RU2233500C1

RU2233500C1 - Synchronizing relay

Info

Publication number: RU2233500C1
Application number: RU2003106934/09A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Варганов (RU); Г.П. Варганов; Р.З. Розенблюм (RU); Р.З. Розенблюм
Original assignee: ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; synchronizing relays affording automatic turn-on of synchronous generators.

SUBSTANCE: device has input voltage rectifier whose input is connected to supply voltage input; synchronized voltage rectifier whose input is connected to generator voltage input; first and second algebraic adders; first and second constant-factor multipliers; first and second inverters; first through fifth comparators, first comparator being made in the form of zero-threshold comparator; first and second final elements; input-voltage frequency meter; synchronized-voltage frequency meter; first through fifth AND gates; first and second square-pulse shapers; short-pulse train shaper; phase detector; integrating amplifier; low-pass filter; clock generator; first and second delay circuits; first and second pulse counters; memory register; and constant factor shaping unit; input and synchronized signal frequency meters function to convert input and synchronized signals in compliance with mathematical expression U₀ = A₀/f₀, U_s = A_s/f_s, where U₀ is signal at input of synchronized-voltage frequency meter; f₀ is synchronized-voltage frequency; A₀ and A_s are scale parameters proportional to amplitudes of input and synchronized voltages, respectively; input and synchronized voltage rectifiers function to convert voltage into values proportional to their amplitudes and equal to A₀ and A_s, respectively; output of second pulse counter functions as synchronizing relay output.

