Устройство для сравнения фаз Советский патент 1989 года по МПК H02H3/38 

314

посредством Ьдновибраторов 9-11 на входах D-триггеров 12-15, Выходные сигналы парных D-триггеров 12, 13 и 14, 15, определяющие знак угла, объединяются по функции 2И на элементах 17 и 18 соответственно, с выхода которых сигналы объединяются по функции 2ИЛИ на элементе 19, с выхода которого сигнал поступает на один

вход элемента 2И 21, на другой вход которого подается команда записи в регистр памяти 23 с одновибратора 9. Интервал единичного уровня с выхода мультиплексора 16 пропорционален меряемому углу и i определяется шириной сигнала с формирователя 6 при соответствующем состоянии информационных входов D-триггеров

024

и управляющего входа формирователя 7. Мультиплексор 16 запускает генератор 20, импульсы которого считываются двоичным счетчиком 22, Сформированное счетчиком двоичное число, переносится в регистр памяти 23, в старший разряд которого заносится 1 с выхода элемента 2И 17, если угол находится в диапазоне 180- 390° , и О - в диапазоне 0-180. Записанное в регистре 23 число сравнивается цифровыми компараторами 24 и 25 с установкой и, если угол находится в зоне срабатывания, компараторы формируют единичные сигналы, объединяющиеся по функции 2И на элементе 26, на выходе которого формируется единичный сигнал. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике в частности к цифровым комплексам релейной защиты электроустановок. Цель - повышение помехоустойчивости. Угол между векторами напряжения и тока пропорционален ширине выходного сигнала органа сравнения 5, обусловленной сигналами с блоков арифметического суммирования 4 и геометрической разности 3 сравниваемых величин. Знак угла определяется сравнением фронтов сигналов формирователей напряжения 7 и разностного сигнала 6 посредством одновибраторов 9-11 на входах D-триггеров 12-15. Выходные сигналы парных D-триггеров 12, 13 и 14, 15, определяющие знак угла, объединяются по функции 2И на элементах 17 и 18 соответственно, с выхода которых сигналы объединяются по функции 2ИЛИ на элементе 19, с выхода которого сигнал поступает на один вход элемента 2И 21, на другой вход которого подается команда записи в регистр памяти 23 с одновибратора 9. Интервал единичного уровня с выхода мультиплексора 16 пропорционален измеряемому углу и определяется шириной сигнала с формирователя 6 при соответствующем состоянии информационных входов D-триггеров и управляющего входа формирователя 7. Мультиплексор 16 запускает генератор 20, импульсы которого подсчитываются двоичным счетчиком 22. Сформированное счетчиком двоичное число, переносится в регистр памяти 23, в старший разряд которого заносится "1" с выхода элемента 2И 17, если угол находится в диапазоне 180-360°, и "0" - в диапазоне 0-180°. Записанное в регистре 23 число сравнивается цифровыми компараторами 24 и 25 с уставкой и, если угол находится в зоне срабатывания, компараторы формируют единичные сигналы, объединяющиеся по функции 2И на элементе 26, на выходе которого формируется единичный сигнал. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в цифровых комплексах релейной защиты и автоматики энергосистем, в которых уставки измерительных органов автоматически изменяются при изменении режима рабо1Ъ1 энергосистемы.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг. 1 изображена функциональна схема устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, пояснякщие его работу.

Устройство содержит промежуточные трансформаторы 1 и 2 напряжения с тремя одинаковыми вторичными обмотками и тока с двумя одинаковыми вторичными обмотками, блок 3 геометрической разности и блок 4 арифметического суммирования, подключенные входами к.выводам вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2, элемент 5 сравнения, формирователи 6 и 7 двоичных сигналов, инвертор 8, одновиб- раторы 9-11, первый, второй, третий и четвертый D-триггеры 12-15, подключенные выходами к входам мульти- гшексора 16, элементы 2И 17 и 18, элемент ИЛИ 19,,генератор 20, подключенный входом к выходу мультиплексора 16, элемент 2И 21, двоичный счетчик 22, регистр 23 памяти, подг ключенный выходом к входам цифровых компараторов 24 и 25, выходы которых подключены к- входам элемента 2И 26,

Блок 3 геометрической разности

состоит из однофазного выпрямительного моста с разделительными диодами, включенными согласно с основными. К анодам разделительных диодов подключена одна втори чная обмотка промежуточного трансформатора 2, а к

катодам - одна вторичная обмотка промежуточного трансформатора 1. Блок 4 арифметического суммирования состоит из двух последовательно включенных

