DE1591884A1

DE1591884A1 - Phasenfolgekomparator

Info

Publication number: DE1591884A1
Application number: DE19671591884
Authority: DE
Inventors: Spencer Derek John; Eric Paddison
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1966-12-16
Filing date: 1967-12-15
Publication date: 1971-01-14
Also published as: GB1168458A; CH470669A; US3553489A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

t München 2, 15, Dez. 1967

UNSER ZEICHEN. 11 147

THE ENGLISH ILECTRIO 00ΜΡΑΝΪ LJJOTBD, London W.C.2, England

Phaaenfolgekomparator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasenfolgekomparator.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen folgekomparator zum Fühlen der Reihenfolge mehrerer ihm nacheinander zugeführter Eingangssignalef ein erfindungsgemäßer Komparator umfaßt mindestens zwei bistabile Vorrichtungen, von denen jede einen ersten Eingang hat, der so geschaltet ist, daß ihm sowohl ein erstes als auch ein zweites der erwähnten Signale zugeführt werden kann, sowie einen zweiten Eingang zum Zuführen eines weiteren der erwähnten Signale, wobei sich die den bistabilen Vorrichtungen zugeführten weiteren Signale voneinander unterscheiden, sowie Detektormittel zum Nachweisen einer gleichzeitigen Änderung des Zustandes aller Vorrichtungen in Abnängigkeit von den ihnen zugeführten zweiten Signalen.

Bei den EingangS3ignalen kann es sich zweckmäßig um Impulse handeln, die aus verschiedenen sinusförmigen Eingangsgrößen in vorbestimmten Augenblicken Ihrer Perioden abgeleitet werden, z.B. jeweils im Augenblick des Übergangs zwischen der

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positiven und der negativen Polarität, wobei die Polarität dieser Impulse positiv und negativ sein kann, und zwar jeweils entsprechend der Polarität, die das Signal während der folgenden Halbperiode aufweist.

Die Detektormittel können ein Und-Gatter umfassen, mittels dessen an verschiedenen Eingängen die Ausgangesignale aller bistabilen Vorrichtungen zusammen mit dem zweiten Signal empfangen werden, wobei das Gatter nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine Übereinstimmung zwischen allen seinen Eingangs-* Signalen besteht, wobei diese Signale entweder alle eine positive oder eine negative Polarität aufweisen.

Dieses Ausgangösignal des Und-3-atters kann verwendet werden, um eine Schutzwirkung auszuüben. Alternativ ist es jedoch möglich, die Ausgangssignale der Lomparatoren gemeinsamen Detektormitteln zuzuführen, die zwei Und-Gatter umfassen, von denen eines geeignet ist, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von gleichzeitig auftretenden Impulsen einer bestimmten Polarität zu erzeugen, während das andere Gatter geeignet ist, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom gleichzeitigen Auftreten von Impulsen der entgegengesetzten Polarität zu erzeugen, wobei die Ausgangssignale der beiden Gatter ihrerseits einem weiteren Und-Gatter zugeführt werden, nachdem sie v/ährend einer vorbestimmten Zeitspanne verlängert (extended) worden sind.

Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere bei Schutzrelais gegeben, bei denen es die Erfindung ermöglicht, die i'oige von vier Tektorgrößen derjenigen Form zu fühlen, welche in dem Patent 1 096 279 beschrieben ist, d.h. von den

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beiden Vektoren, welche die Grenzbedingungen für die Betätigung des Relais bestiiaisen (entsprechend den eingangs erwähnten ersten und zweiten Signalen) sowie von zwei weiteren Vektoren, von denen sich einer nach dem Widerstand der geschützten Einrichtung richtet, während der andere Vektor sowohl vom Widerstand der iiinricatung ala auch von einer Vektorgröße abhängt, die eine vorbestimmte «röße und einen vorbestimmten Phasenwinkel aufweisen kann und zvieckmäßig eine .antfernungsgrenze für entfernt angeordnete Jcnutarelais bestimmt. In einem aolchen rail werden zwei bistabile Vorrichtungen verwendet j das der einen Vorrichtung zugeführte weitere signal wird durch einen der erwähnten weiteren Vektoren bestimmt, während sich das der anderen Vorrichtung zugeiiihrte weitere cignal nach dem anderen Vektor richtet, rfie in dem weiter oben genannten Patent eingehender beschrieben, zeigt das Auftreten dieser beiden weiteren Signale in beiden Reihenfolgen zwischen den beiden "Befarenzungs"-oignalen einen -rehler in ier ijinrichtunt: an, so daß in einem solchen i?all geeignete wcnutzmaßnahmen durchgeführt werden können.