EFFECT: enlarged functional capabilities.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле синхронизации, обеспечивающего автоматизацию процесса включения синхронного генератора.The invention relates to electrical engineering and can be used as a synchronization relay, providing automation of the process of switching on a synchronous generator.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности частот.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow using it as a relay of the frequency difference.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполняющие функции измерителя амплитуды напряжения, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются соответственно клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся соответственно инвертором и компаратором, входы которых соединены с выходом алгебраического сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно, умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, и первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго операционных усилителей [2].Closest to the technical nature of the proposed device is a device containing the first and second rectifier blocks that perform the functions of a voltage amplitude meter, made in the form of diodes, the cathode and anode of which are respectively the voltage terminal of the generator and the voltage terminal of the network, an algebraic adder, the first and second inputs of which connected respectively to the anode of the first and cathode of the second diodes, the first and second operational amplifiers, which are, respectively, an inverter and a comparator, inputs of a cat of the first connected to the output of the algebraic adder, the third and fourth diodes, the anodes of which are connected to the outputs of the first and second operational amplifiers, the multiplier, the inputs of which are connected to the cathodes of the third and fourth diodes, the first and second inverters, the inputs of which are connected respectively to the cathodes of the third and fourth diodes, and the first and second actuators, the inputs of which are connected respectively to the output of the first and second operational amplifiers [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 частоты генератора к частоте сети, но не вырабатывает сигналов недопустимого рассогласования частот входного и синхронизируемого сигналов при заданной относительной допустимой величине их рассогласования, а также не формирует сигнала опережения, используемого для точного согласованного по фазе включения генератора в сеть.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, since it generates a signal of approximate equality of the voltage amplitude of the network and the generator, which indicates the time interval of the possible adjustment of the generator frequency to the network frequency, but does not produce signals of unacceptable frequency mismatch between the input and synchronized signals at a given relative the permissible value of their mismatch, and also does not form an advancing signal used to accurately concerted generator for inclusion in the network phase.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.The technical result of the invention is the expansion of functionality and increased accuracy.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее выпрямитель входного напряжения, вход которого соединен с входом напряжения сети, выпрямитель синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом напряжения генератора, первый алгебраический сумматор, первый умножитель на постоянный коэффициент, первый инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с входом сложения первого алгебраического сумматора и с входом первого умножителя на постоянный коэффициент, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом первого компаратора, измеритель частоты синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя синхронизируемого напряжения, а выход соединен с входом вычитания первого алгебраического сумматора, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя на постоянный коэффициент, а второй вход соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом первого алгебраического сумматора, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом “больше” первого компаратора, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом “меньше” второго компаратора, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, третий элемент И, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов И, третий компаратор, выход “больше” которого соединен с первым входом третьего элемента И, четвертый компаратор, выход “меньше” которого соединен со вторым входом третьего элемента И, второй алгебраический сумматор, вход вычитания и вход сложения которого соединен с выходом выпрямителя синхронизируемого напряжения и с выходом выпрямителя входного напряжения соответственно, второй умножитель на постоянный коэффициент, вход которого соединен с выходом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с первым входом четвертого компаратора, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора и с выходом второго алгебраического сумматора, последовательно соединенные первый формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входом выпрямителя синхронизируемого напряжения, и формирователь последовательности коротких импульсов, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, последовательно соединенные второй формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входом выпрямителя входного напряжения, и интегрирующий усилитель, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, пятый компаратор, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход соединен с входом пятого компаратора, выполненного в виде компаратора с нулевым порогом, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом “меньше” первого компаратора и с выходом “больше” второго компаратора соответственно, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом “больше” пятого компаратора, а третий вход соединен с выходом четвертого элемента И, первый и второй элементы задержки, входы которых соединены с выходом “равно” пятого компаратора, последовательно соединенные первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а вход установки в ноль - с выходом первого элемента задержки, регистр памяти, управляющий вход которого соединен с выходом “равно” пятого компаратора, и третий умножитель на постоянный коэффициент, а также второй счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, вход подачи кода начальной установки соединен с выходом третьего умножителя на постоянный коэффициент, управляющий вход второго счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента задержки, а вход установки в ноль - с выходом “равно” пятого компаратора, и блок формирования постоянного коэффициента, вход которого соединен с выходом “равно” пятого компаратора, а выход соединен с входом подачи постоянного коэффициента третьего умножителя на постоянный коэффициент, при этом измерители частоты входного и синхронизируемых сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениямиThis technical result is achieved in that in a device containing an input voltage rectifier, the input of which is connected to the mains voltage input, a synchronized voltage rectifier, the input of which is connected to the generator voltage input, the first algebraic adder, the first constant factor multiplier, the first inverter, the first comparator and first and second actuators, an input voltage frequency meter is introduced, the input of which is connected to the input of the input voltage rectifier, and the output is connected the addition input of the first algebraic adder and with the input of the first multiplier by a constant coefficient, the output of which through the first inverter is connected to the first input of the first comparator, a synchronized voltage frequency meter, the input of which is connected to the input of the synchronized voltage rectifier, and the output is connected to the subtraction input of the first algebraic adder, a second comparator, the first input of which is connected to the output of the first multiplier by a constant coefficient, and the second input is connected to the second input of the first about the comparator and with the output of the first algebraic adder, the first element And, the first input of which is connected to the output of the “greater” first comparator, and the output is connected to the input of the first actuator, the second element And, the first input of which is connected to the output “less” of the second comparator, and the output is connected to the input of the second actuating element, the third element And, the output of which is connected to the second inputs of the first and second elements And, the third comparator, the output “greater” of which is connected to the first input of the third element And, h the fourth comparator, the output “less” of which is connected to the second input of the third AND element, the second algebraic adder, the subtraction input and the addition of which is connected to the output of the synchronized voltage rectifier and the output of the input voltage rectifier, respectively, the second constant factor multiplier, the input of which is connected to the output of the input voltage rectifier, and the output is connected to the first input of the fourth comparator, the second inverter, the input of which is connected to the output of the second multiplier, and the output is connected n with the first input of the third comparator, the second input of which is connected to the second input of the fourth comparator and with the output of the second algebraic adder, the first rectangular pulse shaper is connected in series, the input of which is connected to the input of the synchronized voltage rectifier, and the short pulse shaper, the output of which is connected to the first the input of the phase detector, connected in series to the second shaper of rectangular pulses, the input of which is connected to the input of the rectifiers input voltage, and an integrating amplifier, the output of which is connected to the second input of the phase detector, a fifth comparator, a low-pass filter, the input of which is connected to the output of the phase detector, and the output is connected to the input of the fifth comparator, made in the form of a comparator with a zero threshold, the fourth element And, the first and second inputs of which are connected to the output “less” of the first comparator and to the output “more” of the second comparator, respectively, series-connected clock generator, the output of which with is dined with the first input of the fifth element And, the second input of which is connected to the output “more” of the fifth comparator, and the third input is connected to the output of the fourth element And, the first and second delay elements, the inputs of which are connected to the output of “equal to” the fifth comparator, are connected in series to the first a pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the fifth And element, and the input of setting to zero - with the output of the first delay element, a memory register, the control input of which is connected to the “equal to” output of the fifth comparator, and the third mind a constant coefficient scraper, as well as a second pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the fifth element AND, the input of the initial setting code supply is connected to the output of the third multiplier by a constant coefficient, the control input of the second pulse counter is connected to the output of the second delay element, and the installation input to zero - with the output equal to the fifth comparator, and a constant coefficient generating unit, the input of which is connected to the output is equal to the fifth comparator, and the output is connected to the constant feed input the coefficient of the third multiplier by a constant coefficient, while the frequency meters of the input and synchronized signals convert the input and synchronized signals in accordance with mathematical expressions

