РЕЛЕ СИНХРОНИЗАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле синхронизации, обеспечивающего автоматизацию процесса включения синхронного генератора.

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 синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель, первый формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь последовательности коротких импульсов, фазовый детектор, дифференцирующий усилитель, первый блок выделения максимума и блок включения, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, второй формирователь прямоугольных импульсов и интегрирующий операционный усилитель, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, последовательно соединенные неинвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй блок выделения максимума, выход которого соединен со вторым входом блока включения, второй формирователь последовательности коротких импульсов, выход которого соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, а также последовательно соединенные компаратор, первый и второй входы которого соединен с выходами дифференцирующего усилителя и неинвертирующего усилителя соответственно и формирователь короткого импульса, выход которого соединен с третьим входом блока включения [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность, поскольку выработка импульса начала интервала опережения производится по результатам дифференцирования сигнала с выхода фазового детектора. Искажения при дифференцировании могут привести к неточному определению момента включения.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения генератора, первый формирователь прямоугольных импульсов и формирователь последовательности коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения сети, второй формирователь прямоугольных импульсов и интегрирующий операционный усилитель, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, а также компаратор, введены последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, и двухсторонний ограничитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен со входом фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами блока вычитания и сумматора и с входом компаратора, выполненного в виде компаратора с нулевым порогом, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом “больше” компаратора, первый и второй элементы задержки, входы которых соединены с выходом “равно” компаратора, последовательно соединенные первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, а вход установки в ноль - с выходом первого элемента задержки, регистр памяти, управляющий вход которого соединен с выходом “равно” компаратора, и умножитель на постоянный коэффициент, а также второй счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход подачи кода начальной установки соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки, а вход установки в ноль - с выходом “равно” компаратора, при этом выход второго счетчика является выходом реле синхронизации.

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

Реле синхронизации (фиг.1) содержит последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель 1, вход которого является входом напряжения генератора, первый формирователь 2 прямоугольных импульсов и формирователь 3 последовательности коротких импульсов, выход которого подключен к первому входу и фазового детектора 4, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель 5, вход которого является входом напряжения сети, второй формирователь 6 прямоугольных импульсов и интегрирующий операционный усилитель 7, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 4. Устройство также содержит компаратор 8, фильтр 9 нижних частот, выход которого соединен с входом компаратора 8, выполненного в виде компаратора с нулевым порогом, последовательно соединенные одновибратор 10 и генератор 11 тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И 12, второй вход которого соединен с выходом “больше” компаратора 8. Устройство содержит первый 13 и второй 14 элементы задержки, входы которых соединены с выходом “равно” компаратора 8, последовательно соединенные первый счетчик 15 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 12, а вход установки в ноль - с выходом первого элемента задержки 13, регистр 16 памяти, управляющий вход которого соединен с выходом “равно” компаратора 8, и умножитель 17 на постоянный коэффициент. В состав устройства входят также второй счетчик 18 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 11 тактовых импульсов, вход подачи кода начальной установки соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент 17, управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки 14, а вход установки в ноль - с выходом “равно” компаратора 8, а также последовательно соединенные блок 19 вычитания, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора 4, и двухсторонний ограничитель 20, выход которого соединен с первым входом сумматора 21, выход последнего соединен с входом фильтра 9 нижних частот, а второй вход сумматора 21 соединен с выходом фильтра 9 нижних частот и со вторым входом блока 19 вычитания.

На фиг.2 представлены сигнал на входе второго инвертирующего усилителя 5 Uс (фиг.2,а), сигнал на входе первого инвертирующего усилителя 1 Uг (фиг.2,б), сигнал на выходе второго инвертирующего усилителя 5 U5 (фиг.2,в), сигнал на выходе первого инвертирующего усилителя 1 U1 (фиг.2,г), сигнал на выходе второго формирователя 6 прямоугольных импульсов U6 (фиг.2,д), сигнал на выходе первого формирователя 2 прямоугольных импульсов U2 (фиг.2,е), сигнал на выходе формирователя 3 последовательности коротких импульсов U3 (фиг.2,ж), сигнал на выходе интегрирующего усилителя 7 U7 (фиг.2,з), сигнал на выходе фазового детектора 4 U4 (фиг.2,и), сигнал на выходе “равно” компаратора 8 U8 (фиг.2,к), сигнал на выходе второго счетчика 18 U18 (фиг.2,л).

Работает реле синхронизации следующим образом.

