РЕЛЕ РАЗНОСТИ ФАЗ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности фаз сети и генератора.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор, тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности фаз.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются соответственно клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся соответственно повторителем и компаратором, входы которых соединены с выходом сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно, умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, а также первый, второй и третий исполнительные элементы, соединенные соответственно с выходом умножителя и первого и второго инверторов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжении сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки фазы генератора к фазе сети, но не вырабатывает сигнала допустимого (или недопустимого) рассогласования фаз генератора и сети в интервале возможной подстройки.

Техническим результатом изобретения является pacширение функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый выпрямительный блок, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, второй выпрямительный блок, вход которого является входом для подключения датчика напряжения сети, а также первый компаратор, элемент НЕ и исполнительный элемент, введены последовательно соединенные первый формирователь импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, вход которого соединен с входом первого выпрямительного блока, первый элемент И, и расширитель импульса, выход которого соединен с входом элемента НЕ, последовательно соединенные второй компаратор, вход которого соединен с входом второго выпрямительного блока, и второй формирователь импульса по переднему фронту, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, а также второй элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом первого выпрямительного блока, с выходом элемента НЕ и с выходом второго выпрямительного блока, а выход - соединен с входом исполнительного элемента.

Кроме того, длительность импульсов, формируемых первым и вторым формирователями импульсов, пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз напряжений генератора и сети.

Кроме того, длительность импульсов, формируемых расширителем импульсов, не менее периода напряжения генератора и периода напряжения сети.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности фаз, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Реле разности фаз (фиг.1) содержит первый выпрямительный блок 1, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, второй выпрямительный блок 2, вход которого является входом напряжения сети, первый 3 и второй 4 компараторы, входы которых соединены соответственно с входами первого 1 и второго 2 выпрямительных блоков, первый 5 и второй 6 формирователи импульсов по переднему фронту, входы которых соединены соответственно с выходами первого 3 и второго 4 компараторов, а также последовательно соединенные первый элемент И 7, входы которого соединены с выходами первого 5 и второго 6 формирователей импульсов по переднему фронту, расширитель 8 импульсов, элемент HE 9, второй элемент И 10, другие входы которого соединены с выходами соответственно первого 8 и второго 9 выпрямительных блоков, и исполнительный элемент 11.

Формирователи 5 и 6 вырабатывают импульсы, длительность которых пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз входных сигналов, первый 1 и второй 2 выпрямительные блоки формируют сигналы с уровнем логической единицы при наличии сигналов сети и генератора на их входах, расширитель 8 импульсов формирует импульсы длительностью не менее периода входных сигналов по короткому импульсу на своем входе, исполнительный элемент 11 может быть выполнен в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом второго элемента И 10. Остальные блоки устройства также являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены как несущественные.

На фиг. 2а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого компаратора 3 (U3) (сигнал генератора), на фиг.2б, в, г - на выходе второго компаратора 4 (U4) (сигнал сети): б - вариант совпадения по фазе относительно сигнала генератора, в - вариант опережения по фазе относительно сигнала, генератора, г - вариант отставания по фазе относительного сигнала генератора. Заштрихованные части импульсов соответствуют временным положениям импульсов на выходах формирователя 5 для фиг.2а и формирователя 6 для фиг. 2б, в, г.

Работает реле разности фаз следующим образом.

Сигналы напряжений внешнего генератора U_г и сети U_c поступают на входы первого 1 и второго 2 выпрямительных блоков соответственно. При наличии напряжений генератора и сети на их выходах формируются сигналы с уровнем логической единицы, что позволяет сформировать сигнал разрешения срабатывания исполнительного элемента 11 путем подачи сигналов с выходов первого 1 и второго 2 выпрямительных блоков на входы второго элемента И 10.

Кроме того, на выходе первого компаратора 3 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала генератора фиг.2а, а на выходе второго компаратора 4 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала сети (фиг.2б, в, г), который может совпадать по фазе, опережать или отставать по фазе от сигнала генератора.

Пo переднему фронту каждого из импульсов на выходах первого 3 и второго 4 компараторов в соответствующем первом 5 и втором 6 формирователях формируются импульсы, длительность которых пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз входных сигналов (зашрихованные части сигналов на фиг. 2).

При совпадении временных положений импульсов, например на фиг.2а и фиг. 2б, на выходе первого элемента И 7 формируется импульс, который расширяется расширителем 8, но преобразуется в уровень логического нуля элементом НЕ 9. Поэтому исполнительный элемент 11 не срабатывает.

При сдвиге фазы напряжения сети более допустимого предела, задаваемого длительностью импульсов, формируемых на выходах первого 5 и второго формирователей импульса по переднему фронту, импульсы с выхода второго формирователя 6 перестают совпадать по времени с импульсами, формируемыми на выходе первого формирователя 5, поэтому на выходе первого элемента И 7 не формируется соответствующего импульса совпадения и на выходе расширителя 8 будет наблюдаться уровень логического нуля, который инвертируется элементом НЕ 9. Поэтому при наличии уроней логической единицы на выходах первого 1 и второго 2 выпрямительных блоков, что сигнализирует о наличии и напряжения генератора и напряжения сети, на выходе второго элемента И 10 формируется уровень логической единицы, что, в свою очередь, приводит к срабатыванию исполнительного элемента 11.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно вырабатывает не только сигнал, характеризующий наличие сигналов сети и генератора, но и вырабатывает сигнал допустимого (или недопустимого) рассогласования фаз напряжений генератора и сети.

Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах. Т.2: Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - М.: изд-во МЭИ, 1998, с. 390, рис. 35.10.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 355, рис. 12.16 (прототип).

Изобретение относится к электротехнике. Реле разности фаз содержит два выпрямительных блока, два компаратора, два формирователя импульсов, два элемента И, элемент НЕ и исполнительный элемент. Реле разности фаз обладает более широкими функциональными возможностями, что является техническим результатом, поскольку оно вырабатывает не только сигнал наличия напряжений сети и генератора, но и сигнал допустимого и недопустимого рассогласования фаз генератора и сети. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реле разности фаз, содержащее первый выпрямительный блок, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, второй выпрямительный блок, вход которого является входом для подключения датчика напряжения сети, а также первый компаратор, элемент НЕ и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый формирователь импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, вход которого соединен с входом первого выпрямительного блока, первый элемент И, и расширитель импульса, выход которого соединен с входом элемента НЕ, последовательно соединенные второй компаратор, вход которого соединен с входом второго выпрямительного блока, и второй формирователь импульса по переднему фронту, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, а также второй элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены, соответственно, с выходом первого выпрямительного блока, с выходом элемента НЕ и с выходом второго выпрямительного блока, а выход второго элемента И соединен с входом исполнительного элемента. 2. Реле разности фаз по п.1, отличающееся тем, что длительность импульсов, формируемых первым и вторым формирователями импульсов пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз напряжений генератора и сети. 3. Реле разности фаз по п.2, отличающееся тем, что длительность импульсов, формируемых расширителем импульсов, не менее периода напряжения генератора и периода напряжения сети.