Устройство для сравнения фаз

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0„„1494102 А 1 (51)4 Н 02 Н 3 38

ОПИСДНИК ИЗ0БРКткниЯ

Н ABTOPCHOMY CBMQETEJlhCTHY

9ь

ЯР

4 ь

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 4282528/ 4-07 (22) 09,07 ° 87 (46) 15 07 ° 89. Вкл, У 26 (71) Невинномысское производственное объединение "Азот" (72) "I.И.Гур4инкель> С,И.Куксов и П.А.Суворов (53) 621, 316.925(088. 8) (56 ) Автор ское свидетельство СССР

У 790061, кл. Н 02. Н 3/38, Н 01 Н 83/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Н - 1125696, кл. Н 02 Н 3/38, Н 01 Н 83/18, 1983.

2 (54 ) УСТРОЙСТВО ДНЯ СРАВН1.Н11Я ФАЗ (57) Изобретение относится к электронике > в частности к цифровым комплексам релейной защиты электроустановок.

Цел ь — повышение ломе хоу стой чи во сти, Угол между векторами напряжения и тока пропорционален ширине выходного сигнала органа сравнения 5, обусловленной сигналами с блоков арифметического суммирования 4 и геометрической р азности 3 сравниваемых величин, Знак угла определяется: сравнением фронтов сигналов формирователей напряжения 7 и разностного сигнала 6.1494102

45 посредством Ьдновибраторов 9- I! на входах D-триггеров 12-15. Выходные сигналы парных D-триггеров 12, 13 и

14, 15, определяющие знак угла, объединяются по функции 2И на элемен5 тах 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 2 3 с одновибр атор а 9, Интервал единичного уровня с выхода мультиплексора 16 пропорционален иэ.меря емому углу и < определяется шириной сигнала с формирователя

6 при соответствующем состоянии информационных входов D-триггеров

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в цифро- 25 вых комплексах релейной защиты и автоматики э нер го си сте м, в которых уставки измерительных органов автоматически изменяются при изменении режима работы энергосистемы, 30

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг ° 1 изображена функциональная схема устройства; на r. 2 и 3 — вре" менные диаграмми, пояснякщие его работу.

Устройство содержит промежуточные трансформаторы 1 и 2 напряжения с тремя одинаковыми вторичными обмотками и тока с двумя одинаковыми вто- 40 ричными обмотками, блок 3 геометрической разности и блок 4 арифметиче ско го суммирования, подключенные входами к .выводам вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2, элемент 5 сравнения, формирователи 6 и 7 двоичных сигналов, инвертор 8, одновибр аторы 9- 1 1, первый, второй, третий и четвертый D-триггеры 12-15, под". ключенные выходами к входам мульти ппексора 16, элементы 2И 17 и 18, элемент ИЛИ 19, . генератор 20, подключенный входом к выходу мультиплексора 16, элемент 2И 21, двойчный счетчик 22, регистр 23 памяти, подключенный выходом к входам цифровых компараторов 24 и 25, выходы которых подключены к, входам элемента

2И 26. и правлянящего входа формиров теля 7, Мультиплексор 16 запускает генератор .20, импульсы которого под— 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"

390О, и "0" — в д-,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 си гнал. 3 ил, Блок 3 геометрической разности состоит иэ однофазного выпрямительного моста с разделительными диодами, включенныьи согласно с основными.

К анодам разделительных диодов подключена одна вторичная обмотка промежуточного трансформатора 2, а к катодам — одна вторичная обмотка промежуточного трансформатора I 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 ср авнения, выход котор oro подключен к входам формирователя 6 двоичных сигналов, выход которого подключен к D-входам триггеров 12, 13 и через одновибратор 11 к Dвходам триггеров 14 и 15. Входы формирователя 7 двоичных сигналов подключены к выводам третьей обмотки трансформатора 1 напряжения, а выход под-. кпючен 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.

Пряьые выходы D-триггеров 12-15 под30

5 149410 ключены 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 котор ого 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 реги стр а 2 3 памяти . Входы элемента 2И

I 7 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. Входл элемента 2И 26 подключены к выходам компар аторов 24 и 25, а ре ги стр

23 и-м информационным входом подключен к выходу элемента 2И 17.