однофазных выпрямительных мостов, причем к входу одного моста подключена другая вторичная обмотка промежуточного трансформатора 1 напряжения, а к другому - другая вторичная

обмотка трансформатора 2 тока. Выводы отрицательной полярности блоков 3 и 4 заземлены, а выводы положительной полярности подключены к входам элемента 5 сравнения, выход которого

подключен к входам фор: ирователя 6 двоичных сигналов, выход которого подключен к D-входам триггеров 12, 13 и через одновибратор 11 к D- входам триггеров 14 и Г5, Входы форми- рователя 7 двоичных сигналов подключены к выводам третьей обмотки трансформатора 1 напряжения, а выход подключен к прямому выходу одновибратора 9 и через инвертор 8 к входу одновибратора 10. Инверсный выход одновибратора 9 подключен к С-входам триггеров 12 и 14, а одновибратора 10 - к С-входам триггеров 13 и 15. Прямые ВЫХОДА D-триггеров 12-15 подключены к информационным входам мультиплексора 16, управляющие входы которого подключены к выходам формирователей 6 и 7, Выход мультиплексора 16 подключен через генератор 20 к счетному входу двоичного счетчика 22, информационные выходы которого подключены к входам регистра 23 памяти, подключенного выходом к входам компараторов 24 и 25. Прямой выход одновибратора 9 подключен к управляющему входу счетчика 22 и одному входу элемента 2И 21, выход которого подключен к управляющему входу регистра 23 памяти. Входы элемента 2И 17 подключены к выходам D-триггеров 12 и 13, элемента 2И 18 и выходам D-триггеров 14 и 15, Входы элемента 2 ИЛИ 19 подключены к выходам элементов 2И 17 и 18, а выход - к другим входам элемента 2И 21, Входы элемента 2И 26 подключены к выходам компараторов 24 и 25, а регистр 23 п-м информационным входом подключен к выходу элемента 2И 17.

Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал блока 3 геометрической рлзности зависит от угла между векторами напряжений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов 1 и 2 напряжения и тока. При угле между векторами 180° выходной сигнал максимальный и равен арифметичес- , рами преобразованных напряжений при

кой сумме напряжений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов 1 и 2 напряжения и тока. При нулевом угле выходной сигнал минимальный и равен выпрямленному напряжению вторичной обмотки трансформатора, имеющего большее значение.

Ширина разностного (дифференциального)- сигнала между выходными сигналами блоков 4 и 3 арифметического суммирования и геометрической разности на/выходе элемента 5 сравнения в диапазоне углов 180-360 пропорциональна фазовому углу мевду напряжением и током, подведенным к трансформаторам 1 и 2, причем начала передних фронтов разностного сигнала и кривой напряжения совпадают, а в диапазоне углов 0-180 ширина разиостналичии апериодической слагающей не находится в зоне peai-ирования устройства, сумма интервалов разностного сигнала двух полупериодов не со- 40 ответствует удвоенном углу (4иг,3г, диаграмма 15), но устройство в тако режиме не срабатывает, так как в одном из полупериодов не совпадают ни начала, ни концы фронтов разност45

50

ного сигнала и кривой напряжения.

Разностный (дифференциальный сиг нал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммирования (фиг.З, диаграмма 2) с выхода элемента 5 сравнения подается на фор мирователь 6, В формирователях 6 И 7 входные величины преобразуются в дво ичные сигналы (4«г,3, диаграм 3, 5 С формирователя 6 двоичные сигналы

ного сигнала обратно пропорциональна gg поступают на D-входы триггеров 12 и

фазовому углу, при этом совпадают концы задних фронтов разностного сигнала и кривой напряжения (фиг.2а) . Ширина разностного сигнала не зави13, первый управляюш 1Й вход мульти- плексора 16 и инверсный вход одновиб ратора 11, с прямого выхода которого сигналы подаются на D-входы триггеро

сит от амплитуды сравниваег-ык напряжений .

При наличии апериодической слагающей полного тока зона совпадения начал и концов фронтов разностного сигнала и кривой напряжения сужается по синусоидальному закону. Это сужение, например, при 30% апериодической слага6

ющей, составляет arcsin 0,,5 для каждого квадранта, т.е. ширина зоны реагирования устройства с такой апе- риодцческой слагающей для двух квадрантов будет 145° (фиг .2б), при 70% апериодической слагающей зона реагирования составит 91° (фиг.2в), В том случае, когда апериодическая слагающая превышает периодическую в теЧение хотя бы одного полупериода, устройство не срабатывает.

