Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения

(51) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) РЕТ ИЕИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ АВТ детельство СССР 1 В 19/12, 26.04.82.детельство СССР В 19/10, 14.04.62.ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАИзобретение относ рительной технике и использования В сис электрооборудованием чения,тся к электроизмередназначено для емах управления различного назнаЦель изобретения - повышения быстродействия устройства,На фиг,1 приведена функциональная схема устройства для измерения скорости изменения переменного напряжения; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его действия,Устройство для измерения скорости изменения переменного напряже)ия содержит пороговый элемент 1, ум)ожитель 2 частоты на 4, Т-триггер 3, модулятор 4, первый 5 и второй 12 сумматоры по модулю два, первый 6 и второй 9 формирователи импульсов сброса, инвертор 7, первый 8 и второй 10 интеграторы со сбросом, коммутатор 11 и элемент 13 выборки-хранения, При этом вход устройства соединен с входом модулятора 4, который соединен с последовательно включенным первым интегратором 8,(21) 4835345/21(57) Использование: в элект ной технике и автоматике, в с ления электрооборудование назначения, Сущность изобре ство для измерения скорости ременного напряжения пороговый элемент 1, умножи на 4, Т-триггер 3, модулятор второй 12 сумматоры по мо вый 6 и второй 9 формироват сброса, инвертор 7, первый интеграторы со сбросом, к элемент 13 выборки-хранени роизмерительистемах управм различного тения;устрой- изменения песодержиттель 2 частоты 4, первый 5 и дулю два пер ели импульсов 8 и второй 10 оммутатор 11, я. 2 ил. размыкающим контактом коммутатора 11 и элементом 13 выборки-хранения, управляющий вход которого соединен с первым входом второго сумматора 12 по модулю два, входом Т-триггера 3 и выходом умножителя 2 частоты на 4, вход которого соединен с выходом порогового элемента 1 и первым входом первого сумматора 5 по модулю два, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора 12 по модулю два, прямым выходом Т-триггера 3 и входом первого формирователя 6 импульсов сброса, выход которого соединен с входом сброса первого интегратора 8, выход первого сумматора 5 по модулю два соединен с управляющим входом модулятора 4, вход которого соединен с входом порогового элемента 1, а выход - с последовательно соединенными инвертором 7, вторым интегратором 10 и замыкающим контактом коммутатора 11, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора 12 по модулю два, а вход сброса второго интегратора 10 соединен с выходом второго фор1780030 Овх =(С) Э 1 П В 1,Об= 20 О 9= Ое при Овх 0;О при ОвО,О 1=(2) 25 О 12 = мирователя 9 импульсов сброса, вход которого соединен с инверсным выходом Т-триггера 3, выход элемента 13 выборки-хранения соединен с выходом устройства.Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения работает следующим образом.На входе устройства действует модулированный по амплитуде гармонический сиг- нал где (1) - модулирующая функция;в=2 л/Т - частота переменного напряжения;Т - период,Этот сигнал поступает на вход порогового элемента 1, выходное напряжение которого имеет вид последовательности прямоугольных импульсов ГДЕ Ое = СОПЭ 1 - НаПРЯжЕНИЕ, СООтВЕтСтВУЮ- щее уровню логической единицы,Сигнал О 1 с выхода порогового элемента 1 поступает на вход умножителя 2 частоты на 4, который формирует последовательность прямоугольных импульсов О 2, следующих с частотой, в 4 раза превышающей частоту в входного сигнала, и амплитУДой Ое. НапРЯжение Ог с выхоДа умножителя 2 частоты поступает на вход Т-триггера 3. При этом на прямом и инверсном выходах Т-триггера 3 формируются импульсные последовательности соответственно: Ое при 0 ЫТ/4 и Т/2 тЗТ/4;0 при Т/41/2 и ЗТ/4 Т (3) О при 0 сТ/4 и Т/2 тЗТ 4Оз=Ое при Т/4 сТ/3 и ЗТ/4 тТ.(4)Импульсы О 1 (2) с выхода порогового элемента поступают на первыи вход первого сумматора 5 по модулю два, на второй вход которого поступают импульсы Оз (3) с прямого выхода Т-триггера 3. 