».eitere 'i-iinzülheiten una Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der iolgenden Besenreibung mehrerer Ausführungsbei— spiele an .uu_nd der zeichnungen.

Eig, 1 zeigt eine bistabile Vorrichtung in form eines Magnetkerns mit Eingangs- und Ausgangswicklungen, der bei einem erfinaun_ös£emä£en ilomparatir verwendet wird.

Pig. 2 zeigt in einem ilockdiagraam einen erfindungsgemäßen Phasenfolgekomparator.

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Fig. 3 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform eines Und-Satters, mittels dessen ein zeitliches Zusammentreffen nachgewiesen wird.

Fig. 4 zeigt in einem Blockdiagramm eine weitere Ausführungsform eines Phasenfolgekomparators nach der Erfindung.

Beim Fühlen der vier Vektorgrößen werden anfänglich vier Impulse A, B, C und D aus den sinusförmigen Signalen abgeleitet, und zwar jev/eils im Augenblick ihres Übergangs von der einen tolarität zur anderen} mit anderen Worten, ein positiver Impuls wird jeweils dann erzeugt, wenn das betreffende Signal positiv wird, und ein negativer Impuls wird dann erzeugt, wenn das betreffende Signal negativ wird. Die durch die Impulse A und D repräsentierten Vektorgrößen werden als die weiter oben erwähnten Grenzwerte betrachtet, und die Größen j3 und C können zwischen diesen Impulsen in der einen oder anderen Reihenfolge erscheinen; v.enn ein Vergleich sowohl bezüglich der positiven Impulse als auch bezüglich der negativen Impulse in dem gleichen Schaltungselement durchgeführt werden soll, dürfen diese Begrenzungsimpulse A und D nicht weiter als 180° voneinander entfernt sein. Da die Impulse B und C in der einen oder anderen Reihenfolge eintreffen können, ist es möglich, den Vergleich gesondert durchzuführen; wenn man voraussetzt, daß der Impuls B zwischen den Impulsen A und D in dem einen Komparator erscheint, und daß der Impuls C zwiscnen den Impulsen A und D in einem anderen Komparator erscheint, muß die gesamte Reihenfolge entweder ABCD oder ACBD lauten. Lie weitere Beschreibung beschränkt sich daher auf die ,lirkungsweise eines !Comparators für den Fall, daß eine Folge ABL nachgewiesen v/ird.

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In S¹Ig. 1 erkennt man einen Komparator in Form eines Magnetkerns. Genauer gesagt hat der Kern die Form eines Eings aus Ferrit, der zwei Eingangswicklungen 2 und 3 und eine Ausgangs- oder "j?ühl "-Wicklung 4 trägt} hierbei werden der v/icklung 2 die Impulse A und D zugeführt, während der Wicklung 3 der Impuls B zugeführt wird. Das Material des Kerns besitzt eine rechteckige Schleifencharakteristik, und wennmman annimmt, daß die folge der Impulse gleich ABD ist, wird der anfängliche positive Impuls A, der der Wicklung 2 zugeführt wird, den Kern in einen bestimmten magnetischen Zustand bringen, und der nachfolgende Impuls B, der der Wicklung 3 zugeführt wird, bewirkt eine "Umstellung" des Zustandes des Kerns, so daß die Ausgangswicklung 4 durch eine Änderung des Magnetflusses beeinflußt wird} Auf diese Weise wird ein Impuls mit einer bestimmten Polarität erzeugt, und der nachfolgende Impuls D, der der Wicklung 2 zugeführt wird, bewirkt erneut eine "Umkehrung" des Zustandes des ώ-erns, so daß in der Wicklung 4 ein Impuls mit der entgegengesetzten Polarität induziert wird. Demnach erscheinen die negativen Impulse ABD in dieser .Reihenfolge, so daß sich der Zustand des Kerns ständig ändert, wenn die verschiedenen Impulse zugeführt werden.

