2.18. Схемы сравнения двух электрических величин

Схемы сравнения двух абсолютных значений электрических величин. Схемы сравнения а бсолютных значений получили распространение в ИО, где сравниваются выпрямленные напряжения |U₁| и |U₂|. 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 иVS2 соединяются одноименными полюсами, а в рассечку провода включается реагирующий орган РО. Под влиянием разности напряжений |U_I| – |U_II| в РО появляется токI_PO. При |U_I| > |U_II| токI_POимеет положительный знак, и РО действует. Резисторы Н1 и Я2 шунтируют выпрямители и образуют контур с малым сопротивлением, по которому проходит токI_VSпомимо выпрямителей, представляющих большое сопротивление для токов обратного направления.

В схеме сравнения на циркуляции токов (рис. 2.61, б) выпрямители VS1 иVS2 соединяются последовательно разнополярными зажимами. Реагирующий орган РО подключается к зажимамmn параллельно обоим выпрямителям. В РО проходит токI_PO= |I_I| – |I_II|. При равенстве |I_I| и |I_II|I_PO= О. Баластные сопротивленияR1 иR2 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_IиU_IIи приходит в действие при значении ψ, удовлетворяющем условию

φ₁<ψ< φ₂, (2.48)

где φ₁и φ₂– углы, ограничивающие зону действия реле (рис. 2.62, б, в).

Знак и значение выходного напряжения U_ВЫХфазосравнивающей схемы, определяющего поведение реле, зависят от сдвига фаз междуU_IиU_II, т. е.U_ВЫХ=f(ψ). При выполнении условия (2.48)U_ВЫХположительно, ИО действует.

Способы сравнения фаз. По способу сравнения фаз U_IиU_II, или, иначе говоря, по типу фазосравнивающей схемы, разлиают 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_IиU_IIв определенный момент времени, например в момент положительного максимума напряженияU_I(рис. 2.63).

Для этой цели при прохождении напряжения U_Iчерез положительный максимум формируется короткий импульс напряжения(рис. 2.63, а). Если положительный импульссовпал с положительным мгновенным значением второго напряженияU_II, то на выходе схемы появляется сигнал (напряжениеU_ВЫХ) и ИО срабатывает. Если знаки импульсаи напряжения U_IIразличны – реле не действует.

Как видно из рис. 2.63, а, при выбранном моменте сравнения (во время прохожденияU_Iчерез максимум) совпадение положительных значенийU_IиU_IIвозможно при условии, что угол сдвига фаз будет находиться в пределах

– 90^o ≤ ψ ≤ + 90^o. (2.49)

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

Сравнение фаз на времяимпульсном принципе. К схеме сравнения подводятся напряжения U_IиU_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_IиU_II одинаковы, а в другой (не заштрихованной) – различны. В отрицательном полупериодеU_Iкартина совпадения и различия знаков обоих напряжений повторяется.

Угол совпадения φ_Cв пределах которого знакиU_IиU_II совпадают, и соответствующее ему время совпадения знаковt_C, зависят от угла сдвига фаз ψ (рис. 2.64, б):

φ_C = π – φ. (2.50)

Подставив в (2.50) углы φ_C= ωt_C, ψ = ωt_HCиπ= ωТ/2 и разделив все члены уравнения на ω, найдем зависимость времени

совпадения t_C, от ψ:

(2.51)

где t_HC, – время несовпадения фаз. Полученная зависимостьt_C=f (ψ) представлена на рис. 2.65.

При совпадении фаз (ψ = О) знаки мгновенных значений U_IиU_IIбудут совпадать в течение всего полупериода, при этом φ_C=π, аt_C= Т/2.

С увеличением ψ φ_Cиt_C, будут уменьшаться, становясь меньшеπи Т/2. Когда фазыU_IиU_IIразойдутся на 180^o(ψ = π), знакиU_IиU_IIбудут различны в течение всего полупериода, и поэтому φ_Cиt_Cравны нулю.

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