8 результате на выходе первого сумматора 5 по модулю два формируется сигналО при 0 сТ/4 и ЗТ/4 тТ,Об =Ое при Т/4 тЗТ/ (5) Импульсы Об с выхода первого сумматора 5 по модулю два поступают на управляющий вход модулятора 4, коэффициент передачи которого определяется выражени ем 1 и ри Об == Ое (Т/41 ЗТ/4): К 4 =-1 при Об = 0 (0 ЕТ/4; ЗТ/4 сТ),(б) 10 Сигналы Оз и Оз прямого и инверсного выходов Т-триггера 3 поступают на входы соответственно первого б и второго 9 формирователей импульсов сброса, которые формируют короткие импульсы в моменты 15 времени, соответствующие передним фронтам импульсов Оз и Оз, т.е,Ое при т = ГПТ/2, Гп = О, 1, 2,:0 при сгпТ/2 гп = О, 1, 2; О е и ри 1 = Т/4(2 гп+1), гп = О. 1, 2 О при тТ/4(2 гп+1), гп.= О, 1, 2,. Импульсы Об и О 9 с выходов первого би второго 9 формирователей импульсов сброса поступают на входы сброса соответственно первого 8 и второго 10 интеграто ров, 8 моменты действия импульсов Об и Оэна входах сброса первого 8 и второго 10 интеграторов происходит их установка в начальное состояние Ов = О и О 1 оО.Сигналы с прямого выхода Т-триггера и 35 выхода умножителя 2 частоты на 4 поступают соответственно на первый и второй входы второго сумматора 12 по модулю два.При этом на выходе сумматора 12 по модулю два формируются импульсы40 Ое при Т/81(ЗТ/8 и 5 Т/817 Т/8; 0 при 0 тТ/8: ЗТ/8 т 5 Т/8 и7 Т/8 тТ,Импульсы О 12 с выхода второго сумматора 12 по модулю два поступают на управляющий вход коммутатора 11, При О 12 = О переключающий элемент коммутатора 11 50 находится в положении "а" и к информационному входу элемента 13 выборки-хранения подключаются выход первого интегратора 8 со сбросом, При О 12 = Ое переключающий элемент коммутатора 11 55 находится в положении "б" и к информационному входу элемента 13 выборки-хранения подключается выход второго интегратора 10 со сбросом,Запись информации в элементе 13 вь- борки-хранения осуществляется передними1780030 10 О 4 =25 О 7 = -О 4 = Овх = с)зп ал при 0 сТ/4, ЗТ/4 с 1,ТУ 2 30 фронтами импульсов О 2 с выхода умножителя 2 частоты на 4, С учетом логики работы коммутатора 11 в моменты времени с = гпТ/2, щ =0,1,2,.вустройстве 13 выборки-хранения записывается напряжение первого интегратора 8, а в моменты времени с =(2 т+ 1)Т/4, гп = О, 1, 2,. - выходное напряжение второго интегратора 10.Измерение скорости изменения переменного напряжения осуществляется следующим образом. Входной сигнал Овх (1) поступает на информационный вход модулятора 4. Так как коэффициент передачи модулятора 4 изменяется в соответствии с выражением (6), то выходной сигнал модулятора 4 имеет вид О вх =(с)э и в с при Т/4 т.ЗТ/4;Овх =- (с)81 п й) с при 0 сТ/4; ЗТ/4 сТ,Выходной сигнал О 4 модулятора 4 поступает на вход инвертора 7, который формирует напряжение - Овх = - с)юп й с приТ/4 сЗТ/4; Сигналы О 4 и О 7 с выходов модулятора 4 и инвертора поступают на входы соответственно первого 8 и второго 10 интеграторов со сбросом. Первый интегратор 8 со сбросом устанавливается в исходное состояние в моменты времени сп = аТ/2, щ = О, 1, 2 т.е. при с = О, с = Т/2, с =-Т и т,д. Второй интегратор 10 устанавливается в исходное состояние в моменты времени с 2 в+1 = (2 в+1)Т/4, т,е, при с = Т/4, с = ЗТ/4 и т.д, Следовательно, оба интегратора 8 и 10 выполняют интегрирование входных сигналов О 4 и О 7 за половину периода, но их интервалы интегрирования сдвинуты друг относительно друга на четверть периода (Т/4). При этом интегрирование сигналов осуществляется так, что в первую половину интервала измерения, равную четверти периода (Т/4) измеряемого сигнала, осуществляется интегрирование импульса отрицательной полярности, во вторую половину - импульса положительной полярности. В результате в конце интервала интегрирования на выходе соответствующего интегратора формируется напряжение, пропорциональное разности двух интегралов от входного сигнала за равные промежутки времени, но сдвинутые относительно друг друга на четверть периода,В моменты времени с =- Т/4 на выходевторого интегратора 10 с коэффициентомпередачи К 1 о формируется напряжение 5 т/4 Оо (4) Кю Х От (с)И ТГ 4К 1 о Х х 4 (с)зп в с с 3 с ) которое пропорционально скорости изменения входного сигнала за интервал времени -Т/4 сТ/4. В момент времени с = Т/4 напряжение Осо через коммутатор 1, пере ключающий элемент которого в этот момент времени находится в положекли "б", поступает на вход элемента 13 выборки-хранения и записывается в нем. Аналогичные процессы происходят в момент времеки с = ЗТ/4.