Устройство работает следующим образом, Выходной сигнал блока 3 геометрической разности зависит от угла между векторами напряжений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов 1 и 2 напряжения и тока. При угле между векторами 180О выходной сигнал максимальный и равен арифметичес35 кой сумме напряжений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов

1 и 2 напряжения и тока, При нулевом угле выходной сигнал минимальный и равен выпрямленному напряжению вто- 4О ричной 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 между напряже1 йием и током, подведенным к трансформаторам I и 2, причем начала передних фронтов разностного сигнала и кривой напряжения совпадают, а в диапазоне углов 0-180О ширина разностного сигнала обратно пропорциональна фазовому углу, при этом совпадают концы задних фронтов раэностного сигнала и кривой напряжения (4иг.2а)

Ширина разностного сигнала не эависит or амплитуды сравниваемых напряжений, При наличии апериодической слагающей полного тока зона совпадения начал и концов фронгов разносгного сигнала и кривой напряжения сужаегся по синусондальному закону, Это сужение, например, прн 30 апернодической слагающей, составляет arcsin 0,3=17,5 для каждого квадранта, т.е, ширина зоны реагирования устройства с такой апериодической слагающей для двух квадрантов будеr 145 (фиг,2б), при 70Х апериодической слагающей зона реагирования составит 91 (фиг.2в), В том случае> когда апериодическая слагающая превышает периодическую в течение хотя бы одного полупериода, устройствово не ср аб атывает, Ширина разностного сигнала при от сут ст вии апериодичес кой слагающей одинакова в обоих полу периодах (фиг,За, б, диаграмма 15) и соответствует удвоенному углу между векторами преобразованных напряжений, а при нали чии апериодиче ской сл агающей, ширина раэностного сигнала различна, но их сумма также соответствует удвоенному у глу > е сли у гол находится в зоне реагирования устройства (фиг. Зв, диаграмма 15)

В случае, когда у гол между векторами преобразованных напряжений при наличии апериодической слагающей не находится в зоне реагирования устройства, сумма интервалов разностного сигнала двух полупериодов не соответствует удвоенному углу (фиг. Зг, диаграмма 15), но устройство в таком режиме не срабатывает, так как в одном из полупериодов не совпадают ни начала, ни концы фронгов разностного сигнала и кривой напряжения.

Pазностный (дифференциальный) сигнал блока 3 ге ометри че ской разности и блока 4 арифметического суммирования (фиг. 3> диаграмма 2) с выхода элемента 5 сравнения подается на формирователь 6, В формирователях 6 и 7 входные величины преобр азуются в двоичные сигналы (фиг. 3, диаграммы 3, 5) .

С формирователя 6 двоичные сигналы поступают на D-входы триггеров 12 и

13, первый управляющий вход мультиплексора 16 и инверсный вход одновибратора 11, с прямого выхода которого сигналы подаются на D-входы триггеров

4102

7 149

)4 и 15. С формирователя 7 сигналы поступают на второй управляниций вход мультиплексора 16, прямой вход одновибратора 9 и, пройдя инвертор 8, на прямой вход одновибратора IО.Сигналы с инверсного выхода ддновибратора 9 поступают на С-входы триггеров 12 и

14> а с инверсного выхода одновибратора 10 — на С-входы триггеров 13 и 15. На инверсных выходах одновибратора 9 и 10 формируются импульсы низкого уровня по переднему фронту входных импульсов (фиг,3, диаграммы 7, 9) соответствующих положительной и отрицательной полуволне напряжения трансформатора 1 соответственно, На прямом выходе одвибратора 1) формируются импульсы высокого уровня по заднему фронту входных импульсов (фиг. 3, диаграмма 10) . В диапазоне углов о

180 с (р с 360 совпадают передние фронты разностного сигнала, пос-,— тупающего с формирователя 6, и сигналов, поступающих с формирователя 7 и инвертора 8. В этом режиме передним фронтом синхронизирующих импульсов, поступающих с одновибраторов 9 и 10, переключаются

D-триггеры 12 и 13 (фиг. Зб, диаграммы

11 и 12). В диапазоне углов 0 ag(180 совпадают задние фронты раэностного сигнала, поступающего с формирователя

