РЕЛЕ СТАТИЧЕСКОЕ МОЩНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/32 H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле направления мощности.

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

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле направления мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее промежуточный трансформатор тока, на выходе которого включен широтно-импульсный модулятор, другой вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, промежуточный трансформатор напряжения, к выходу которого подключен амплитудно-импульсный модулятор, другой вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с последовательно соединенным блоком регулировки уставок, интегратор, пороговый блок и исполнительный элемент [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность из-за фазового сдвига в фильтре нижних частот в условиях возможных изменений частоты входного сигнала.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что устройство, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока, последовательно соединенные первый пороговый блок и исполнительный элемент, а также последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, другой вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, введены второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, последовательно соединенные реверсивный счетчик и регистр памяти, выход которого соединен с входом первого порогового блока, последовательно соединенные умножитель, первый вход которого соединен с выходом второго порогового блока, и третий пороговый блок, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, формирователь импульсов по заднему фронту, вход которого соединен с выходом второго порогового блока, а выход - соединен с первым входом элемента ИЛИ и с управляющим входом регистра памяти, а также одновибратор, вход которого соединен с клеммой для подключения сигнала задержки реле, а выход соединен с входами запуска генератора пилообразного напряжения и генератора тактовых импульсов, с входом установки в ноль регистра памяти и со вторым входом элемента ИЛИ, при этом выход широтно-импульсного модулятора соединен со вторым входом умножителя.

Кроме того, широтно-импульсный модулятор выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый и второй входы которого являются, соответственно, первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора, и порогового блока, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора.

Кроме того, выход элемента ИЛИ соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика через элемент задержки.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле статическое мощности, на фиг. 2 - широтно-импульсного модулятора, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие их работу.

Реле направления мощности (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 напряжения, второй пороговый блок 2, умножитель 3 и третий пороговый блок 4, последовательно соединенные реверсивный счетчик 5, управляющий вход которого соединен с выходом третьего порогового блока 4, регистр 6 памяти, первый пороговый блок 7 и исполнительный элемент 8, последовательно соединенные промежуточный трансформатор 9 тока и широтно-импульсный модулятор 10, выход которого соединен со вторым входом умножителя 3, элемент ИЛИ 11, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 5, генератор 12 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 5, формирователь 13 импульсов по заднему фронту, вход которого соединен с выходом второго порогового блока 2, а выход - соединен с первым входом элемента ИЛИ 11 и с управляющим входом регистра 6 памяти, а также генератор пилообразного напряжения 14, выход которого соединен с соответствующим входом широтно-импульсного модулятора 10, и одновибратор 15, вход которого соединен с клеммой для подключения сигнала задержки реле, а выход соединен с входами запуска генератора 14 пилообразного напряжения и генератора 12 тактовых импульсов, с входом установки в ноль регистра 6 памяти и со вторым входом элемента ИЛИ 11.

Широтно-импульсный модулятор 10 (фиг. 2) содержит блок 16 вычитания, первый и второй входы которого являются, соответственно, первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора 10 и порогового блока 17, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора 10.

На фиг.3 представлены временные диаграммы следующих сигналов:
фиг. 3, а - на выходе промежуточного трансформатора 9 тока (U9) и генератора 14 пилообразного напряжения;
фиг.3,б - на выходе широтно-импульсного модулятора U10;
фиг.3,в - на выходе промежуточного трансформатора 1 напряжения U1;
фиг.3,г - на выходе второго порогового блока 2 U2;
фиг.3,д - на выходе умножителя 3 U3;
фиг.3,е - на выходе реверсивного счетчика 5 U5;
фиг. 3, ж - на выходе регистра 6 памяти U6 и первого порогового блока 7 U7.