Ширина разностного сигнала при отсутствии апериодической слагающей одинакова в обоих полупериодах

(фиг.За, б, диаграмма 15) и соответствует удвоенному углу между векторами преобразованных напряже1дай, а при наличии апериодической слагающей, ширина разностного сигнала различна, но их сумма также соответствует удвоенному углу, если угол находится в зоне реагирования устройства (фиг.Зв, диаграмма 15),

В случае, когда угол между векторами преобразованных напряжений при

наличии апериодической слагающей не находится в зоне peai-ирования устройства, сумма интервалов разностного сигнала двух полупериодов не со- ответствует удвоенном углу (4иг,3г, диаграмма 15), но устройство в таком режиме не срабатывает, так как в одном из полупериодов не совпадают ни начала, ни концы фронтов разност

ного сигнала и кривой напряжения.

Разностный (дифференциальный сигнал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммирования (фиг.З, диаграмма 2) с выхода элемента 5 сравнения подается на формирователь 6, В формирователях 6 И 7 входные величины преобразуются в двоичные сигналы (4«г,3, диаграм 3, 5).- С формирователя 6 двоичные сигналы

13, первый управляюш 1Й вход мульти- . плексора 16 и инверсный вход одновибратора 11, с прямого выхода которого сигналы подаются на D-входы триггеров

14 и 15. С формирователя 7 сигналы поступают на второй управляющий вход мультиплексора 16, прямой вход одно- вибратора 9 и, пройдя инвертор 8, н г прямой вход одновибратора 10.Сигналы с инверсного выхода с новибратора 9 поступают на С-входы триггеров 12 и 14, ас инверсного выхода одновибратора 10 - на С-входы триггеров 13 10 и 15, На инверсных выходах одновибратора 9 и 10 формируются импульсы низкого уровня по переднему фронту входных импульсов (фиг.З, диаграм№1 7,9), соответствугацих положительной и отри- 5 цательной полуволне напряжения трансформатора I соответственно. На прямом выходе одвибратора 1I формируются импульсы высокого уровня по заднему фронту входных импульсов (фиг.З, ди- 20 аграмма 10). В диапазоне углов leo : g 360 ° совпадают передние фронты разностного сигнала, пос- ,- тупающего с формирователя 6, и Сигналов, поступающих с форми- i 25 рователя 7 и инвертора 8, В этом режиме передним фронтом син- . хронизирующих импульсов, поступающих с одновибраторов 9 и 10, переключаются

ветствует диапазону углов 180° (фиг.Зб, диаграмма 16), а на выходе элемента 2И 18 - при переключении триггеров 14 и 15, что соответствует диапазону углов 0° ер-: 1 80°( фиг. За, диаграмма 17).

При наличии апериодической слагающей полного тока зона переключения парных триггеров 12, 13 и 14, 15 вблизи углов О и 180° сужается, устройство не срабатывает ((|иг.3г).

При переключении парных триггеров 12, 13 или 14, 15 с выхода элемента 2 ИЛИ 19 (фиг. За, б, в, диаграмма 18) поступает сигнал единичного уровня на первый вход элемента 2И 21 на второй вход которого поступает импульс с прямого выхода одновибратора 9 (фиг.З, диаграмма 8).

По переднему фронту импульса, пос тупающего с одновибратора 9, прекращается поступление счетных импульсов в счетчик 22, двоичное число с выхода счетчика с разрядностью п-1 фиксируется в регистре 23 памяти, ес ли парные триггеры 12, 13 или 14, 15 переключились (наличие сигнала единичного уровня на выходе элемента

D-триггеры 12 и 13 фиг.Зб, диаграмм, 30 2И 21, фиг.З.а, б, в, диаграмма 19). 11 и 12). В диапазоне углов 0° iiC l80 По заднему фронту импульса, поступа- совпадают задние фронты разностногоющего с одновибратора 9, счетчик 22

сигнала, поступающего с формирователя 6, и сигналов, поступающих с формиро35

вателя 7 и инвертора 8. В этом режиме переключаются D-триггеры 14 и 15 (фиг,За, диаграммы 13 и 14).

В соответствии с этим на выходе мультиплексора 16 формируется импульсный сигнал единичного уровня, продол- 40 жительность которого при 1/4 36(3 равна времени действия сигнала единичного уровня, поступающего с формирователя 6-, а при равна времени действия сигнала нулевого j

уровня, поступающего с формирователя 6. Для измерения продолжительности единичного интервала в двоичном коде служат генератор 20/стабильной частоты с внешним запуском и счетчик 22 Q двоичных импульсов.