Sollte sich jetzt die Heihenfolge so ändern, daß die Impulse A und D direkt aufeinander folgen, wird die Folge von Änderungen des Zustandes des Kerns unterbrochen, und der Impuls D bewirkt nicht die Erzeugung eines Ausgangsimpulses} vielmehr wird eine Änderung nur in Abhängigkeit von dem Impuls B bewirkt.

Der Kern 1 arbeitet somit als eine bistabile Vorrichtung, wobei sich sein betriebszustand synchron mit der Zufuhr der

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Eingangsimpulse ändert, wenn diese Impulse in der richtigen Reihenfolge zugeführt werden. Insoweit kann der Komparator somit durch jede geeignete bistabile Vorrichtung gebildet v/eraen, z.B. durch eine Bccles-Jordan-Triggerschaltunci, bei der die Impulse A und I» dem einen Eingang zugeführt werden, während der Impuls B dem anderen Eingang zugeführt wird.

.»ie schon erwähnt, wird ein weiterer gleichartiger Komparator dazu benutzt, die Reihenfolge der Impulse A, 0 und D zu ermitteln? wenn die Impulsfolgen ABI» und ACD in der richtigen Reihenfolge erscheinen, geben die beiden Komparatoren stets gleichzeitig auftretende Ausgangsimpulse ab, sobald der Impuls D zugeführt wird, wie es auch bei allen Impulsen A der Fall ist, die auf den ersten Impuls folgen.

Pig. 2 zeigt eine Ausföhrungsform einer logischen Schaltung zum Nachweisen dieses Zusammentreffens.

Die Schaltung nach Pig. 2 umfaßt vier EingangS3tufen 5 ,bis 8, mittels deren die Impulse A bis D erzeugt werden, ferner zwei Trennstufen 9 und 10, die verhindern, daß die Impulse A und D in ./echselwirkung mit den zugehörigen Quellen treten, zwei Komparatoren 11 und 12 der soeben beschriebenen Art sowie ein Und-Gatter 13. Dem Komparator 11 werden die Impulse A und D von der Trennstufe 9 aus zugeführt, während ihm der Impuls B von seiner Singangsetufe 6 aus zugeführt wird, ,!erm die Impulse A, i3 und D in der richtigen Reihenfolge eintreffen, wird eine Reihe von Ausgangsimpulsen, die gleichzeitig mit den Eingangsimpulsen auftreten, einem Eingang des Und-Gatters 13 zugeführt. Entsprechend werden dem Komparator 12 die Impulse A und D von der Jrennstafe 10 aus zugeführt, während ihm der Iapuls C von

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der zugehörigen .cingangsstufe 7 aus zugeführt wird. (Venn die Impulse A, O und D in der richtigen Reihenfolge eintreffen, wird wiederum eine kleine von Aus^angsimpulsen einem Eingang des Und-Gatters 13 zugeführt. Außerdem wird ein ¹D'-Impuls direkt von der üingangsstufe 6 aus einen weiteren Eingang des Und-Gatters zugeführt, so daß das Gatter nur dann ein Au&gangssignal erzeugt, wenn dieser ¹D'-Impuls mit zwei gleichzeitig auftretenden Ausgangaimpulsen der Lomparatoren 11 und 12 zusamaentrifft. Dieses Zusammentreffen der drei Impulse ergibt eich nur dann, wenn der Impuls Δ z.viechen den Impulsen A und D und der Impuls G zwischen den impulsen A und D auitritt, d.h. wenn die keiheniolge aller vier Impulse entweder ABCD oder AOBD lautet. Die Impulse A bis D treten sowohl mit einer positiven als auch einer negativen folaritat auf, und das Und-Gatter 13 auü beide Arten von Impulsen verarbeiten können, ^ine Ausiüürungsform eines Gatters, das diesem Zweck dienen kann, ist in rig. 3 dargestellt.

