PL218499B1 - Układ do pomiaru całki Joule'a oraz czasu zadziałania bezpieczników topikowych i wyłączników - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru całki Joule'a oraz czasu zadziałania bezpieczników topikowych i wyłączników, zwłaszcza przy prądzie przemiennym i w stanach nieustalonych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 121693 miernik całki Joule'a zawierający wzmacniacz połączony przez układ kwadratujący z integratorem, do którego jest dołączony człon sterujący, przy czym jedno wejście członu sterującego jest połączone z układem zwłocznym odblokowującym, a drugie wejście jest połączone z członem zwłocznym kasującym, połączonym równolegle z wyjściem członu zwłocznego odblokowującego, którego wejście połączone jest z wyjściem członu sprzęgającego. Sygnał napięciowy z członu sterującego odblokowuje integrator, umożliwiając całkowanie lub powoduje jego zablokowanie. Sygnał z integratora jest mierzony przy pomocy woltomierza, przyłączonego do wyjścia integratora.

Zgodnie z wynalazkiem przekładnik prądowy z kompensacją strumienia jest połączony poprzez tyrystorowy łącznik zwarciowy, fazowy układ wyzwalania i cyfrowy układ czasowy z wejściem układu sterującego. Do drugiego zacisku wejściowego jest przyłączony przekładnik prądowy pomocniczy, którego jedno wyjście jest połączone ze wspomnianym przekładnikiem prądowym, natomiast drugie wyjście połączone jest poprzez komparator z układem sterującym. Uzwojenie wtórne przekładnika prądowego jest połączone poprzez wzmacniacz i przetwornik true RMS z wejściem multipleksera analogowego, którego wyjście jest połączone poprzez przetwornik analogowo cyfrowy z układem sterującym. Równolegle z przetwornikiem true RMS, wyjście wzmacniacza jest połączone poprzez prostownik aktywny, którego wyjście połączone jest wejściem detektora S&H, zaś wyjście detektora dołączone jest do kolejnego wejścia multipleksera. Do punktu pomiędzy wzmacniaczem a przetwornikiem true RMS jest przyłączone wejście analogowego układu kwadratującego, którego wyjście jest połączone z wejściem przetwornika napięcie-częstotliwość. Wyjście przetwornika napięcie-częstotliwość jest połączone poprzez bramkę z wejściem zliczającym licznika, przy czym drugie wejście bramki jest połączone z układem sterującym. Do zacisku wejściowego przekładnika prądowego jest podłączone, poprzez drugi wzmacniacz i drugi prostownik, wejście fazowego układu wyzwalania. Do wyjścia wzmacniacza jest dołączony drugi przetwornik true RMS, którego wyjście połączone jest z multiplekserem.

Do wyjścia prostownika aktywnego jest także dołączony komparator, którego wyjście jest połączone z jednym z wejść przerzutnika RS, natomiast wyjście przerzutnika RS jest połączone z wejściem bramki, której drugie wejście jest podłączone do generatora kwarcowego podstawy czasu. Wyjście bramki jest połączone z licznikiem, który połączony jest z zatrzaskowym rejestrem. Jednocześnie z licznikiem jest połączony timer, który jest wpięty pomiędzy wyjście z komparatora a drugie wejście przerzutnika RS.

Układ umożliwia zadawanie czasu trwania zwarcia i wybierania kąta załączenia zwarciowego. Dzięki zastosowaniu integratora cyfrowego nie występuje konieczność kłopotliwego dobierania stałej całkowania podczas pomiarów, niezależnie od czasu przepływu prądu probierczego. Układ umożliwia pomiar całki cieplnej w czasie trwania zwarcia w szerokim zakresie czasowym w zależności od pojemności licznika, oraz uzyskanie dużej rozdzielczości mierzonych odcinków czasu, która jest uzależniona od częstotliwości impulsów zegarowych i właściwości dynamicznych detektora zaniku prądu.

Układ może być wykorzystywany do pomiarów przy prądach przemiennych, odkształconych jak również z silną składową przejściową.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowy przyrządu.

