Счетчик критических выбросов и провалов напряжения

 

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.

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 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 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 U_опi компараторов 7-9, которые задаются группой из n нижних выходов ИОН 4, соответствуют критическим уровням напряжения взятым на перегибе кривой 1 на фиг.4: Каждому критическому уровню анализа выброса напряжения соответствует критическая длительность (см.фиг.4) его превышения.

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

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 .

В момент времени t₃ выходной отрицательный импульс одноновибратора 11 заканчивается и своим передним фронтом запускает одновибратор 14.

Поскольку в этот момент времени к первому входу элемента И 17 приложено единичное напряжение с выхода компаратора 8, то элемент И 17 пропускает выходной импульс одновибратора 14 на вход элемента ИЛИ 19. Выходной импульс элемента ИЛИ 19 запускает одновибратор 20, выходной импульс которого увеличивает содержимое счетчика 21 на единицу.

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

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 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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5