РЕЛЕ РАЗНОСТИ ФАЗ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/28 

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, алгебраический 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 которого 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 напряжения 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 расширение функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый компаратор и алгебраический сумматор, введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, первый, второй и третий элементы И, первый, второй и третий счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего элементов И, соответственно, первый, второй и третий регистры, информационные входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего счетчиков импульсов, соответственно, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходами первого и второго регистров, соответственно, исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом "меньше" третьего компаратора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, формирователь короткого импульса по заднему фронту, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, первый, второй и третий элементы задержки, выходы которых соединены с входами установки в ноль первого, второго и третьего счетчиков импульсов, соответственно, первый формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с входом формирователя короткого импульса по заднему фронту и с выходом первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения сети, а выход первого формирователя короткого импульса по переднему фронту соединен со вторыми входами первого и третьего элементов И, с входами первого, второго и третьего элементов задержки и с входами управления записью первого, второго и третьего регистров, выход третьего регистра соединен с входом сложения алгебраического сумматора, вход вычитания которого соединен с выходом первого регистра, а также второй формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом второго компаратора и с третьим входом второго элемента И, а выход соединен с третьим входом первого элемента И.

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 компаратор 1, вход которого является входом для подключения напряжения сети, второй компаратор 2, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, первый 3, второй 4 и третий 5 элементы И, первый 6, второй 7 и третий 8 счетчики импульсов, входы которых соединены с выходами первого 3, второго 4 и третьего 5 элементов И, соответственно, первый 9, второй 10 и третий 11 регистры, информационные входы которых соединены с выходами первого 6, второго 7 и третьего 8 счетчиков импульсов, соответственно, третий 12 и четвертый 13 компараторы, входы которых соединены с выходами первого 9 и второго 10 регистров, соответственно, исполнительный элемент 14, вход которого соединен с выходом "меньше" третьего компаратора 12, генератор 15 тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого 3, второго 4 и третьего 5 элементов И, формирователь 16 короткого импульса по заднему фронту, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 4, первый 17, второй 18 и третий 19 элементы задержки, выходы которых соединены с входами установки в ноль первого 6, второго 7 и третьего 8 счетчиков импульсов, соответственно, первый формирователь 20 короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с входом формирователя 16 короткого импульса по заднему фронту и с выходом первого компаратора 1, вход которого является входом для подключения напряжения сети, а выход соединен со вторыми входами первого 3 и третьего 5 элементов И, с входами первого 17, второго 18 и третьего 19 элементов задержки и с входами управления записью первого 9, второго 10 и третьего 11 регистров. Выход третьего регистра 11 соединен с входом сложения алгебраического сумматора 21, вход вычитания которого соединен с выходом первого регистра 9, а также второй формирователь 22 короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом второго компаратора 2 и с третьим входом второго элемента И 4, а выход формирователя 22 соединен с третьим входом первого элемента И 3.

Формирователи 20, 22 вырабатывают импульсы по перепаду входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы, длительность которых пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз входных сигналов, а формирователь 16 - такой же импульс, но по перепаду с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Исполнительный элемент 14 может быть выполнен в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом третьего компаратора 12. Элементы задержки 17, 18, 19 рассчитаны на задержку, достаточную для переписи информации из соответствующих счетчиков импульсов 6, 7 и 8 в регистры 9, 10, 11 для обеспечения сохранности информации перед обнулением счетчиков после перезаписи информации. Остальные блоки устройства также являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены, как несущественные.

На фиг.2, а представлены временные диаграммы сигналов Uс на выходе первого компаратора 1 (сигнал сети), на фиг.2, б, в, г - на выходе второго компаратора 4 (сигнал генератора Uг): фиг.2, б - вариант совпадения сигнала генератора по фазе с сигналом сети; фиг.2, в - вариант опережения по фазе; фиг. 2, г - вариант запаздывания по фазе. Заштрихованные части импульсов соответствуют длительностям импульсов, вырабатываемых формирователями 16, 20, 22.

Работает реле разности фаз следующим образом.

При включении реле питание подается на его блоки, в том числе на генератор 15 тактовых импульсов, который формирует счетные импульсы, подаваемые на входы первого 3, второго 4 и третьего 5 элементов И. Состояние счетчиков 6, 7 и 8 при включении реле является нулевым.