Przekładnik prądowy 1 przenoszący składową stałą jest połączony poprzez dodatkową impedancję 2, tyrystorowy łącznik zwarciowy 3, fazowy układ wyzwalania 4 i cyfrowy układ czasowy 5 z wejściem układu sterującego 6. Do drugiego zacisku wejściowego jest przyłączony przekładnik prądowy pomocniczy 7, którego jeden zacisk wejściowy jest połączony z odczepem uzwojenia pierwotnego przekładnika prądowego 1, natomiast wyjście połączone jest poprzez komparator 8 z układem sterującym 6. Wyjście przekładnika 1 jest połączone poprzez wzmacniacz 9 i przetwornik true RMS 10 z jednym z wejść multipleksera analogowego 11, którego wyjście jest podłączone do wejścia przetwornika analogowo cyfrowego 12. Wyjście cyfrowe przetwornika analogowo-cyfrowego 11 jest połączone z układem sterującym 6. Wyjście wzmacniacza 9 jest połączone z wyjściem prostownika aktywnego 13 sterującego wejściem detektora 14 wartości szczytowej, którego wyjście jest połączone z kolejnym wejściem multipleksera analogowego 11. Do wyjścia wzmacniacza 9 jest przyłączone wejPL 218 499 B1 ście analogowego układu kwadratującego 15, którego wyjście jest połączone z wejściem przetwornika napięcie-częstotliwość 16. Wyjście przetwornika napięcia-częstotliwość 16 jest połączone poprzez bramkę 17 z wejściem zliczającym licznika 18, przy czym drugie wejście bramki 17 jest połączone z układem sterującym 6. Do zacisku wejściowego przekładnika prądowego 1 podłączone jest także wejście wzmacniacza 20, którego wyjście jest podłączone do wejścia prostownika 19. Wyjście prostownika 19 połączone jest z wejściem odniesienia fazowego układu wyzwalania 4. Do wyjścia wzmacniacza 20 jest dołączone wejście przetwornika RMS 21, którego wyjście połączone jest kolejnym wejściem multipleksera analogowego 11.

Do wyjścia prostownika 13 jest także dołączone wejście komparatora 22, którego wyjście jest połączone z jednym z wejść przerzutnika RS 23, natomiast wyjście przerzutnika RS 23 jest połączone z wejściem bramki 24, której drugie wejście jest podłączone do generatora kwarcowego 25 podstawy czasu. Wyjście bramki 24 jest połączone z wejściem zliczającym licznika 26 czasu, którego wyjście jest połączone z wejściem informacyjnym zatrzaskowego rejestru 27. Jednocześnie do wejścia kasującego licznika 26 jest połączone wyjście timera 28, którego wejście jest połączone z wyjściem komparatora 22. Drugie z wejść przerzutnika RS 23 podłączone jest do wyjścia timera 28. Wyjście komparatora 22 podłączone jest również do wejścia zezwalającego zatrzaskowego rejestru 27, którego wyjście informacyjne połączone jest z układem sterującym 6. Z układem sterującym połączone jest również wyjście informacyjne licznika 18, panel operatora 29 i dekoder wyświetlacza 30. Wyjście dekodera wyświetlacza 30 jest połączone z wejściem wyświetlacza 31.

Prąd zwarcia przepływa przez przekładnik prądowy 1 do łącznika zwarciowego 3, którego czas zamknięcia ustawia się przy pomocy cyfrowego układu czasowego 5. Za pomocą fazowego układu wyzwalania 4 zmienia się kąt załączenia łącznika 3. Impulsy odniesienia dla tego układu są kształtowane przez prostownik 19 sterowany przez wzmacniacz 20. Dołączony do wyjścia wzmacniacza 20 przetwornik true RMS 21 umożliwia pomiar wartości skutecznej napięcia. Prąd wyjściowy przekładnika 1 poddawany jest kondycjonowaniu przez wzmacniacz 9 na napięcie proporcjonalne do tego prądu, które jest następnie przetworzone przez przetwornik true RMS 1, w celu umożliwienia pomiaru wartości skutecznej prądu zwarcia. W drugiej gałęzi napięcie to jest prostowane za pomocą prostownika 13, a jego wartość maksymalna jest zapamiętywana w detektorze 14.