U₀=A₀/f₀, U₁=A₁/f₁,U ₀ = A ₀ / f ₀ , U ₁ = A ₁ / f ₁ ,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сети,where U ₀ is the signal at the output of the input network frequency meter,

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого напряжения,U ₁ - signal at the output of the frequency meter of the synchronized voltage,

f₀ - частота входного напряжения,f ₀ is the frequency of the input voltage,

f₁ - частота синхронизируемого напряжения,f ₁ - the frequency of the synchronized voltage,

А₀, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого напряжения соответственно, выпрямители входного напряжения и синхронизируемого напряжения преобразуют напряжения в величины, пропорциональные их амплитудам и равные А₀ и А₁ соответственно, а выход второго счетчика является выходом реле синхронизации.A ₀ , A ₁ are scale factors proportional to the amplitudes of the input and synchronized voltage, respectively, rectifiers of the input voltage and synchronized voltage convert the voltages to values proportional to their amplitudes and equal to A ₀ and A _1, respectively, and the output of the second counter is the output of the synchronization relay.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле синхронизации; на фиг.2 - то же, измерителей частоты, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу реле синхронизации.Figure 1 presents the electrical block diagram of a synchronization relay; figure 2 is the same, frequency meters, figure 3 is a timing diagram explaining the operation of the synchronization relay.