Сигналы напряжений сети Uс и внешнего генератора Uг поступают на входы первого 1 и второго 2 компараторов, соответственно. На выходе первого компаратора 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала сети (фиг.2, а), а на выходе второго компаратора 2 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала генератора (фиг. 2, б, в, г), который может совпадать по фазе, опережать или отставать по фазе от сигнала напряжения сети.

По переднему фронту каждого из импульсов на выходах первого 1 и второго 2 компараторов в соответствующем первом 20 и втором 22 формирователях формируются импульсы, длительность которых пропорциональна допустимому значению рассогласования фаз входных сигналов (заштрихованные части сигналов на фиг. 2).

При совпадении временных положений импульсов (точном совпадении фаз напряжений сети и генератора - фиг.2, а и фиг.2, б) через первый элемент И 3 с выхода генератора 15 на счетный вход первого счетчика 6 поступает число счетных импульсов, соответствующее длительности импульсов, вырабатываемых первым 20 и вторым 22 формирователями. По импульсу, вырабатываемому первым формирователем 20, в начале следующей положительной полуволны напряжения сети содержимое первого счетчика 6 перепишется в первый регистр 9, после чего содержимое первого счетчика 6 обнулится. При совпадении фаз содержимое первого счетчика 6, переписанное в первый регистр 9, будет достаточно велико, поэтому на выходе третьего компаратора 12 будет наблюдаться уровень логического нуля и исполнительный элемент 14 не сработает.

При сдвиге фазы напряжения генератора относительно напряжения сети, более допустимого, на выходе третьего компаратора 12 сформируется уровень логической единицы и исполнительный элемент 14 сработает.

Кроме того, через третий элемент И 5 на счетный вход третьего счетчика 8 будут поступать счетные импульсы, число которых в течение периода напряжения сети соответствует полной длительности импульса, формируемого первым формирователем 20, соответствующего допустимому рассогласованию фаз. Поэтому на выходе алгебраического сумматора 21 будет сформирована величина, пропорциональная абсолютному значению временного интервала рассогласования фаз напряжений сети и генератора.

Одновременно с этим через второй элемент И 4 от генератора 15 на счетный вход второго счетчика 7 в течение периода напряжения сети поступает число импульсов, соответствующее интервалу совпадения импульса, формируемого формирователем 16 короткого импульса по заднему фронту и импульса с выхода второго компаратора 2, соответствующего положительной полуволне напряжения генератора. Интервал совпадения, отличный от нуля, будет при запаздывании фазы напряжения генератора относительно фазы напряжения сети. Поэтому при превышении малого порога, рассчитанного на действие шумов, на выходе "больше" четвертого компараторам 13 будет формироваться уровень логической единицы при запаздывании фазы напряжения генератора относительно напряжения сети, и уровень логического нуля - в противном случае.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно вырабатывает не только сигнал, согласования (рассогласования) фаз напряжений генератора и сети, но и знак рассогласования и абсолютную величину рассогласования фаз.

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

Изобретение используется в электротехнике в качестве реле разности фаз при подстройке напряжения генератора к напряжению сети. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Реле разности фаз содержит четыре компаратора, три формирователя импульсов, три элемента И, исполнительный элемент, генератор тактовых импульсов, три регистра, три элемента задержки, три счетчика импульсов, алгебраический сумматор. 2 ил.

Реле разности фаз, содержащее первый компаратор и алгебраический сумматор, отличающееся тем, что введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, первый, второй и третий элементы И, первый, второй и третий счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего элементов И соответственно, первый, второй и третий регистры, информационные входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего счетчиков импульсов соответственно, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходами первого и второго регистров соответственно, исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом “Меньше” третьего компаратора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, формирователь короткого импульса по заднему фронту, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, первый, второй и третий элементы задержки, выходы которых соединены с входами установки в ноль первого, второго и третьего счетчиков импульсов соответственно, первый формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с входом формирователя короткого импульса по заднему фронту и с выходом первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения сети, а выход первого формирователя короткого импульса по переднему фронту соединен со вторыми входами первого и третьего элементов И, с входами первого, второго и третьего элементов задержки и с входами управления записью первого, второго и третьего регистров, выход третьего регистра соединен с входом сложения алгебраического сумматора, вход вычитания которого соединен с выходом первого регистра, а также второй формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом второго компаратора и с третьим входом второго элемента И, а выход соединен с третьим входом первого элемента И.