчик работает следующим образом.

Исследования, проведенные в [3 - 6], показывают, что отказ электрооборудования (ЭО) происходит в том случае, если превышаются параметры двух характеристик выбросов (или провалов) напряжения: амплитуда (у провала - глубина) и длительность превышения уровня. На фиг.4 приведены граничные зависимости U_кр(t_кр) критических значений уровня напряжения U_кр от критической допустимой длительности его превышения t_кр (см. кривые 1 и 2 на фиг.4, соответственно, для выбросов и провалов напряжения), разделяющие квадранты U_в0t и U_п0t (квадранты значений параметров, соответственно, выбросов и провалов напряжения) на области 1 и 2, соответственно, работоспособного и неработоспособного состояния ЭО.

Работу счетчика рассмотрим на примере анализа и фиксации выброса напряжения, изображенного на фиг.5 (см. напряжение ₃). В этом случае переключатель 6 находится в нижнем положении.

Уровни срабатывания U_опi компараторов 7 - 9, которые задаются группой из n нижних выходов ИОН 4, соответствуют критическим уровням напряжения _в.крi, взятым на перегибе кривой 1 на фиг.4

U_оп1=U_в.кр1; U_оп2=U_в.кр2; U_опi=U_в.крi; U_опп=U_в.крn.

Каждому критическому уровню анализа U_в.крi выброса напряжения соответствует критическая длительность t_в.крi (см. фиг.4) его превышения.

Длительность выходных импульсов одновибраторов 10 - 12 задается равной критической длительности t_в.крi

t_и10=t_в.кр1; t_и11=t_в.кр2;...; t_и12=t_в.крn.

Напряжение на (n+1)-м выходе ИОН 4 соответствует номинальному напряжению сети U_н.

Преобразователь 1 осуществляет преобразование переменного напряжения сети u(t) в постоянное напряжение, пропорциональное действующему значению контролируемого напряжения U(t).

Напряжение с выхода ППНП 1 поступает на вход уменьшаемого БВ 3, ко входу вычитаемого которого приложено номинальное напряжение сети U_н с выхода ИОН 4. В результате на выходе БВ 3 появляется напряжение (см. фиг.5)

U₃=U(t)-U_н. (1)

Это напряжение без изменений через переключатель 6 (который находится в нижнем положении) подается на объединенные информационные входы компараторов 7 - 9.

В процессе нарастания напряжение U₃ в момент времени t₁ на фиг.5 превышает уровень срабатывания компаратора 7 первого канала U_оп1, который в этом случает срабатывает и своим выходным напряжением запускает одновибратор 10. Напряжение на инверсном выходе одновибратора 10 при его запуске переходит из единичного состояния в нулевое, причем длительность такого отрицательного импульса на выходе одновибратора 10 равняется U_в.кр1.

При дальнейшем нарастании напряжение U₃ в момент времени t₂ на фиг.5 превышает уровень срабатывания компаратора 8 второго канала U_оп2, который своим выходным напряжением запускает одновибратор 11. Длительность выходного отрицательного импульса одновибратора 11 равняется t_в.кр2.

В момент времени t₃ выходной отрицательный импульс одновибратора 11 заканчивается и своим передним фронтом вписывает единицу в D-триггер 14, поскольку в этот момент времени к информационному входу D-триггера 14 было приложено единичное напряжение с выхода компаратора 8.

Выходное единичное напряжение D-триггера 14 прикладывается через элемент ИЛИ 16 ко входу одновибратора 17 и запускает его. Выходной короткий импульс одновибратора 17 увеличивает содержимое счетчика 18 на единицу.

Таким образом, после соответствующей идентификации был засчитан выброс напряжения с критическими параметрами.

В момент времени t₄ напряжение U₃ снижается настолько, что компаратор 7 первого канала отпускает, и на его инверсном выходе появляется единичное напряжение, которое обнуляет содержимое всех D-триггеров 13 - 15.

Таким образом схема счетчика приводится в исходное состояние для расшифровки следующего выброса напряжения.

При анализе провалов напряжения переключатель 6 переводится в верхнее положение. В этом случае на объединенные информационные входы компараторов 7 - 9 подается напряжение

U₅ = [U(t) - U_н]. (2)

В остальном при анализе провалов напряжения работа счетчика аналогична описанной выше при анализе выбросов.

Преимуществами предлагаемого технического решения по сравнению с известными являются упрощение счетчика и повышение удобства его эксплуатации. Схема счетчика проста и легко реализуется на интегральных микросхемах отечественного производства.

Список использованных источников

1. Ахалкаци В. Г., Церетели К.О., Блеткин Н.П. Детектор колебаний напряжения//Сообщение АН ГССР. Электромеханика 64. - 1971. - N 2.

2. Корнеев Б. А., Самуйтис В.П. Регистратор импульсных помех//Помехи в цифровой технике: Сб. материалов науч.-техн. конф./Под ред. И.С.Гурвича. - Вильнюс: Респ. ин-т науч.-техн. информации и пропаганды, 1969. - С.136-138 (прототип).

3. Тэндон М. Л. Применение имитаторов помех для выявления схем, чувствительных к сетевым помехам//Электроника. - 1966. - N 5. - С. 33-38.

4. Ермаков В.Ф., Черепов В.И. Метод автоматического определения критических значений характеристик резкопеременного изменения напряжения для одиночных электроприемников//Повышение эффективности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей: Тез. докл. краевой науч.-техн.конф. молодых ученых и специалистов. - Краснодар: КПИ, 1983. - С.46-48.

5. Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 с.

6. Ермаков В. Ф. , Черепов В.И. Экспериментальное исследование влияния провалов напряжения питающей сети на работу электроприемников//Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 1997. - N 1. - С. 38-41.