Реле синхронизации содержит измеритель 1 частоты синхронизируемого напряжения, первый умножитель 2 на постоянный коэффициент, первый компаратор 3, первый исполнительный элемент 4, измеритель 5 частоты входного напряжения, выход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора 6, вход вычитания которого соединен с выходом измерителя 1 частоты синхронизируемого напряжения, первый инвертор 7, вход которого соединен с выходом первого умножителя 2 на постоянный коэффициент, а выход соединен с первым входом первого компаратора 3, второй компаратор 8, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя, а второй вход соединен с выходом алгебраического сумматора 6 и со вторым входом первого компаратора 3, второй исполнительный элемент 9, первый элемент И 10, первый вход которого соединен с выходом “больше” первого компаратора 3, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента 4, второй элемент И 11, первый вход которого соединен с выходом “меньше” второго компаратора 8, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента 9. Устройство содержит третий элемент И 12, выход которого соединен со вторыми входами первого 10 и второго 11 элементов И, третий компаратор 13, выход “больше” которого соединен с первым входом третьего элемента И 12, четвертый компаратор 14, выход “меньше” которого соединен со вторым входом третьего элемента И 12, выпрямитель 15 синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом измерителя частоты синхронизируемого напряжения, выпрямитель 16 входного напряжения, вход которого соединен с входом измерителя частоты входного напряжения, второй алгебраический сумматор 17, вход вычитания и вход сложения которого соединен с выходами выпрямителя 15 синхронизируемого напряжения и с выходом выпрямителя 16 входного напряжения соответственно. В состав реле входят также второй умножитель 18 на постоянный коэффициент, вход которого соединен с выходом выпрямителя 16 входного напряжения, а выход соединен с первым входом четвертого компаратора 14, второй инвертор 19, вход которого соединен с выходом второго умножителя 18 на постоянный коэффициент, а выход соединен с первым входом третьего компаратора 13, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора 14 и с выходом второго алгебраического сумматора 17, последовательно соединенные первый формирователь 20 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входом выпрямителя 15 синхронизируемого напряжения, формирователь 21 последовательности коротких импульсов и фазовый детектор 22, последовательно соединенные второй формирователь 23 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входом выпрямителя 16 входного напряжения, и интегрирующий усилитель 24, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 22. Устройство также содержит пятый компаратор 25, фильтр 26 нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора 22, а выход соединен с входом пятого компаратора 25, выполненного в виде компаратора с нулевым порогом, четвертый элемент И 27, первый и второй входы которого соединены с выходом “меньше” первого компаратора 3 и с выходом “больше” второго компаратора 8 соответственно, последовательно соединенные генератор 28 тактовых импульсов и пятый элемент И 29, второй вход которого соединен с выходом “больше” пятого компаратора 25, а третий вход соединен с выходом четвертого элемента И 27, первый 30 и второй 31 элементы задержки, входы которых соединены с выходом “равно” пятого компаратора 25, последовательно соединенные первый счетчик 32 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И 29, а вход установки в ноль - с выходом первого элемента задержки 30, регистр 33 памяти, управляющий вход которого соединен с выходом “равно” пятого компаратора 25, и третий умножитель 34 на постоянный коэффициент, а также второй счетчик 35 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И 29, вход подачи кода начальной установки соединен с выходом третьего умножителя 34 на постоянный коэффициент, управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки 32, вход установки в ноль второго счетчика 35 импульсов соединен с выходом “равно” пятого компаратора 25, а выход является выходом реле синхронизации, и блок 36 формирования постоянного коэффициента, вход которого соединен с управляющим входом регистра 33 памяти, а выход соединен с входом подачи постоянного коэффициента третьего умножителя 34 на постоянный коэффициент, при этом измерители частоты входного 5 и синхронизируемого 1 сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениямиThe synchronization relay comprises a clock frequency meter 1, a first constant factor multiplier 2, a first comparator 3, a first actuator 4, an input voltage frequency meter 5, the output of which is connected to the addition input of the algebraic adder 6, the subtraction input of which is connected to the output of the frequency meter 1 synchronized voltage, the first inverter 7, the input of which is connected to the output of the first multiplier 2 by a constant coefficient, and the output is connected to the first input of the first comparator 3, A second comparator 8, the first input of which is connected to the output of the first multiplier, and the second input is connected to the output of the algebraic adder 6 and the second input of the first comparator 3, the second actuator 9, the first element And 10, the first input of which is connected to the output “larger” of the first comparator 3, and the output is connected to the input of the first actuator 4, the second element And 11, the first input of which is connected to the output “less” of the second comparator 8, and the output is connected to the input of the second actuator 9. The device contains the thium element And 12, the output of which is connected to the second inputs of the first 10 and second 11 elements And, the third comparator 13, the output “greater” of which is connected to the first input of the third element And 12, the fourth comparator 14, the output “less” of which is connected to the second input the third element And 12, the rectifier 15 of the synchronized voltage, the input of which is connected to the input of the frequency meter of the synchronized voltage, the rectifier 16 of the input voltage, the input of which is connected to the input of the frequency meter of the input voltage, the second algebraic ummator 17, subtraction and addition in input of which is connected to the outputs of synchronous rectifier 15 and the voltage output of the rectifier 16 with the input voltage respectively. The relay also includes a second multiplier 18 by a constant coefficient, the input of which is connected to the output of the input voltage rectifier 16, and the output is connected to the first input of the fourth comparator 14, the second inverter 19, the input of which is connected to the output of the second multiplier 18 by a constant coefficient, and the output connected to the first input of the third comparator 13, the second input of which is connected to the second input of the fourth comparator 14 and to the output of the second algebraic adder 17, the first shaper 20 is connected in series pulses, the input of which is connected to the input of the synchronized voltage rectifier 15, the short pulse train former 21 and the phase detector 22, the second rectangular pulse shaper 23, the input of which is connected to the input of the input voltage rectifier 16, and the integrating amplifier 24, the output of which is connected to the second input of the phase detector 22. The device also contains a fifth comparator 25, a low-pass filter 26, the input of which is connected to the output of the phase detector 22, and the output is connected nen with the input of the fifth comparator 25, made in the form of a comparator with a zero threshold, the fourth element And 27, the first and second inputs of which are connected to the output “less” of the first comparator 3 and with the output “more” of the second comparator 8, respectively, sequentially connected clock generator 28 pulses and the fifth element And 29, the second input of which is connected to the output “more” of the fifth comparator 25, and the third input is connected to the output of the fourth element And 27, the first 30 and second 31 delay elements, the inputs of which are connected to the output “is equal to” p of the comparator 25, the first pulse counter 32 connected in series, the counting input of which is connected to the output of the fifth element And 29, and the installation input to zero - with the output of the first delay element 30, the memory register 33, the control input of which is connected to the output of the “equal” to the fifth comparator 25, and a third constant factor multiplier 34, as well as a second pulse counter 35, the counting input of which is connected to the output of the fifth element And 29, the initial setup code supply input is connected to the output of the third multiplier 34 by a constant coefficient nt, the control input is connected to the output of the second delay element 32, the zero input of the second pulse counter 35 is connected to the output equal to the fifth comparator 25, and the output is the output of the synchronization relay, and the constant coefficient generating unit 36, the input of which is connected to the control input register 33 of the memory, and the output is connected to the input of the constant coefficient supply of the third multiplier 34 by a constant coefficient, while the frequency meters of the input 5 and synchronized 1 signals convert the input and synchronized signals according to the mathematical expressions

