РЕЛЕ РАЗНОСТИ ФАЗ Российский патент 2004 года по МПК H02J3/40 

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[2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений 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 сумматор и первый компаратор, введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения внешнего генератора, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом второго компаратора, реверсивный счетчик, входы сложения и вычитания которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соединен с первым входом сумматора, первый нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, второй нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания, а выход является выходом для подключения сигнала, характеризующего скорость изменения разности фаз, третий и четвертый компараторы, первые входы которых соединены с выходом первого нерекурсивного фильтра, а вторые входы являются входами задания порогов срабатывания реле разности фаз, первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого компараторов, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения сети, а выход формирователя короткого импульса по переднему фронту соединен со вторым входом второго элемента И, и первый элемент задержки, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход соединен с управляющими входами первого и второго нерекурсивных фильтров, второй элемент задержки и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, и одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, со вторым входом элемента ИЛИ и с входами установки в ноль первого и второго нерекурсивных фильтров.

Кроме того, формирователь короткого импульса по переднему фронту предназначен для вырабатывания импульса длительностью в четверть периода напряжения сети, а первый элемент задержки задерживает указанный импульс на четверть периода напряжения сети.

Кроме того, второй элемент задержки обеспечивает задержку сигнала с выхода формирователя короткого импульса по заднему фронту на интервал, достаточный для сдвига информации в первом и втором нерекурсивных фильтрах.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности фаз, на фиг. 2 - первого и второго нерекурсивных фильтров, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие их 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 внешнего генератора, первый 3 и второй 4 элементы И, первые входы 1 которых соединены с выходом второго компаратора 2, реверсивный счетчик 5, входы суммирования и вычитания которого соединены с выходами соответственно первого 3 и второго 4 элементов И, последовательно соединенные блок 6 вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 5, сумматор 7 и первый нерекурсивный фильтр 8, выход которого соединен со вторыми входами сумматора 7 и блока 6 вычитания, второй нерекурсивный фильтр 9, информационный вход которого соединен с выходом блока 6 вычитания, а выход является выходом скорости изменения разности фаз, третий 10 и четвертый 11 компараторы, первые входы которых соединены с выходом первого нерекурсивного фильтра 8, а вторые входы являются входами задания порогов срабатывания реле разности фаз, первый 12 и второй 13 исполнительные элементы, входы которых соединены с выходами соответственно третьего 10 и четвертого 11 компараторов, последовательно соединенные формирователь 14 короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора 1, а выход соединен со вторым входом второго элемента И 4, и первый элемент задержки 15, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 3, генератор 16 тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого 3 и второго 4 элементов И, последовательно соединенные формирователь 17 короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора 1, а выход соединен с управляющими входами первого 8 и второго 9 нерекурсивных фильтров, второй элемент задержки 18, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 5, и одновибратор 20, выход которого соединен с входом запуска генератора 16 тактовых импульсов, со вторым входом элемента ИЛИ 19 и с входами установки в ноль первого 8 второго 9 нерекурсивных фильтров.

Первый 8 и второй 9 нерекурсивные фильтры (фиг.2) содержат регистр 21 сдвига, информационный вход, вход установки в ноль и управляющий вход которого являются соответственно информационным входом, входом установки в ноль и управляющим (тактовым) входом неркурсивного фильтра, а выходы регистра 21 сдвига через соответствующие им умножители группы умножителей 22 на величину, обратно пропорциональную числу ячеек (выходов) регистра сдвига 21, соединены с соответствующими входами сумматора 23, выход которого является выходом нерекурсивного фильтра.

Формирователь 14 вырабатывает импульс длительностью в четверть периода напряжения сети в конце каждого перепада сигнала на выходе первого компаратора с уровня логического нуля на уровень логической единицы, а формирователь 17 вырабатывает короткий импульс - при перепаде с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Первый элемент задержки 15 рассчитан на задержку сигнала на четверть периода напряжения сети, а второй элемент задержки 18 - на малый интервал, длительность которого достаточна для управления (сдвиг информации) в первом 8 и втором 9 нерекурсивных фильтрах. Первый 12 и второй 13 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, зажимы которой непосредственно или через усилитель соединены с выходами соответствующих третьего 10 или четвертого 11 компараторов. Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены, как несущественные.

На фиг. 3,а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого компаратора 1 (Uc) (фиг.3,а) и на выходе второго компаратора 2 (Uг) при совпадении фаз напряжений сети и генератора (фиг.2,б), при отставании фазы напряжения генератора (фиг.2,в) и при опережении (фиг.2,г).

Работает реле разности фаз следующим образом.