Poszczególne sygnały pomiarowe trafiają do wejść multipleksera analogowego 11, a z niego do przetwornika analogowo-cyfrowego 12. Informacja z przetwornika analogowo-cyfrowego 12 jest przenoszona za pośrednictwem układu sterującego 6 na dekoder 30. Do wzmacniacza 9 podłączone jest wyjście analogowego układu kwadratującego 15. Sygnał napięciowy na wyjściu tego układu, który jest wprost proporcjonalny do kwadratu prądu zwarcia, steruje wejściem przetwornika napięcia 16. Impulsy na wyjściu tego przetwornika napięcia 16 o częstotliwości wprost proporcjonalnej do kwadratu prądu zwarcia pobudzają licznik 18 za pośrednictwem bramki 17.

Komparator 22 służy do detekcji płynącego prądu w obwodzie przekładnika 1. Pojawienie się tego prądu ustawia wyjście komparatora 22 w stan wysoki, powodując ustawienie przerzutnika 23, który steruje bramką 24, co powoduje pojawienie się na jej wyjściu impulsów zegarowych z generatora 25 podstawy czasu. Impulsy te są zliczane przez licznik 26. W momencie pojawienia się stanu niskiego na wyjściu komparatora 22, na skutek przejścia prądu zwarcia przez zero lub przerwania obwodu, następuje przepisanie zawartości licznika 26 do zatrzaskowego rejestru 27. Jednocześnie zaczyna odliczać timer 28 ustawiony na określony czas, przekraczający czas zadziałania zabezpieczenia. Jeśli przed upływem tego czasu wyjście komparatora 22 przyjmuje stan wysoki w chwili przejścia przez zero, odliczanie czasu przez timer 28 zostanie anulowane. W przypadku przerwania obwodu zawartość licznika 26 zostaje od razu przepisana do rejestru 27, w którym zawarty jest rzeczywisty czas trwania zwarcia. Timer 28 zaczyna ponownie odliczać, a po upływie ustawionego czasu zmienia stan swojego wyjścia na niski, co powoduje wyzerowanie licznika 26 oraz przerzutnika RS 23.

Claims (3)

1. Układ do pomiaru całki Joule'a oraz czasu zadziałania bezpieczników topikowych i wyłączników, znamienny tym, że przekładnik prądowy (1) jest połączony poprzez wyłącznik zwarciowy (3), fazowy układ wyzwalania (4) i cyfrowy układ czasowy (5) z układem sterowania (6), przy czym drugie wejście fazowego układu sterowania (4) jest połączone poprzez prostownik (19) i wzmacniacz (20) z wyjściem przekładnika prądowego (1), natomiast drugie wyjście przekładnika prądowego (1) jest

PL 218 499 B1 połączone poprzez wzmacniacz (9) i przetwornik true RMS (10) z multiplekserem analogowym (11), a drugą gałęzią wyjście wzmacniacza (9) poprzez prostownik (13) i detektor (14) jest także połączone z kolejnym wejściem multipleksera analogowego (11), zaś kolejną gałęzią wyjście wzmacniacza (9) jest połączone poprzez zespół kwadratujący (15), a dalej przetwornik napięcie-częstotliwość (16) z wejściem bramki (17), której drugie wejście jest połączone z układem sterującym (6), zaś wyjście bramki (17) połączone jest z wejściem licznika (18) całki Joule'a, a poza tym licznik (18) połączony jest z układem sterującym (6), a wyjście multipleksera analogowego (11) jest połączone poprzez przetwornik analogowo cyfrowy (12) z układem sterującym (6), zaś punkt pomiędzy wzmacniaczem (20) a prostownikiem (19) jest połączony poprzez przetwornik (21) z wejściem multipleksera analogowego (11), a dodatkowo do wyjścia prostownika (13) jest dołączone, poprzez komparator (22), wejście przerzutnika RS (23), którego wyjście jest połączone z wejściem bramki (24), której drugie wejście jest połączone z wyjściem generatora (25) podstawy czasu, natomiast wyjście bramki (24) jest połączone z licznikiem (26).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do drugiego zacisku wejściowego jest podłączony pomocniczy przekładnik prądowy (7), którego jedno wyjście jest połączone z przekładnikiem prądowym (1), natomiast drugie wyjście połączone jest poprzez komparator (8) z układem sterowania (6).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy wyjściem przekładnika prądowego (1) a łącznikiem zwarciowym (3) jest włączona dodatkowa impedancja (2).