Genauer gesagt umfaßt das Gatter nach fig. 3 zwei Sätze von ie drei in iteihe geschalteten ITPH-Iransistoren 15A, 15B, 16A, 16b, 17a und 17£» denen ein _bemeinsaa.er Kollektorbelastungswiderstand 18'zugeordnet ist; die Basiselektroden von $e zwei einander entsprecaenden Transistoren sind jeweils an eine von drei mit einem I-littelabgrifl verseaenen Wicklungen 20* 21 und 22 angeschlossen. An der fricLlung 20 erscheint das Aujgangssignal des Komparators 11, an der »ficklung 21 erscheint das Ausgangssignal des comparators 12, und an der Wicklung 22 erscheint der der Eingangsschaltung S entnommene 'D'-Steuerimpuls. >ienn bei dem Komparator der iaagnetkern nach Fig. 1 verwendet wird, können die .Vicklungen 20 und 21 die mit einem Mittelabgriff

BADORfGIfSlAt'
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- 8 versehene Ausgangswicklung 3 bilden.

Bei dieser Gatterschaltung betätigen positiv gerichtete Impulse, die gleichzeitig auftreten, eine Hälfte der drei vVicklungen, so daß die Transistoren 15A, 16A und 17A eingeschaltet werden, damit ein Ausgangssignal erzeugt wird. Die negativ gerichteten Impulse betätigen die andere Hälfte der drei Wicklungen (positiv), um die Transistoren 15B, 16B und 17B einzuschalten. Somit kann ein Ausgangssignal sowohl in Abhängigkeit von positiv gerichteten als auch in Abhängigkeit von negativ gerichteten Impulsen A bis D erzeugt werden.

Auf diese ./eise wird die Betätigungszeit, die benötigt wird, um das Auftreten der Impulse A bis D in einer der beiden erwähnten Reihenfolgen nachzuweisen, auf ein Minimum verkürzt, und obwohl nur eine Polarität dieser Impulse berücksichtigt zu werden braucht, um eine bestimmte ü'olge nachzuweisen, könnte die Betätigungszeit eine Verlängerung bis zum Zweifachen im Vergleich zu dem vorangeuenden Pail erfahren. Wenn jedoch eine Betätigung nur in Abhängigkeit von Impulsen einer bestimmten Polarität erfolgt, d.h. nur während einer Halbperiode der Sinuswelle, können zehler auitreten, die auf "Obergangskomponenten" zurückzuführen sind, und um dies zu vermeiden, muß die Betätigung davon abhängen, daS ein Ausgangssignal sowohl aus positiven als auch aus negativen Impulsen abgeleitet wird, wobei die ganze Periode der i/elle berücksichtigt wird, so daß sieh die auf Übergangserscheinungen zurückzuführenden Fehler ausgleichen·

Line Scnaltun_ö, die nur auf beide Polaritäten von Impulsen anspricht, die in den bestimmten üeihenfolgen auftreten,

C C 9 e 8 3 / 0 4 4 6

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ist in ilg. 4 gezeigt; in Pig. 4 sind diejenigen Schaltungselemente, welche die gleichen Aufgaben erfüllen wie die an Hand von Fig. 2 beschriebenen, jeweils mit den gleiohen .Bezugszahlen bezeichnet. tremäS fig. 4 wird das Ausgangs signal des ABD-Komparators 11 sowohl einem ünd-öatter 24 als auch einem Und-G-atter zugeführt, und entsprechend wird das Ausgangssignal des ACD-Komparators 12 den beiden Und-Sattem zugeführt, wobei beiden Und-Gattern zusätzlich ein ¹D'-Impuls als Eingangssignal von der Eingangsstufe 8 aus zugeführt wird. Das Und-Gatter 24 ist jedoch so ausgebildet, daß es nur auf positive Koinzidenzimpulse anspricht, während das Und-Gatter 25 nur auf negative Koinzidenzimpulse anspricht. Nimmt man an, daß die Impulse ABD und AOD in dieser Reihenfolge eintreffen, erscheint am Ausgang des Gatters 24 ein Ausgangssignal dann, wenn eine Koinzidenz der D-Impulse in einem positiven Sinne besteht, und daB Gatter 25 erzeugt ein Ausgangssignal bei einer Koinzidenz dieser Impulse in einem negativen Sinne. Diese Ausgangsjnnptlse sind jeweils durch eine Hälfte einer Periode getrennt, und die werden dann über Impulsverlängerungsschaltungen 26 und 27 weitergeleitet, bevor sie dem gemeinsamen Und-Gatter 28 zugeführt werden.