U₀=A₀/f₀, U₁=A₁/f₁,U ₀ = A ₀ / f ₀ , U ₁ = A ₁ / f ₁ ,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного напряжения;where U ₀ is the signal at the output of the input voltage frequency meter;

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого напряжения;U ₁ - signal at the output of the frequency meter of the synchronized voltage;

f₀ - частота входного напряжения;f ₀ is the frequency of the input voltage;

f₁ - частота синхронизируемого напряжения;f ₁ - the frequency of the synchronized voltage;

А₀, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого напряжений соответственно, а выпрямитель 16 входного напряжения и выпрямитель 15 синхронизируемого напряжения преобразуют напряжения в величины, пропорциональные их амплитудам и равные А₀ и А₁ соответственно.A ₀ , A ₁ are scale factors proportional to the amplitudes of the input and synchronized voltages, respectively, and the input voltage rectifier 16 and the synchronized voltage rectifier 15 convert the voltages to values proportional to their amplitudes and equal to A ₀ and A _1, respectively.

Измерители 1 и 5 частоты (фиг.2) могут быть выполнены в виде усилителя 37, в выходной цепи которого включен резонансный контур 38, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви (спада) его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала.Meters 1 and 5 of the frequency (figure 2) can be made in the form of an amplifier 37, in the output circuit of which is included a resonant circuit 38, configured so that the nominal values of the input frequencies come in the middle of the linear part of the branch (decay) of its frequency response. In this case, the output voltage of the meter will be inversely proportional to the frequency of its input signal.

На фиг.3 представлены сигнал Uвх23 на входе второго формирователя 23 прямоугольных импульсов (фиг.3, а), сигнал Uвх20 на входе первого формирователя 20 прямоугольных импульсов (фиг.3, б), сигнал U23 на выходе второго формирователя 23 прямоугольных импульсов (фиг.3, в), сигнал U20 на выходе первого формирователя 20 прямоугольных импульсов (фиг.3, г), сигнал U21 на выходе формирователя 21 последовательности коротких импульсов (фиг.3, д), сигнал U24 на выходе интегрирующего усилителя 24 (фиг.3, е), сигнал U22 на выходе фазового детектора 22 (фиг.3, ж), сигнал U25 на выходе “равно” пятого компаратора 25 (фиг.3, з), сигнал U35 на выходе второго счетчика 35 (фиг.3, и).Figure 3 shows the signal Uin23 at the input of the second rectangular pulse generator 23 (Fig. 3, a), the signal Uin20 at the input of the first rectangular pulse generator 20 (Fig. 3, b), the signal U23 at the output of the second rectangular pulse generator 23 (Fig. .3, c), the signal U20 at the output of the first rectangular pulse shaper 20 (FIG. 3, d), the signal U21 at the output of the short pulse train former 21 (FIG. 3, e), the signal U24 at the output of the integrating amplifier 24 (FIG. 3e), the signal U22 at the output of the phase detector 22 (Fig. 3g), the signal U25 at the output of but the "fifth comparator 25 (3, s), U35 signal at the output of the second counter 35 (Figure 3 and).

Работает реле синхронизации следующим образом.The synchronization relay operates as follows.