Промежуточные трансформаторы 1 и 9 могут быть выполнены аналогично прототипу, второй 2 и третий 4 пороговые блоки, а также пороговый блок 10 - в виде аналоговых компараторов, первый пороговый блок - в виде цифрового компаратора. Формирователь 13 формирует одиночный импульс при переходе входного сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Исполнительный элемент 8 представляет собой обмотку, которая непосредственно или через усилитель подключена к выходу первого порогового блока 7 и имеет соответствующие замыкающие и размыкающие контакты. Остальные элементы устройства являются стандартными элементами цифровой техники. Цепи питания на чертеже опущены, как несущественные.

Работает реле статическое мощности следующим образом.

При включении реле питание подается на все его элементы, в том числе, на вход одновибратора 15, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 12, через элемент ИЛИ 11 - на вход установки в ноль реверсивного счетчика 5, на вход запуска генератора 14 пилообразного напряжения, а также на входы установки в ноль регистра 6 памяти. После этого реле подключается к цепям защищаемого объекта.

На вход промежуточного трансформатора 1 напряжения поступает входной сигнал напряжения (фиг.3,в), поэтому на выходе второго порогового блока 2 (с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных разнополярных импульсов (фиг.3,г), длительность которых функционально связана с частотой его входного сигнала. Аналогично на выходе промежуточного трансформатора 9 тока формируется сигнал (фиг.3,а), который поступает на вход широтно-импульсного модулятора 10, на другой вход которого поступает сигнал с выхода генератора 14 пилообразного напряжения (фиг.3,а). В результате на выходе умножителя 3 формируется сигнал (фиг.3,д), который управляет реверсивным счетчиком 5. Третий пороговый блок 4 выполняет функции преобразования отрицательного уровня логического нуля в нулевой уровень, что может потребоваться для некоторых типов реверсивных счетчиков. На счетный вход реверсивного счетчика 5 подается сигнал ГТИ 12, поэтому в нем формируется сигнал, представленный на фиг.3,е. В конце каждого периода входного сигнала формирователь 13 вырабатывает короткий импульс, который переписывает содержимое реверсивного счетчика 5 в регистр 6 памяти, после чего содержимое реверсивного счетчика 5 обнуляется. Последнее обеспечивается либо работой регистра 6 и входа установки в ноль реверсивного счетчика 5 по разным фронтам импульса с выхода формирователя 13, либо включением элемента задержки на входе установки в ноль реверсивного счетчика 5.

Код регистра 6 памяти сравнивается в первом пороговом блоке 7 с предельно допустимым значением порога Uп. При выходе за этот уровень на вход исполнительного элемента 9 логической единицы, что приводит к его срабатыванию.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку исключены элементы, формирующие фазовые сдвиги сигналов при изменении его частоты.

Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис. 35.10
2. Зильберман В.А. Релейная защита сети собственных нужд атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с.58, рис. 21.

Изобретение используется в электротехнике в качестве реле направления мощности. Технический результат заключается в повышении точности. Для этого реле статическое мощности содержит промежуточный трансформатор, три пороговых блока, умножитель, реверсивный счетчик, регистр памяти, исполнительный элемент, промежуточный трансформатор тока, широтно-импульсный модулятор, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения и одновибратор. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Реле статическое мощности, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока, последовательно соединенные первый пороговый блок и исполнительный элемент, а также последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, другой вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, отличающееся тем, что введены второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, последовательно соединенные реверсивный счетчик и регистр памяти, выход которого соединен с входом первого порогового блока, последовательно соединенные умножитель, первый вход которого соединен с выходом второго порогового блока, и третий пороговый блок, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, формирователь импульсов по заднему фронту, вход которого соединен с выходом второго порогового блока, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ и с управляющим входом регистра памяти, а также одновибратор, вход которого соединен с клеммой для подключения сигнала задержки реле, а выход соединен с входами запуска генератора пилообразного напряжения и генератора тактовых импульсов, с входом установки в ноль регистра памяти и со вторым входом элемента ИЛИ, при этом выход широтно-импульсного модулятора соединен со вторым входом умножителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что широтно-импульсный модулятор выполнен в виде последовательно соединенных блока вычитания, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора, и порогового блока, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора. 3. Реле по п. 1 или 2, отличающееся тем, что выход элемента ИЛИ соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика через элемент задержки.