При включении реле синхронизации по сигналу одновибратора 10 запускается генератор 11, вырабатывающий счетные импульсы для первого счетчика 15. На выходе фазового детектора 4 формируется сигнал постоянного напряжения, амплитуда которого пропорциональна углу между векторами напряжений синхронизируемого генератора и сети (фиг.2,и). Этот сигнал в нормальном режиме при отсутствии аномальных искажений сигнала на выходе фазового детектора 4 после фильтрации в фильтре 9 нижних частот сравнивается в компараторе 8 с нулевым уровнем, поэтому на его выходе “равно” будут формироваться импульсы (фиг.2,к) в конце каждого периода изменений сигнала на выходе фазового детектор 4. Между этими импульсами на выходе “больше” компаратора 4 будет наблюдаться уровень логической единицы, по которому импульсы генератора 11 будут поступать на счетный вход первого счетчика 15, в котором будет формироваться сигнал, пропорциональный периоду выходного сигнала на выходе фазового детектора 4. Одновременно те же импульсы поступают на счетный вход второго счетчика 18. По сигналу с выхода “равно” компаратора 8 содержимое первого счетчика будет переписываться в регистр 16 памяти, после чего содержимое первого счетчика 15 будет обнуляться. Содержимое регистра 16 умножается в умножителе 17 на число К, значение которого может задаваться в интервале между 0 и 1, в зависимости от необходимого опережения на включение генератора в сеть. При этом по импульсу с выхода “равно” компаратора 8 обнуляется содержимое второго счетчика 18, после чего результат перемножения вводится в этот счетчик в качестве его первоначальной установки. При подсчитанном числе импульсов во втором счетчике 18, равном длительности интервала времени в пределах периода изменений сигнала на выходе фазового детектора 4, на выходе второго счетчика формируется короткий импульс переполнения, которых используется в качестве импульса запуска генератора с опережением, соответствующим относительной величине 1-К от длительности периода изменений сигнала на выходе фазового детектора 4.

При аномальных искажениях сигнала на выходе фазового детектора 4 эти искажения устраняются в двухстороннем ограничителе 20, на вход которого сигнал с выхода фазового детектора 4 поступает после вычета из него сглаженной составляющей с выхода фильтра 9 нижних частот. В сумматора 21 эта составляющая восстанавливается.

Таким образом, в предложенном техническом решении повышается точность работы, поскольку исключаются искажения сигнала, обусловленные необходимостью формирования сигнала угловой скорости скольжения путем дифференцирования сигнала на выходе фазового детектора. А при возникновении аномальных искажения сигнала на выходе фазового детектора 4 они устраняются благодаря введению двухстороннего ограничителя 20 и дополнительных элементов, обеспечивающих устранение этих искажений.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей ред. 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.354, рис.12.15 (прототип).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле синхронизации, обеспечивающего автоматизацию процесса включения синхронного генератора. Технический результат заключается в повышении точности. Для этого устройство содержит первый инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения генератора, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов и формирователь последовательности коротких импульсов, фазовый детектор, второй инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения сети, интегрирующий операционный усилитель, компаратор, также введены блок вычитания, двухсторонний ограничитель, сумматор, фильтр нижних частот, одновибратор, генератор тактовых импульсов, элемент И, первый и второй элементы задержки, первый и второй счетчики импульсов, регистр памяти, умножитель на постоянный коэффициент, при этом компаратор выполнен в виде компаратора с нулевым порогом, выход второго счетчика является выходом реле синхронизации. 2 ил.

Реле сихронизации, содержащее последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения генератора, первый формирователь прямоугольных импульсов и формирователь последовательности коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, вход которого является входом напряжения сети, второй формирователь прямоугольных импульсов и интегрирующий операционный усилитель, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, а также компаратор, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, и двухсторонний ограничитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен со входом фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами блока вычитания и сумматора и с входом компаратора, выполненного в виде компаратора с нулевым порогом, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом “больше” компаратора, первый и второй элементы задержки, входы которых соединены с выходом “равно” компаратора, последовательно соединенные первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, а вход установки в ноль - с выходом первого элемента задержки, регистр памяти, управляющий вход которого соединен с выходом “равно” компаратора, и умножитель на постоянный коэффициент, а также второй счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход подачи кода начальной установки соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки, а вход установки в ноль - с выходом “равно” компаратора, при этом выход второго счетчика является выходом реле синхронизации.