Генератор 20 запускается передним фронтом импульса с выхода мультигшекобнуляется,

Если парные триггеры не переключи лись, то перенос двоичного числа из счетчика 22 в регистр 23 памяти не происходит (нет сигнала единичного ,

уровня на выходе элемента 2И 21, фиг.Зг, диаграмма 19); Запись в счетчик 22 происходит дважды за период.

Как следует из приведенных зависимостей, сформированное счетчиком 22 дёЬичное число определяет угол If неоднозначно, т.е. это число не определяет, в каком из квадрантов находится измеренный угол. Для исключения указанной неопределенности двоичное (п-1 )-разрядное число, сформированное счетчиком 22, дополняется старшим разрядом п,имеющим значение О при и 1 при , формируемом HQ выходе элемента 2И 17 Это утверждение верно с учетом зоны

Как следует из приведенных зависимостей, сформированное счетчиком 22 дёЬичное число определяет угол If неоднозначно, т.е. это число не определяет, в каком из квадрантов находится измеренный угол. Для исключения указанной неопределенности дв ичное (п-1 )-разрядное число, сформи рованное счетчиком 22, дополняется старшим разрядом п,имеющим значение О при и 1 при формируемом HQ выходе элемента 2И 1 Это утверждение верно с учетом зоны

сора 16 и продолжает генерацию в интервале высокого уровня. Генерируеъые55 реагирования при наличии апериоди- сигналы подсчитываются счетчиком 22.ческой слагающей и однозначно опреНа выходе элемента 2И 17 сигнал единичного уровня появляется при переключении триггеров 12 и 13, что соот-.

деляется сигналом единичного уровня на выходе элемента 2И 21. Сформированные таким образом на выходе реветствует диапазону углов 180° (фиг.Зб, диаграмма 16), а на выходе элемента 2И 18 - при переключении триггеров 14 и 15, что соответствует диапазону углов 0° ер-: 1 80°( фиг. За, диаграмма 17).

При наличии апериодической слагающей полного тока зона переключения парных триггеров 12, 13 и 14, 15 вблизи углов О и 180° сужается, устройство не срабатывает ((|иг.3г).

При переключении парных триггеров 12, 13 или 14, 15 с выхода элемента 2 ИЛИ 19 (фиг. За, б, в, диаграмма 18) поступает сигнал единичного уровня на первый вход элемента 2И 21 на второй вход которого поступает импульс с прямого выхода одновибратора 9 (фиг.З, диаграмма 8).

По переднему фронту импульса, поступающего с одновибратора 9, прекращается поступление счетных импульсов в счетчик 22, двоичное число с выхода счетчика с разрядностью п-1 фиксируется в регистре 23 памяти, если парные триггеры 12, 13 или 14, 15 переключились (наличие сигнала единичного уровня на выходе элемента

обнуляется,

Если парные триггеры не переключились, то перенос двоичного числа из счетчика 22 в регистр 23 памяти не происходит (нет сигнала единичного ,

уровня на выходе элемента 2И 21, фиг.Зг, диаграмма 19); Запись в счетчик 22 происходит дважды за период.

Как следует из приведенных зависимостей, сформированное счетчиком 22 дёЬичное число определяет угол If неоднозначно, т.е. это число не определяет, в каком из квадрантов находится измеренный угол. Для исключения указанной неопределенности двоичное (п-1 )-разрядное число, сформированное счетчиком 22, дополняется старшим разрядом п,имеющим значение О при и 1 при , формируемом HQ выходе элемента 2И 17. Это утверждение верно с учетом зоны

реагирования при наличии апериоди- ческой слагающей и однозначно определяется сигналом единичного уровня на выходе элемента 2И 21. Сформированные таким образом на выходе ре9I4

гистра 23 n-раэрядное число, определяющее в двоичном коде измеренный угол d , сравниваетсн цифровым компаратором 25 с двоичным числом, определяющим меньший граничный угол зоны срабатывания(, а при д- выходе компаратора 25 формируется единичный сигнал. Аналогично n-p;i3- рядное число, определяющее угол с,

сравнивается цифровым компаратором 2Д с двоичным числом, определяющим больший граничный угол зоны сраба- тывания , и при с/ cf(.Ha выходе компаратора 24 формируется единич- ный сигнал. Выходные сигналы компараторов объединяются по функции 2И элементом 26 и, таким образом, при Л.. т,е. нахождении угла

ИПMCtKC

сдвига фаз в зоне срабатывания, на выходе элемента 2И 26 формируется единичный сигнал.