При включении реле на выходе измерителя 5 формируется сигнал U₀=A₀/f₀, величина которого обратно пропорциональна частоте f₀ входного напряжения (напряжения сети), а на выходе измерителя 1 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте f₁ синхронизируемого напряжения (напряжения генератора). Одновременно с этим выпрямитель 16 вырабатывает сигнал, пропорциональный А₀, а выпрямитель 15 формирует сигнал, пропорциональный А₁. В этом случае на выходе второго алгебраического сумматора 17 формируется величина разности амплитуд напряжений А₀-А₁. Кроме того, сигнал с выхода выпрямителя 16 А₀ умножается во втором умножителе 18 на малый коэффициент Кu, определяющий допустимое отклонение амплитуды синхронизируемого напряжения от входного. Поэтому в третьем компараторе 13 сравниваются величины А₀-А₁ и А₀Кu, а в четвертом компараторе 14 сравниваются величины А₀-А₁ и А₀Кu. Если выполняется условие А₀-А₁<A₀Ku, A₀-А₁>-А₀Кu, что соответствует нахождению разности амплитуд входного и синхронизируемого напряжений в допустимых пределах, то на выходе третьего элемента И 12 будет сформирован сигнал логической единицы, что откроет первый 10 и второй 11 элементы И и позволит управлять первым 4 и вторым 9 исполнительными элементами. Следовательно, управление частотой синхронизируемого сигнала будет происходить только при рассогласовании амплитуд входного и синхронизируемого напряжений в допустимых пределах, что повышает точность подстройки частоты синхронизируемого сигнала (напряжения генератора).When the relay is turned on, the signal U ₀ = A ₀ / f ₀ is formed at the output of meter 5, the value of which is inversely proportional to the frequency f _{0 of the} input voltage (mains voltage), and at the output of meter 1, the signal U ₁ = A ₁ / f ₁ is inversely proportional frequency f ₁ synchronized voltage (voltage of the generator). At the same time, the rectifier 16 generates a signal proportional to A ₀ , and the rectifier 15 generates a signal proportional to A ₁ . In this case, at the output of the second algebraic adder 17, the magnitude of the voltage amplitude difference A ₀ -A _{1 is formed} . In addition, the signal from the output of the rectifier 16 A ₀ is multiplied in the second multiplier 18 by a small coefficient Ku, which determines the permissible deviation of the amplitude of the synchronized voltage from the input. Therefore, in the third comparator 13, the values A ₀ -A ₁ and A ₀ Ku are compared, and in the fourth comparator 14, the values A ₀ -A ₁ and A ₀ Ku are compared. If condition A ₀ -A ₁ <A ₀ Ku, A ₀ -A _1> -A ₀ Ci, which corresponds to the amplitudes of the difference finding the input and synchronizes stresses within acceptable limits, then the output of the third AND gate 12 will generate a logic one signal, that will open the first 10 and second 11 elements And and will allow you to control the first 4 and second 9 actuators. Therefore, the frequency control of the synchronized signal will occur only when the amplitudes of the input and synchronized voltages are mismatched within acceptable limits, which increases the accuracy of adjusting the frequency of the synchronized signal (generator voltage).

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 5 умножается в первом умножителе 2 на малый коэффициент K_f, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Тогда с учетом того, что Al≅A0, в первом компараторе 3 сравниваются величины А₀(f₁-f₀)/f $\binom{2}{0}$ и A₀Kf/f₀, а во втором компараторе 13 сравниваются величины А₀(f₁-f₀)/f $\binom{2}{0}$ и - A₀Kf/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное первым инвертором 7 значение сигнала с выхода первого умножителя 2.In addition, the signal from the output of the meter 5 is multiplied in the first multiplier 2 by a small coefficient K _f , which determines the permissible deviation of the frequency of the synchronized signal from the input. Then, given the fact that Al≅A0, in the first comparator 3 the quantities A ₀ (f ₁ -f ₀ ) / f are compared $\binom{2}{0}$ and A ₀ Kf / f ₀ , and in the second comparator 13, the quantities A ₀ (f ₁ -f ₀ ) / f are compared $\binom{2}{0}$ and - A ₀ Kf / f ₀ , since the signal from the output of the first multiplier 2 inverted by the first inverter 7 is input to it.

Первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота напряжения генератора f₁ превысит допустимое отклонение от частоты напряжения сети f₀ в большую сторону на относительную величину, задаваемую коэффициентом Kf, а второй исполнительный элемент 9 - когда частота напряжения генератора недопустимо отклонится в меньшую сторону.The first actuator 4 will work when the frequency of the generator voltage f ₁ exceeds the allowable deviation from the mains voltage frequency f ₀ upward by a relative amount specified by the coefficient Kf, and the second actuator 9 when the frequency of the generator voltage is unacceptably deviated to the smaller side.

Сигнал логической единицы на выходе четвертого элемента И 27, соответствующий разрешению формирования команды подключения генератора в сеть, будет наблюдаться при нахождении частоты генератора в допустимых пределах относительно отклонении от частоты напряжения сети.The signal of the logical unit at the output of the fourth element And 27, corresponding to the resolution of the formation of the command to connect the generator to the network, will be observed when the generator frequency is within acceptable limits relative to the deviation from the network voltage frequency.