Сигналы напряжений сети Uc и внешнего генератора Uг поступают на входы соответственно первого 1 и второго 2 компараторов с нулевыми пороговыми уровнями. На выходе первого компаратора 1 сигнал логической единицы с длительностью половина периода формируется при положительной полуволне напряжения сети, а на выходе второго компаратора 2 - при положительной полуволне напряжения внешнего генератора.

При включении реле разности фаз напряжение питания подается на вход одновибратора 20, который обнуляет реверсивный счетчик 5, первый 8 и второй 9 нерекурсивные фильтры и запускает генератор 16 тактовых импульсов. При положительной полуволне напряжения сети, когда срабатывает формирователь 14 и на его выходе формируется сигнал с уровнем логической единицы и длительностью в четверть периода напряжения сети, импульсы генератора 16 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 5 через второй элемент И 4 при наличии в этот же период сигнала логической единицы, который вырабатывается вторым компаратором 2 при положительной полуволне напряжения внешнего генератора. Поскольку первый элемент задержки 15 задерживает импульс с выхода формирователя 14 на четверть периода напряжения сети, то на суммирующий вход реверсивного счетчика 5 поступают импульсы генератора 16 в течение второй четверти длительности импульса на выходе первого компаратора 1, когда в этот же период имеется положительная полуволна напряжения внешнего генератора. По заднему фронту импульса с выхода первого компаратора 1 содержимое реверсивного счетчика переписывается без изменений в первый нерекурсивный фильтр, поскольку на вторые входы блока вычитания 6 и сумматора 7 поступают одинаковые сигналы. После этого содержимое реверсивного счетчика 5 обнуляется. Таким образом, в первом нерекурсивном фильтре 8 формируется усредненное (на фиксированном по длительности скользящем временном интервале) значение сигнала, пропорциональное разности интервалов времени, в течение которого положительная полуволна (полупериод) напряжения внешнего генератора совпадает с первой и второй половинами положительной полуволны (полупериодом) напряжения сети. Когда фазы напряжений близки (фиг.2,а, б), то сигнал на выходе первого нерекурсивного фильтра 8 близок к нулю. При существенных отличиях фаз срабатывает третий 10 или четвертый 11 компараторы, что приводит к срабатыванию первого 12 или второго 13 исполнительных элементов соответственно.

Одновременно с этим сигнал с выхода блока 6 вычитания, который пропорционален разности усредненной оценки разности фаз и текущего значения разности фаз, поступает во второй нерекурсивный фильтр 9, в котором формируется усредненное значение скорости изменения разности фаз напряжения сети и внешнего генератора на скользящем фиксированном интервале усреднения.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно вырабатывает не только сигнал разности фаз сети и внешнего генератора, при недопустимой величине которой срабатывает реле, но и сигнал скорости изменения разности 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 относится к электротехнике. Реле разности фаз содержит четыре компаратора, реверсивный счетчик, два исполнительных элемента, два элемента И, сумматор, блок вычитания, два формирователя коротких импульсов, одновибратор, два элемента задержки, элемент ИЛИ, два нерекурсивных фильтра, генератор тактовых импульсов. Реле разности фаз обладает более широкими функциональными возможностями, что является техническим результатом, поскольку вырабатывает сигнал рассогласования фаз генератора и сети и сигнал скорости изменения разности фаз. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Реле разности фаз, содержащее сумматор и первый компаратор, отличающееся тем, что введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения внешнего генератора, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом второго компаратора, реверсивный счетчик, входы сложения и вычитания которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соединен с первым входом сумматора, первый нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, второй нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания, а выход является выходом для подключения сигнала, характеризующего скорость изменения разности фаз, третий и четвертый компараторы, первые входы которых соединены с выходом первого нерекурсивного фильтра, а вторые входы являются входами задания порогов срабатывания реле разности фаз, первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого компараторов, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, и первый элемент задержки, вход первого компаратора является входом для подключения напряжения сети, выход формирователя короткого импульса по переднему фронту соединен со вторым входом второго элемента И, выход первого элемента задержки соединен со вторым входом первого элемента И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, второй элемент задержки и элемент ИЛИ, выход формирователя короткого импульса по заднему фронту соединен с управляющими входами первого и второго нерекурсивных фильтров, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, со вторым входом элемента ИЛИ и с входами установки в ноль первого, второго нерекурсивных фильтров.2. Реле по п.1, отличающееся тем, что формирователь короткого импульса по переднему фронту предназначен для вырабатывания импульса длительностью в четверть периода напряжения сети, а первый элемент задержки задерживает указанный импульс на четверть периода напряжения сети.3. Реле по п.1 или 2, отличающееся тем, что второй элемент задержки обеспечивает задержку сигнала с выхода формирователя короткого импульса по заднему фронту на интервал, достаточный для сдвига информации в первом и втором нерекурсивных фильтрах.