6, и сигналов, поступающих с формирователя 7 и инвертора 8. В этом режи-. ме переключаются D-триггеры 14 и 15 (фиг. За, диаграммt 13 и 14), В соответствии с этим на выходе мультиплексора 16 формируется импульсный сигнал единичного уровня, продолжительность которого при 180 с Q(Збб равна времени действия сигнала единичного уровня, поступающего с формирователя 6; а при 0 с Q()80 равна времени действия сигнала нулевого уровня, поступающего с формирователя

6. Для измерения продолжительности единичного интервала в двоичном коде служат генератор 20 стабильной частоты с внешним запуском и счетчик 22 двоичных импульсов.

Генератор 20 запускается передним фронтом импульса с выхода мультиплексора 16 и продолжает генерацию в интервале высокого уровня. Генерируемые сигналы подсчитываются счетчиком 22, На выходе элемента 2И 17 сигнал единичного уровня появляется при переключении триггеров 12 и 1 3, что соответствует диапазону углов 180 < Ч(360 (фиг. Зб, диаграмма 16), а на выходе элемента 2И 18 — при переключении триггеров 14 и 15, что соответствует диапазону углов 0 с (рс)80 (r.За, диаграмма 17) .

При наличии апериодической слагающей полного тока эона переключения парных триггеров 12, 13 и 14, 15 вблизи углов 0 и 180 сужается, устройство не срабатывает (фиг.Зг) .

При переключении парных триггеров

12, 13 или 14, 15 с выхода элемента

2 ИЛИ 19 (фнг.За, б, в, диаграмма

18) поступает сигнал единичного уровня на первый вход элемента 2И 21

i на второй вход которого поступает

1 импульс с прямого выхода одновибра20 тора 9 (фиг,З, диаграмма 8).

По переднему фронту импульса, поступающего с одновибратора 9, прекращается поступление счетных импульсов в счетчик 22, двоичное число с

25 выхода счетчика с разрядностью и-1 фиксируется в регистре 23 памяти, если парные триггеры 12, 13 или 14, 15 переключились (напичие сигнала единичного уровня на выходе элемента

30 2И 21, фиг.Ç.а, б, в, диаграмма 19).

По заднему фронту импульса, поступающего с одновибратора 9, счетчик 22 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

40 счетчик 22 происходит дважды за период.

Как следует из приведенных зависимостей, сформированное счетчиком

22 дв)зичное число определяет угол (р неоднозначно, т.е. это число не определяет, в каком из квадрантов находится измеренный угол. Для исключения указанной неопределенности двоичное (n- 1)-разрядное число, сформированное счетчиком 22, дополняется старшим разрядом и имеющим значе же

0 при О с<ф<180 и "I" при 18А (360, формируемом на выходе элемента 2И 17.

Это утверждение верно с учетом эоны ре агиров ания при наличии апериоди-, ческой слагакщей и однозначно определя ется сигналом единичного уровня на выходе элемента 2И 21. Сформированные таким образом на выходе ve1494102

Фор мул а из обретения

Устройство для сравнения фаэ, 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, п-раз-.

55 гистра 23 п-разрядное число, определяющее в двоичном коде измеренный угол o(сравнивается цифровым компаратором 25 с двоичным числом, опреде5 ляющим Mt Hüøèè граничный угол зоны срабатыванияс „, а при ср > ср нп мин мин выходе компаратора 25 формируется единичный сигнал, Аналогично п-р, зрядное число, определяющее угол c( сравнивается цифровым компаратором

24 с двоичным числом, определяющим больший граничнъ>й угол зоны ср аба— тывания с мс,>,с1 и при ((с : >,сна выходе компаратора 24 формируется единич- 15 ный си гнал, Выходные си гналы компараторов объединяются по функции 2И

В элементом 26 и, таким образом, при

< сна с», т ° е. нахождении угла

МКН MCfkC сдвига фаз в зоне срабатывания, на 20 выходе элемента 2И 26 формируется единичный си гнал, Разрядность двоичных чисел определяет точность, с которой представляются углы 4р, с „„, Lp, причем с 25 целью сохранения гичнос ги на время выключения сче гчика е го предустанавливают на величину угла, соответствующего ширине импульса единичного уровня, поступающего с прямого выхода од- 30 новибратора 9, либо эта корректировка вводится B уст авку компар ат оров.