Сама команда подключения, которая должна вырабатываться с заданным временем опережения tоп, формируется следующим образом. Сигнал логической единицы с выхода четвертого элемента И 27 поступает на вход пятого элемента И 29, на один из других входов которого поступают счетные импульсы для первого счетчика 32 с выхода генератора 28 тактовых импульсов. На выходе фазового детектора 22 формируется сигнал постоянного напряжения, амплитуда которого пропорциональна углу между векторами напряжений генератора и сети (фиг.3, ж). Этот сигнал после фильтрации в фильтре 26 нижних частот сравнивается в пятом компараторе 25 с нулевым уровнем, поэтому на его выходе “равно” будут формироваться импульсы (фиг.3, з) в конце каждого периода изменений сигнала на выходе фазового детектор 22. Между этими импульсами на выходе “больше” пятого компаратора 25 будет наблюдаться уровень логической единицы, по которому импульсы генератора 28 будут поступать на счетный вход первого счетчика 32, в котором будет формироваться сигнал, пропорциональный периоду Т выходного сигнала на выходе фазового детектора 22. Одновременно те же импульсы поступают на счетный вход второго счетчика 35. По сигналу с выхода “равно” пятого компаратора 25 содержимое первого счетчика 32 (величина Т) будет переписываться в регистр 33 памяти, после чего содержимое первого счетчика 32 будет обнуляться. Содержимое регистра 33 умножается в третьем умножителе 34 на число Коп, значение которого определяется в блоке 36, выполненного, например, в виде ПЗУ, на основе заданного заранее времени опережения tоп на включение генератора в сеть. Блок 36 программируется для вычисления Коп на основе следующего уравнения: Коп=(1-tоп/T). При этом по импульсу с выхода “равно” пятого компаратора 25 обнуляется содержимое второго счетчика 35, после чего результат перемножения вводится в этот счетчик в качестве его первоначальной установки. При подсчитанном числе импульсов во втором счетчике 35, равном длительности интервала времени в пределах периода изменений сигнала на выходе фазового детектора 22, на выходе второго счетчика 35 формируется короткий импульс переполнения, который используется в качестве импульса запуска генератора с опережением на величину tоп.The connection command itself, which should be generated with a given lead time top, is formed as follows. The signal of a logical unit from the output of the fourth element And 27 is fed to the input of the fifth element And 29, one of the other inputs of which receive counting pulses for the first counter 32 from the output of the clock generator 28. At the output of the phase detector 22, a constant voltage signal is generated, the amplitude of which is proportional to the angle between the voltage vectors of the generator and the network (Fig. 3, g). This signal after filtering in the low-pass filter 26 is compared in the fifth comparator 25 with a zero level, therefore, pulses will be generated at its output “equal to” (Fig. 3, h) at the end of each period of signal changes at the output of the phase detector 22. Between these pulses at the output “greater than” the fifth comparator 25, a logical unit level will be observed at which the pulses of the generator 28 will be fed to the counting input of the first counter 32, in which a signal will be generated proportional to the period T of the output signal at the output zovogo detector 22. Simultaneously, the same pulses are applied to the count input of second counter 35. Upon a signal from the output "equal to" the fifth comparator 25, the contents of the first counter 32 (T value) is overwritten into register memory 33 and the contents of the first counter 32 will be reset. The contents of register 33 are multiplied in the third multiplier 34 by the number of Kop, the value of which is determined in block 36, made, for example, in the form of ROM, based on a predetermined lead time top to turn on the generator in the network. Block 36 is programmed to calculate Cope based on the following equation: Cope = (1-top / T). In this case, the pulse from the output “equals” to the fifth comparator 25 the contents of the second counter 35 are reset to zero, after which the multiplication result is entered into this counter as its initial setting. When the calculated number of pulses in the second counter 35 is equal to the duration of the time interval within the period of the signal changes at the output of the phase detector 22, a short overflow pulse is generated at the output of the second counter 35, which is used as the generator start pulse ahead of the value of top.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями и более высокой точностью, поскольку оно вырабатывает сигнал на включение генератора только в интервале, соответствующем допустимой величине рассогласования частот напряжений сети и генератора, которая определяется при примерном равенстве их амплитуд.Thus, the proposed device has wider functionality and higher accuracy, since it produces a signal to turn on the generator only in the interval corresponding to the permissible value of the mismatch of the frequencies of the voltage of the network and the generator, which is determined with an approximate equality of their amplitudes.