В момент времени с = Т/2 на выходе первого интегратора 8 со сбросом с коэффициентом передачи Кв формируется напря- жение ТО 8 ( - ) = К 8 3 о О 4 (с) Ос = 2 т/2- КаХ Цс) япсосб 1),35 которое пропорционально скорости изменения входного сигнала за интервал времени 0 сТ/2. В момент времени с =, /2 напряжение О 8 через коммутатор 11, переключающий элемент которого в этот момент 40 времени находится в положении "а, поступает на вход элемента 13 выборки-хранения и записывается в нем. Аналогичкые процессы происходят в момент времени с = Т.Таким образом, четыре раза за период 45 в моменты временис=Т/4; с=Т/2: с=ЗТ/4и с = Т в элементе 13 выборки-хранения записывается сигнал, пропорциональный средней скорости изменения переменного напряжения за предшествующий интервал, 50 равный половине периода измеряемого сигнала. Следовательно, измерение скорости лзменения переменного напряжения в пред лагаемом устройстве осуществляетсяинтегрированием произведения тока ка опорный прямоугольный сигнал за половину периода измеряемого напряжения, а измеренные значения поступают на выход устройства с периодом дискретизации, рав 1780030ным четверти периода измеряемого сигнала, Другим важным достоинством устройства для измерения скорости измененияпеременного напряжения является его высокая помехоустойчивость, которая обьясняется алгоритмом функционированияустройства, включающим интегрированиевходного напряжения.Использование предлагаемого устройства для измерения скорости изменения переменного напряжения позволит повыситьэффективность и качество работы автоматизированного электрооборудования различного назначения,Формула изобретения 15Устройство для измерения скорости изменения переменного напряжения, содержащее два интегратора со сбросом,коммутатор и элемент выборки-хранения,о т л и ч а ю щ е е с я т ем, что, с целью 20повыиения быстродействия, в него дополнительно введены пороговый элемент, умножитель частоты на 4, два формирователяимпульсов вброса, инвертор, два сумматорапо модулю два и Т-триггер, причем вход 25устройства соединен с входом модулятора,котооый соединен с последовательно включенным первым интегратором, размыкающим контактом коммутатора и элементом выборки-хранения, управляющий вход которого соединен с первым входом второго сумматора по модулю два, входом Т-триггера и выходом умножителя частоты на 4, вход которого соединен с выходом порогового элемента и первым входом первого сумматора по модулю два, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора по модулю два, прямым выходом Т-триггера и входом первого формирователя импульсов сброса, выход которого соединен с входом сброса первого интегратора, выход первого сумматора по модулю два соединен с управляющим входом модулятора, вход которого соединен с входом порогового элемента, а выход - с последовательно соединенными инвертором, вторым интегратором и замыкающим контактом коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом второго сумматора по модулю два, а вход сброса второго интегратора соединен с выходом второго формирователя импульсов сброса, входкоторого соединен с инверсным выходом Т- триггера, выход элемента выборки-хранения соединен с выходом устройства.Тг 0 оста вител ь С. Малафеевехред М,Моргентал рректор Е.П дакто и ГКНТ СС ород, ул,Гагарина, 101 оизводствен но-издательский комбинат "Патен аказ 4434 Тираж ВНИИПИ Государсгвенного комитета 113035. Москва, Ж