Реле разности фаз

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, в качестве реле разности фаз сети и генератора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого реле разности фаз содержит пять пороговых блоков, сумматор, два элемента И, реверсивный счетчик, исполнительный элемент, генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, одновибратор, при этом вход четвертого порогового блока является входом напряжения сети, вход пятого порогового блока является входом напряжения внешнего генератора, а вход одновибратора является входом запуска реле разности фаз. 2 ил.

 

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 U₁₄ 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.

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.