Источники информацииSources of information

[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.[1] Electrical reference book, in 4 volumes, v.2. Electrical products and devices. Under the general ed. V.G. Gerasimova et al. - M.: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, Fig. 35.10.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 355, рис. 12.16.[2] Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. - M.: Higher School, 1991, p. 355, fig. 12.16.

Claims

A synchronization relay containing an input voltage rectifier, the input of which is connected to the mains voltage input, a synchronized voltage rectifier, the input of which is connected to the generator voltage input, the first algebraic adder, the first constant factor multiplier, the first inverter, the first comparator and the first and second actuators, characterized in that an input voltage frequency meter is introduced, the input of which is connected to the input of the input voltage rectifier, and the output is connected to the input of addition algebraic adder and with the input of the first multiplier by a constant coefficient, the output of which through the first inverter is connected to the first input of the first comparator, a synchronized voltage frequency meter, the input of which is connected to the input of the synchronized voltage rectifier, and the output is connected to the subtraction input of the first algebraic adder, the second comparator whose first input is connected to the output of the first multiplier by a constant coefficient, and the second input is connected to the second input of the first comparator and with the first algebraic adder, the first element And, the first input of which is connected to the output “more” of the first comparator, and the output is connected to the input of the first actuator, the second element And, the first input of which is connected to the output “less” of the second comparator, and the output is connected to the input of the second actuating element, the third element And, the output of which is connected to the second inputs of the first and second elements And, the third comparator, the output of “greater than” which is connected to the first input of the third element And, the fourth comparator, the output “less” of which is connected to the second input of the third element AND, the second algebraic adder, the subtraction input and the addition of which is connected to the output of the synchronized voltage rectifier and to the output of the input voltage rectifier, respectively, the second constant factor multiplier, the input of which is connected to the output of the rectifier input voltage, and the output is connected to the first input of the fourth comparator, the second inverter, the input of which is connected to the output of the second multiplier by a constant coefficient, and the output connected to the first input of the third comparator, the second input of which is connected to the second input of the fourth comparator and to the output of the second algebraic adder, the first rectangular pulse shaper is connected in series, the input of which is connected to the input of the synchronized voltage rectifier, and the short pulse shaper, the output of which is connected to the first the input of the phase detector, sequentially connected to the second shaper of rectangular pulses, the input of which is connected to the input a rectifier of the input voltage, and an integrating amplifier, the output of which is connected to the second input of the phase detector, a fifth comparator, a low-pass filter, the input of which is connected to the output of the phase detector, and the output is connected to the input of the fifth comparator, made in the form of a comparator with a zero threshold, the fourth element And, the first and second inputs of which are connected to the output “less” of the first comparator and to the output “more” of the second comparator, respectively, a clock generator whose output is connected to the first input the fifth element And, the second input of which is connected to the output “greater” of the fifth comparator, and the third input is connected to the output of the fourth element of And, the first and second delay elements, the inputs of which are connected to the output of “equal” to the fifth comparator, connected in series to the first pulse counter, counting the input of which is connected to the output of the fifth element And, and the input of setting to zero - with the output of the first delay element, a memory register whose control input is connected to the output is “equal to” the fifth comparator, and the third multiplier is constant th coefficient, as well as a second pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the fifth element And, the input feed of the initial setting code is connected to the output of the third multiplier by a constant coefficient, the control input of the second pulse counter is connected to the output of the second delay element, and the installation input is zero - with an output equal to the fifth comparator, and a constant coefficient generating unit, the input of which is connected to an output equal to the fifth comparator, and the output is connected to the input of the constant coefficient third multiplying by a constant coefficient, wherein the frequency meters and synchronized input signal and convert the input signals are clocked in accordance with mathematical expressions:

U ₀ = A ₀ / f ₀ , U ₁ = A ₁ / f ₁ ,

where U ₀ is the signal at the output of the input voltage frequency meter;

U ₁ - signal at the output of the frequency meter of the synchronized voltage;

f ₀ is the frequency of the input voltage;

f ₁ - the frequency of the synchronized voltage;

And ₀ , And ₁ - scale factors proportional to the amplitudes of the input and synchronized voltage, respectively,

rectifiers of the input voltage and synchronized voltage convert the voltages into values proportional to their amplitudes and equal to A ₀ and A ₁ , respectively, and the output of the second pulse counter is the output of the synchronization relay.