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
контур 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).

Схема 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.

Как 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.