2.18. Схемы сравнения двух электрических величин

Схемы сравнения двух абсолютных значений электрических величин. Схемы сравнения абсолютных значений получили распространение в ИО, где сравниваются выпрямленные напряжения |U_I| и |U_II|. Применяются две схемы сравнения: на равновесии сравниваемых напряжений или на балансе токов, пропорциональных сравниваемым напряжениям (рис.2.61).

В схеме сравнения на равновесии напряжений (рис.2.61, а) выпрямители VS1 и VS2 соединяются одноименными полюсами, а в рассечку провода включается реагирующий орган РО. Под влиянием разности напряжений |U_I| – |U_II| в РО появляется ток I_РО. При |U_I| > |U_II| ток I_РО имеет положительный знак, и РО действует. Резисторы R1 и R2 шунтируют выпрямители и образуют к онтур с малым сопротивлением, по которому проходит ток I_VS помимо выпрямителей, представляющих большое сопротивление для токов обратного направления.

В схеме сравнения на циркуляции токов (рис.2.61, б) выпрямители VS1 и VS2 соединяются последовательно разно-полярными зажимами. Реагирующий орган РО подключается к зажимам mn параллельно обоим выпрямителям. В РО проходит ток I_РО = |I_I| – |I_II|. При равенстве |I_I| и |I_II| I_РО = 0. Балластные сопротивления R1 и R2 устанавливаются для того, чтобы РО не оказался зашунтированным сопротивлением работающего выпрямителя приемной стороны (так называется выпрямитель, имеющий меньшее входное напряжение).

С хема сравнения фаз двух электрических величин. Принцип действия. Реле на сравнении фаз (рис.2.62, а) состоят из устройства сравнения фаз (фазосравнивающей схемы) 1 и исполнительного органа 2, реагирующего на знак выходного напряжения.

Реле реагирует на угол ψ сдвига фаз между сравниваемыми напряжениями U_I и U_II приходит в действие при значении ψ, удовлетворяющем условию

φ₁ < ψ < φ₂, (2.48)

где φ₁ и φ₂ – углы, ограничивающие зону действия реле (рис.2.62, б, в).

Знак и значение выходного напряжения U_ВЫХ фазосравнивающей схемы, определяющего поведение реле, зависят от сдвига фаз между U_I и U_II, т. е. U_ВЫХ = f(ψ). При выполнении условия (2.48) U_ВЫХ положительно, ИО действует.

Способы сравнения фаз. По способу сравнения фаз U_I и U_II, или, иначе говоря, по типу фазосравнивающей схемы, различают три вида реле: на импульсном принципе; на схеме, сопоставляющей продолжительность времени совпадения фаз с заданным временем; на кольцевой фазосравнивающей схеме.

Сравнение фаз на импульсном принципе осуществляется сопоставлением мгновенных значений напряжений U_I и U_II в определенный момент времени, например в момент положительного максимума напряжения U_I (рис.2.63).

Для этой цели при прохождении напряжения U_I через положительный максимум формируется короткий импульс напряжения U_I^” (рис.2.63, а). Если положительный импульс U_I^” совпал с положительным мгновенным значением второго напряжения U_II, то на выходе схемы появляется сигнал (напряжение U_ВЫХ) и ИО срабатывает. Если знаки импульса U_I^” и напряжения U_II различны – реле не действует.

К ак видно из рис.2.63, а, при выбранном моменте сравнения (во время прохождения U_I через максимум) совпадение положительных значений U_I и U_II возможно при условии, что угол сдвига фаз будет находиться в пределах

– 90° ≤ ψ ≤ + 90°. (2.49)

Выражение (2.49) показывает, что диапазон изменения угла ψ, в пределах которого реле срабатывает, равен 180°. Угловая характеристика работы импульсного реле приведена на рис.2.63, б.

Сравнение фаз на времяимпульсном принципе. К схеме сравнения подводятся напряжения U_I и U_II, сдвинутые по фазе на угол ψ, как это показано на рис.2.64, а.

В течение определенной части положительного полупериода (отмеченной штриховкой на рис.2.64, б), знаки мгновенных значений U_I и U_II одинаковы, а в другой (не заштрихованной) –различны. В отрицательном полупериоде U_I картина совпадения и различия знаков обоих напряжений повторяется.

Угол совпадения φ_С, в пределах которого знаки U_I и U_II совпадают, и соответствующее ему время совпадения знаков t_С зависят от угла сдвига фаз ψ (рис.2.64, б):

φ_С = π – ψ. (2.50)

Подставив в (2.50) углы φ_С = ωt_С, ψ = ωt_НС и π = ω Т/2 и разделив все члены уравнения на ω, найдем зависимость времени совпадения t_С от ψ:

(2.51)

где t_HC — время несовпадения фаз.

Полученная зависимость t_С = f(ψ) представлена на рис.2.65.

При совпадении фаз (ψ = 0) знаки мгновенных значений U_I и U_II будут совпадать в течение всего полупериода, при этом φ_С = π, a t_С = Т/2.

С увеличением ψ φ_С и t_С будут уменьшаться, становясь меньше π и Т/2. Когда фазы U_I и U_II разойдутся на 180° (ψ = π), знаки U_I и U_II будут различны в течение всего полупериода, и поэтому φ_С и t_С равны нулю.

Поскольку согласно (2.51) время совпадения фаз t_С определяется углом ψ, то оно, в свою очередь, характеризует значение сдвига фаз ψ.