счетчик критических выбросов и провалов напряжения
Классы МПК: | H03K5/153 устройства, в которых импульсы выдаются в момент времени, соответствующий наличию определенной характеристики входного сигнала или через определенное время после этого момента времени H03K5/1532 пиковые детекторы |
Автор(ы): | Ермаков В.Ф., Джелаухова Г.А. |
Патентообладатель(и): | Ермаков Владимир Филиппович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-04-20 публикация патента:
27.05.2002 |
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. Техническим результатом является упрощение счетчика и повышение удобства его эксплуатации. Технический результат достигается за счет того, что счетчик содержит преобразователь переменного напряжения в постоянное, блок вычитания, источник опорных напряжений, инвертор, переключатель, n (где n - число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения) компараторов, 2n+1 одновибраторов, n элементов И, элемент ИЛИ, счетчик. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Счетчик критических выбросов и провалов напряжения, 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 элементов И, 2n+1 одновибраторов, причем в каждом i-ом, где i= 1. . . n, канале вход опорного напряжения компаратора подключен к i-ому выходу источника опорных напряжений, выход компаратора соединен с первым входом элемента И и прямым входом первого одновибратора, инверсный выход которого через второй одновибратор соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с i-ым входом элемента ИЛИ, выход которого через (2n+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. 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 пребразователь, 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 (где n - число уровней анализа модуля амплитуды выбросов или провалов напряжения) элемент ИЛИ, n компараторов, n элементов И, 2n+1 одновибраторов, 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 первым входом элемента И и прямым входом первого одновибратора, инверсный выход которого через второй одновибратор соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с i-м входом элемента ИЛИ, выход которого через (2n+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; 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 напряжений, счетчика, n-входового элемента ИЛИ, n компараторов, n элементов И, 2n+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, 2n одновибраторов 10 - 15, n элементов И 16 - 18, причем в каждом i-том (где i = 1...n), например втором, канале вход опорного напряжения компаратора 8 подключен к i-тому (в рассматриваемом случае ко второму) выходу ИОН 4, выход компаратора 8 соединен с первым входом элемента И 17 и прямым входом первого одновибратора 11, инверсный выход которого через второй одновибратор 14 соединен со вторым входом элемента И 17, выходы элементов И 16 - 18 всех каналов соединены со входами элемента ИЛИ 19, выход которого через (2n+1)-й одновибратор 20 соединен с тактовым входом счетчика 21. Блок 3 вычитания (фиг.2) содержит операционный усилитель (ОУ) 22, выход которого является выходом БВ 3, который через резистор 23 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 22 и через первый входной резистор 24 подключен ко входу вычитаемого БВ 3, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор 25 соединен с неинвертирующим входом ОУ 22, который через дополнительный резистор 26 соединен с шиной нулевого потенциала. Инвертор 5 (фиг.3) содержит ОУ 27, выход которого является выходом инвертора 5, который через резистор 28 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 27, который через входной резистор 29 подключен ко входу инвертора 5, неинвертирующий вход ОУ 27 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 Uкр(tкр) критических значений уровня напряжения Uкр от критической допустимой длительности его превышения tкр (см. кривые 1 и 2 на фиг.4 соответственно для выбросов и провалов напряжения), разделяющие квадранты Uв0t и Uп0t (квадранты значений параметров соответственно выбросов и провалов напряжения) на области 1 и 2 соответственно работоспособного и неработоспособного состояний 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 Uопi компараторов 7-9, которые задаются группой из n нижних выходов ИОН 4, соответствуют критическим уровням напряжения![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-2t.gif)
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-3t.gif)
Каждому критическому уровню анализа
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-4t.gif)
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-5t.gif)
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-6t.gif)
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-7t.gif)
Напряжение на (n+1)-м выходе ИОН 4 соответствует номинальному напряжению сети Uн. 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 Uн с выхода ИОН 4. В результате на выходе БВ 3 появляется напряжение (см. фиг.5):
U3=U(t)-Uн (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 Uоп1, который в этом случае 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
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-8t.gif)
![счетчик критических выбросов и провалов напряжения, патент № 2183048](/images/patents/287/2183048/2183048-9t.gif)
U5 = -[U(t)-Uн] (2)
В остальном при анализе провалов напряжения работа счетчика аналогична описанной выше при анализе выбросов. Преимуществами предлагаемого технического решения по сравнению с известными является упрощение счетчика и повышение удобства его эксплуатации. Схема счетчика проста и легко реализуется на интегральных микросхемах отечественного производства. Источники информации
1. Ахалкаци В. Г., Церетели К.О., Блеткин Н.П. Детектор колебаний напряжения. //Сообщение АН ГССР. Электромеханика 64. - 1971. - 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. - 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. - 1. - С.38-41.
Класс H03K5/153 устройства, в которых импульсы выдаются в момент времени, соответствующий наличию определенной характеристики входного сигнала или через определенное время после этого момента времени
Класс H03K5/1532 пиковые детекторы