реле разности фаз

Формула изобретения

Реле разности фаз, содержащее исполнительный элемент, сумматор и первый пороговый блок, отличающееся тем, что введены первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, второй, третий, четвертый и пятый пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом вход четвертого порогового блока является входом напряжения сети, выход “Больше” четвертого порогового блока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого порогового блока, вход пятого порогового блока является входом напряжения внешнего генератора, а выход “Меньше” пятого порогового блока соединен со вторым входом сумматора, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “Меньше” первого порогового блока, с выходом “Больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом делителя частоты, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “Больше” второго порогового блока и выход “Меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле разности фаз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, 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 пороговым блоком, 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 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 исполнительный элемент, сумматор и первый пороговый блок, введены первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, второй, третий, четвертый и пятый пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом вход четвертого порогового блока является входом напряжения сети, выход “больше” четвертого порогового блока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого порогового блока, вход пятого порогового блока является входом напряжения внешнего генератора, а выход “меньше” пятого порогового блока соединен со вторым входом сумматора, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом делителя частоты, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле разности фаз.

Кроме того, исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен с входом реле с замыкающими контактами.

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

Реле разности фаз содержит четвертый пороговый блок 1, вход которого является входом напряжения сети, а выход “больше” соединен с первым входом сумматора 2, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3, первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” первого порогового блока 3, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4, а также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле частоты, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10. При этом исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами. Устройство, кроме того, содержит пятый пороговый блок 14, вход которого является входом напряжения генератора, а выход “меньше” соединен со вторым входом сумматора 2.

Первый 3, второй 7, третий 8, четвертый 1 и пятый 14 пороговые блоки, а также пороговый блок 13 могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], делитель 11 - в виде двоичного счетчика.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2,а - сигнал U₁ на выходе четвертого порогового блока 1, на фиг.2,б - сигнал U₁₄ напряжения генератора на выходе пятого порогового блока 14 при совпадении его фазы напряжения генератора с фазой напряжения сети, на фиг.2,в - сигнал U₁₄ на выходе пятого порогового блока 14 при отставании фазы напряжения генератора от фазы напряжения сети, на фиг.2,г - сигнал U ₁₄ на выходе пятого порогового блока 14 при опережении фазы напряжения генератора относительно фазы напряжения сети, на фиг.2,д - сигнал U₂ на выходе сумматора 2 (для случая отставания фазы напряжения генератора от фазы напряжения сети), на фиг.2,е - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,ж - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13.

Работает реле разности фаз следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывается импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента Ц_иэ (фиг.2,е).

Сигналы напряжений внешнего генератора U_г и сети U_c поступают на входы пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков соответственно. На выходе четвертого порогового блока 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне напряжения сети (фиг.2,а), а на выходе пятого порогового блока 14 - сигнал логической единицы при отрицательной полуволне сигнала генератора (фиг.2,б, в, г), который может совпадать, опережать или отставать по фазе от напряжения сети. Сигналы с выходов пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков поступают на вход сумматора 2, формирующего суммарный сигнал (фиг.2, д). Это напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_оп. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент И 5 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на его вход сложения после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов. В результате этого при увеличении амплитуды выходного сигнала сумматора 2, что соответствует расфазировке напряжений сети и внешнего генератора, сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента Ц_иэ, что приведет к формированию на выходе порогового блока 13 уровня логической единицы и срабатыванию замыкающего контакта исполнительного реле.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле частоты. При длительной работе в нормальном режиме, когда выходное напряжение сумматора 2 длительное время находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала U_n+ реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне выходного напряжения сумматора 2 - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала U_n-.

Тем самым расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается реакция реле на недопустимое рассогласование фаз напряжений сети и внешнего генератора.

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. (прототип).

[3] Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.