Измерительный орган со сравнением времени превышения входным напряжением опорного напряжения с заданным временем

К измерительным органам с одной подведенной величиной относятся в основном органы тока и напряжения, в том числе и фильтровые [5, 12-14]. Измерительный орган содержит входные преобразователи, которые преобразуют подведенную величину к виду и уровню, удобным для работы полупроводниковой части измерительного органа. Одновременно входные преобразователи служат для гальванического разделения цепей подведенной величины и полупроводниковой части измерительного органа. Для реле тока — это разделительные трансформаторы тока, нагруженные на активное сопротивление, или трансреакторы, преобразующие ток в пропорциональное напряжение. Для реле напряжения - это промежуточный трансформатор для изменения уровня напряжения. В ряде случаев с целью унификации одна и та же полупроводниковая часть измерительного органа используется для реле тока и напряжения.

Структурная схема измерительного органа, использующего второй принцип (рис. 4.2), состоит из включенных последовательно индикатора уровня ИУ с целью ПОС, элемента выдержки на срабатьшание ВС и элемента задержки на возврат, который работает в режиме расширите­ля импульсов РИ, превращая их в непрерывный сигнал.

Когда амплитуда u_вх > Uоп, на выходе ИУ появляются импульсы продолжительностью

Если t_ИУ меньше уставки элемента ВС t_вс, выходные сигналы ИО не появляются. При t_иу > t_ВСчерез время t_вс после начала выход­ного импульса ИУ появляется выходной сигнал элемента задержки ВС, опорное напряжение ИУ падает до U’оп и на вход РИ поступает им­пульс, продолжительность которого не менее

Время возврата РИ большее паузы между импульсами, обеспечивает непрерывный выходной сигнал, если на его вход поступают импульсы с расчетным интервалом между ними.

Коэффициент возврата ИО практически равен 1 и для его уменьше­ния цепь ПОС переключается с выхода элемента задержки на выход ИО, причем в этом случае Кв = U'оп/ Uоп.

Поскольку на вход РИ поступают импульсы с продолжительностью не ниже указанной, то РИ может быть вьшолнен с дополнительной за­держкой на входе, фиксируя импульсы с продолжительностью не ме­нее заданной, что обеспечивает необходимую помехоустойчивость.

Время срабатывания двухполупериодного измерительного органа в зависимости от фазы включения Uвх изменяется от минимума, рав­ного t_вс, до максимума, равного

Время возврата ИО весьма мало (2—3 мс), если ивх исчезает непосредственно перед появлением очередного импульса на входе РИ, и достигает максимума, равного задержке РИ, если ивх исчезает после появления импульса на входе РИ

Для однополупериодного измерительного органа минимальные вре­мена срабатывания и возврата сохраняются, а максимальные возраста­ют на пол периода.

С учетом условия срабатывания t_иу = t_вс амплитудное значение напряжения срабатывания равно

Для того чтобы не требовать высокой стабильности задержки эле­мента ВС значение ее принимается в пределах 1,5—2 мс, тогда изме­нение t_вс на ± 25% приводит к изменению U_{ср max} всего на ± 4%.

Следует отметить, что по мере повышения кратности входного напряжения к напряжению срабатывания продолжительность входных импульсов РИ возрастает и при большой кратности пауза между входными импульсами оказывается столь малой, что ВС может не успеть вернуться и сигнал на его выходе может быть непрерывным. Поэтому РИ должен быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивалась его надежная работа при различной длительности входных сигналов, включая непрерывный входной сигнал.

В своем простейшем виде РИ может представлять элемент задержки на возврат, но в этом случае опасны кратковременные импульсы помех, которые могут проникнуть на вход элемента задержки на возврат и вызвать кратковременное срабатывание ИО.

Учитывая, что на вход РИ поступают входные импульсы с продолжительностью не менее заданной, целесообразно выполнить его по следующей структурной схеме (рис. 4.3). Пока продолжительность входных импульсов меньше уставки элемента на срабатывание ВС, сигнал на его выходе не появляется, что позволяет отстроиться от кратковременных импульсов помех. Когда длительность входных импульсов превышает уставку ВС, на его выходе появляются импульсы, пускающие одновибратор ОВ, длительность выходных импульсов которого позволяет элементу задержки на возврат ВВ подготовиться для работы с полной выдержкой времени. Когда пауза между входными импульсами становится малой, работа одновибратора может нарушиться, поскольку он не успевает подготовиться к повторному действию., но выходные импульсы ВС через элемент ИЛИ поступают на элемент ВВ и обеспечивают надежное действие схемы.

При отключении тока в первичной цепи измерительного трансформатора тока ток вторичной обмотки затухает апериодически. В момент отключения значение тока может в 300—400 раз превышать уровень возврата и потому время его уменьшения до уровня возврата .может достигать 40—50 мс. Для уменьшения времени возврата в таких условиях может использоваться ИО с раздельными каналами для положительных и отрицательных полуволн входного напряжения, структурная схема которого приведена на рис. 4.4, а. Первый индикатор уровня ИУ1 реагирует на положительную полуволну, а ИУ2 — на отрицательную. При большой кратности входного напряжения по отношению к напряжению срабатывания на выходе элементов ВС появляются импульсы, продолжительность которых

По значению эта длительность близка к Т/2 - tвс, а на выходе •элементов ограничения длительности ОД длительность импульсов равна 0,05-0,1 с периодом следования, равным Т. На выходе элемента ИЛИ имеются аналогичные импульсы с периодом 0,5T, которые, поступая на вход РИ, превращаются в непрерывный выходной сигнал.

При длительном затухании входного напряжения на выходе ИУ1 и ВС1 имеется длительный сигнал, однако благодаря действию ОД1 время возврата не превосходит времени памяти РИ, близкого к 05Т (рис. 4.4, б).

При введении цепи удерживания индикатора уровня возможно вы­полнение аналогичной схемы без использования расширителя импуль­сов (рис. 4.5, а). В данной схеме ИО индикаторы уровня ИУ1 и ИУ2 также реагируют соответственно на положительную и отрицательную полуволну Uвх Когда время превышения положительного Uвх над Uоп превосходит значение tВС1, на его выходе появляется сигнал, который без замедления появляется на выходе ОД1 и через элемент ИЛИ1 производит удерживание индикатора уровня ИУ1, выходной сигнал которого сохраняется до исчезновения выходного сигнала ОД1 вне зависимости от значения и даже знака и**. Когда выходной сигнал ОД1 исчезает, удерживание ИУ1 прекращается, а поскольку в это время Uвх имеет отрицательное значение, то все элементы первого канала возвращаются в исходное состояние и до появления следующей положительной полуволны Uвх успевают полностью подготовиться к повторному действию. Значение времени ограничения tогр выбирается равным (0,55—0,6) Т.

Канал, реагирующий на отрицательную полуволну, работает аналогично, в результате чего выходные импульсы элемента ОД2 перекрывают паузы выходных импульсов элемента ОД1, что обеспечивает непрерывный выходной сигнал ИЛИЗ (рис. 4.5, б). При длительном апериодическом затухании, например, положительной полуволны Uвх, на выходе элементов ИУ1 и ВС1 сохраняется длительный выходной сигнал, однако через tод выходной сигнал ОД1 исчезает, что приводит к возврату схемы. Элементы ИЛИ1, ИЛИ2 вьшолнены так, что обеспечивается высокая чувствительность индикаторов уровня ИУ1, ИУ2 в сочетании с удерживанием от элементов ОД1, ОД2.