Diese Impulsverlängerungsschaltungen sind so ausgebildet, daß sie die Impulslänge jeweils um eine Zeitspanne verlängern, die mindestens der Länge einer halben Periode entspricht, um eine Koinzidenz an dem TJnd-Gatter 28 zu gewährleisten, so daß ein Ausgangssignal jeweils dann erzeugt wird, wenn die .Reihenfolge der Ein^angsiaipulse ABCD oder AGBD lautet.

Patentansprüche:

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Claims

P 1 ί £ N I A H S ί fi Ü G H B

1· folgekomparator zum fühlen der Reihenfolge mehrerer ihn nacheinander zugefUhrter Eingangssignale, wobei der Komparator mindestens zwei bistabile Vorrichtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß jede bistabile Vorrichtung (11, 12) einen ersten Eingang besitzt, d4m sowohl ein erstes als auch ein zweites der erwähnten Signale zugeführt werden kann, sowie einen zweiten Eingang zum Zuführen eines weiteren Signals, wobei sich die den bistabilen Vorrichtungen zugeführten weiteren Signale voneinander unterscheiden, wobei Detektormittel (13; 24 bis 28) vorgesehen sind, um eine gleichzeitige Änderung des Zustandes aller Vorrichtungen in Abhängigkeit von den ihnen zugeführten zweiten Signalen nachzuweisen·

2» Komparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Eingangssignal die form von Impulsen haben, die aus verschiedenen sinusförmigen Eingangsgrößen in vorbestimmten Zeitpunkten während ihrer Perioden abgeleitet werden, wobei die Polarität der Impulse der Sichtung der Sighaländerung in dem betreffenden Augenblick entspricht.

3. Komparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoraittel ein Und-Gatttr (13) uefassen, das mehrere Eingänge besitzt, die getrennt alt den entsprechenden Ausgängen aller bistabilen Vorrichtungen und einen weiteren Eingang sub Empfangen de« zweiten Signals tu. nden sind, wobei das Und-öatter ein Ausgangssignal nur dann er-

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zeugt, wenn alle Eingangasignale des Gatters zusammentreffen.

4. Komparator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Und-Gatter zwei parallele Reihen von fransistoren (15A, 15B bis 17A, 17B) umfaßt, die mit einem gemeinsamen Belastungswiderstand (18) verbunden sind, wobei die Transistoren innerhalb jeder Reihe in ßeihe geschaltete Kollektor-jimitter-Leitungswege aufweisen, und wobei die Basiselektroden der einander entsprechenden Transistoren Über jeweils mit einem Littelabgriff versehene Wicklungen (20 bis 22) verbunden sind, die jeweils so angeschlossen sind, daß ihnen die Ausgan^ssignale der bistabilen Torrichtungen und das zweite Signal zugeführt werden.

5. Komparator nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet » daß die Detektormittel zwei Und-Gatter (24,25) umfassen, wobei jedes Gatter mehrere Eingänge besitzt, die getrennt mit den entsprechenden Auegängen aller bistabilen Vorrichtungen verounden sind, wobei ein weiterer Eingang zu« Zuführen des zweiten Signals vorgesehen ist, und wobei ein Ausgangs, signal durch eines der Und-Gatter in Abhängigkeit davon erzeugt wird, daß an allen seinen Eingängen zusammentreffende Impulse einer bestimmten Polarität erscheinen, und wobei das andere Und-Gatter ein Ausgangssignal in Abhängigkeit davon erzeugt, daß allen seinen Eingängen zusammentreffende Impulse der entgegengesetzten Polarität zugeführt werden.

6. Komparator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein weiteres Und-Gatter (2S) umfaßt, das zv/ei Eingänge beeitzt, denen die Ausgangsci,nölt sowohl des einen als auch des anderen Und-iatters über

r:: ο F s ■: Ui

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--a -U

Impulaverlängerungsschaltungen (26, 27) zugeführt werden, mittels deren die Impulslänge über einen Winkelbereich verlängert wird, der mindestens einer halben Periode der sinusförmigen Eingangsgröße entspricht.

7. Komparator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eich bei den bistabilen Torrichtungen um Hagnetkerne handelt·

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