Предложенное устройство обладает высокой помехоустойчивостью, так как в нем исключено излишнее срабатывание

35 при наличии апериодической слагающей и, кроме того, при действии импульсных помех оно может сработать только при двухкратном совпадении помехи в коротком промежутке времени дейст- 40 вия одновибраторов 9, 10, т, е ° должен совпасть передний фронт сигнала одновибраторов с сигналом единичного уровня формирователя 6 в двух полупериодах, вероятность чего весьма мал а. р»диый выход кс>горо> с)»> дключс и к однс>му и ра > l>»дному t>xl>ду h >ждо го и > двух цифровых комис>р > гс>рон, дру гие п-разрядные вхс>дь> ког >рс го»вл»ютс» входами эад-ни» усгавок, и элемепт

2"., подключе нный входами к выходам цифровых компараторов, î т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости ус гробct ва, дополнительно введень> промежуточный трансформатор тока и прол>ежуточный трансформатор напряжеии» с двумя и тремя вторичными обмо гками соответственно, блок геометрической разностии, блок арифметического суммирования, эле мент сравнен> я, два формирователя двоичных сигналов, три одновибратора,I>-триггер, три элемента

2И и эле мент 2ИЛИ, а три у»о мя нутых триггера также выполнены в виде триггеров, при этом блок арифметиче ского суммирс>вани» выполне н в виде двух последовательно и согласно включенных однофаз ных выг>ря ми тел ьных мостов, к входу одног о из которых подключены выводы одной вторичной обмотки промежуточного трансформатора тока, а к входу другого выпрямительног о моста подключены BblBo l одной вторичной обмотки промежуточного трансформатора напр»жени», блок геометрической разности выполнен в виде однофаз но го вы » ми г ел ьно го моста, с двумя со>ласно включенными р аз дели тел ьны ми диодами, к анодам которых подключены выводы другой вторичной обмотки промежу гочного трансформатора тока, а к катодам раздепительных диодов подключены выводы другой вторичной обмотки промежуточного трансформатора напряжения, выводы блоков арифметического суммиро в ания и геометрической разности, имеющие отрицательную полярность, заземлены, а выводы указаны»с биоков, имеющие положительную полярность, подключены к входам элемента. сравнения, выход которого подключен через один формирователь двоичных сигналон к D-входам первого и вгорого — григгеров, одному управляющему входу мультиппексора и к инверсному входу первого одновибратора, подключенного прямым выходом к D-входам третьего и четвертого D-òðèããåðîâ, вывс>д» гретьей вторичной обмотки промсжутс>чногo трансформатора ídïð»æå»è» ис дключены к входам другого формирователя

1494102

12 б

Т/7

Уий я

d и.

V=- Ы ю= ло

9 = 200

Ч= 770

Фи .7

Со ставит ель Т. Ще гол ькова

Техред М. Ходанич

Ред акт ор М, Кел е меш

Корректор Ч Патай

Заказ 4121/50 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 двои чных си гнал ов, подключенного выходом к другому управляющему входу мул ьти пл ексор а, прямому входу второго одновибратора и через инвертор к пря мому входу тр ет ье го одно ви бр а5 тора, инверсный выход которого подключен к С-входам второго и четвертого D-триггеров, инверсный выход второго одновибратора подключен к С-входам 10 первого и третьего D-триггеров, выходы всех D-триггеров подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора, выходы первого и второго D-триггеров подключены 15 также к входам одного вновь введенного элемента 2И, подключенного выхоу

d

7

Ф

Ф

Ф и

tt ю б б дом к и- му информационному входу регистра памяти и к одному входу элемента 2ИЛИ; к другому входу которого подключен выход другого вновь введенного элемента 2И, подключенного входами к выходам третьего и четвер того D-триг геро в, выход элемента 2ИЛИ подключен к одному входу третьего вновь введенного элемента

2И, к другому входу которого подключен прямой выход второго одновибратора, подключенного также к тактовому входу двоичного счетчика

t а выход трет ье го элемента 2И подключен к управляющему входу регистра памя ти,