Разрядность двоичных чисел определяет точность, с которой представляются углы q, Cf, , причем с целью сохранения точносги на время выключения счегчика его предустанавливают на величину угла, соответствующего ширине импульса единичного уровня, поступающего с прямого выхода од- новибратора 9, лд1бо эта корректировка вводится в уставку компараторов.

Предложенное устройство обладает высокой помехоустойчивостью, так как в нем исключено излишнее срабатывание при наличии апериодической слагающей и, кроме того, при действии импульсных помех оно может сработать только при двухкратном совпадении помехи в коротком промежутке времени действия одновибраторов 9, 10, т.е. должен совпасть передний фронт сигнала одно- вибраторов с сигналом единичного уровня формирователя 6 в двух полупериодах, вероятность чего весьма мала.

Формула изобретения

Устройство для сравнения фаз, содержащее три триггера, инвертор, мультиплексор, подключенный выходом к запускающему входу генератора импульсов стабильной частоты, выход которого подключен к счетному входу двоичного счетчика, подключенного первым, вторым, ... , (п-1)- ми выходами к соответствующим информационным входам регистра памяти,

Q

5

0

5 0

5

0

0

5

I О

рядный выход к(1торо14) 11(1дк;1Н1Ч1. н к одному п-pa pяднo ry яходу каждого ит двух цифровых компара rojiLMf , другие п-разрядные входы Kori)por{j япляюгся входами заде.ния уставок, и элемент , подключенный BxojiaNm к выходам цифровых компараторов, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости усгроГ сгнл, дополнительно введены промежуточный трансформатор тока и промежуточный трансформатор напряжения с двумя и тремя вторичными обмогками соответственно, блок геометрической разности, блок арифметического суммирования, элемент сравнения, два формирователя двоичных сигналов, три од- новибратора ,11-триггер , три элеме нта 2И и элемент 2Ш1Н, а три упомянутых триггера также выполнены в виде D- григгеров, при этом блок арифметического суммирования выполнен в виде двух последовательно и согласно включенных однофазных выпрямительных мостов, к входу одного из которых подключены выводы одной вторичной промежуточного трансфор матора тока, а к входу другого выпрямительного моста подключены выводы одной вторичной обмотки промежуточного трансформатора напряжения, блок геометрической разности выполнен в виде однофазног О выпрямительного моста, с двумя согласно включенными разделительными диодами, к анодам которых подключены выводы другой вторичной обмотки промежуточного трансформатора тока, а к катодам разделительных диодов подключены выводы другой вторичной обмотки промежуточного трансформатора напряжения, выводы блоков арифметического суммирования и геометрической разности, имеющие отрицательную полярность, заземлены, а выводы указанных блоков, имеющие положительную полярность, подключены к входам элемента сравнения , выход которого подключен через один формирователь двоичных сигналов к D-BXO- дам первого и второго I-триггеров, одному управлявшему входу мультиплексора и к инверсному входу первого одновибратора, подключенного выходом к D-входам третьего и четвертого D-триггеров, вывода третьей вторичной обмотки промежуточного трансформатора напряжения подключены к входам другого формирователя

двоичных сигналов, подключенного выходом к другому управляющему входу мультиплексора, прямому входу второго одновибратора и через инвертор - к прямому входу третьего одновибра- тсра, инверсный выход которого подключен к С-входам второго и четвертого D-триггеров , инверсный выход второго одновибратора подключен к С-входам первого и третьего D-триггеров, выходы всех D-триггеров подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора, выходы первого и второго D-триггеров подключены

также к входам одного вновь введенного элемента 2И, подключенного выхоЬ

яг

9f

М.Келемеш

t-7Ja - °

fui-3

Составитель Т.Щеголькова Техред м. Ходанич

дом к п-му информационному входу регистра памяти и к одному входу элемента ZHTIHj к другому входу которого подключен выход другого вновь введенного элемента 2И, подключенного входами к выходам третьего и четвертого D-триггеров, выход элемента 2ИЛИ подключен к одному входу третьего вновь введенного элемента 2И, к другому входу которого подключен прямой выход второго одно- вибратора, подключенного также к тактовому входу двоичного счетчика, а выход третьего элемента 2И подключен к управляющему входу регистра памяти,

е

i

v т

Корректор Л.Патай