SU1494102A1 - Устройство дл сравнени фаз - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике в частности к цифровым комплексам релейной защиты электроустановок. Цель - повышение помехоустойчивости. Угол между векторами напр жени  и тока пропорционален ширине выходного сигнала органа сравнени  5, обусловленной сигналами с блоков арифметического суммировани  4 и геометрической разности 3 сравниваемых величин. Знак угла определ етс  сравнением фронтов сигналов формирователей напр жени  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, определ ющие знак угла, объедин ютс  по функции 2И на элементах 17 и 18 соответственно, с выхода которых сигналы объедин ютс  по функции 2ИЛИ на элементе 19, с выхода которого сигнал поступает на один вход элемента 2И 21, на другой вход которого подаетс  команда записи в регистр пам ти 23 с одновибратора 9. Интервал единичного уровн  с выхода мультиплексора 16 пропорционален измер емому углу и определ етс  шириной сигнала с формировател  6 при соответствующем состо нии информационных входов D-триггеров и управл ющего входа формировател  7. Мультиплексор 16 запускает генератор 20, импульсы которого подсчитываютс  двоичным счетчиком 22. Сформированное счетчиком двоичное число, переноситс  в регистр пам ти 23, в старший разр д которого заноситс  "1" с выхода элемента 2И 17, если угол находитс  в диапазоне 180-360°, и "0" - в диапазоне 0-180°. Записанное в регистре 23 число сравниваетс  цифровыми компараторами 24 и 25 с уставкой и, если угол находитс  в зоне срабатывани , компараторы формируют единичные сигналы, объедин ющиес  по функции 2И на элементе 26, на выходе которого формируетс  единичный сигнал. 3 ил.

Description

314

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

вход элемента 2И 21, на другой вход которого подаетс  команда записи в регистр пам ти 23 с одновибратора 9. Интервал единичного уровн  с выхода мультиплексора 16 пропорционален мер емому углу и i определ етс  шириной сигнала с формировател  6 при соответствующем состо нии информационных входов D-триггеров

024

и управл ющего входа формировател  7. Мультиплексор 16 запускает генератор 20, импульсы которого считываютс  двоичным счетчиком 22, Сформированное счетчиком двоичное число, переноситс  в регистр пам ти 23, в старший разр д которого заноситс  1 с выхода элемента 2И 17, если угол находитс  в диапазоне 180- 390° , и О - в диапазоне 0-180. Записанное в регистре 23 число сравниваетс  цифровыми компараторами 24 и 25 с установкой и, если угол находитс  в зоне срабатывани , компараторы формируют единичные сигналы, объедин ющиес  по функции 2И на элементе 26, на выходе которого формируетс  единичный сигнал. 3 ил.

Изобретение относитс  к электротехнике и может примен тьс  в цифровых комплексах релейной защиты и автоматики энергосистем, в которых уставки измерительных органов автоматически измен ютс  при изменении режима рабо1Ъ1 энергосистемы.

Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости устройства.

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

Устройство содержит промежуточные трансформаторы 1 и 2 напр жени  с трем  одинаковыми вторичными обмотками и тока с двум  одинаковыми вторичными обмотками, блок 3 геометрической разности и блок 4 арифметического суммировани , подключенные входами к.выводам вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2, элемент 5 сравнени , 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 пам ти, 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 выпр мительного моста с разделительными диодами , включенными согласно с основными. К анодам разделительных диодов подключена одна втори чна  обмотка промежуточного трансформатора 2, а к

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

однофазных выпр мительных мостов, причем к входу одного моста подключена друга  вторична  обмотка промежуточного трансформатора 1 напр жени , а к другому - друга  вторична 

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

подключен к входам фор: ировател  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- ровател  7 двоичных сигналов подключены к выводам третьей обмотки трансформатора 1 напр жени , а выход подключен к пр мому 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. Пр мые ВЫХОДА D-триггеров 12-15 подключены к информационным входам мультиплексора 16, управл ющие 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 пам ти , подключенного выходом к входам компараторов 24 и 25. Пр мой выход одновибратора 9 подключен к управл ющему входу счетчика 22 и одному входу элемента 2И 21, выход которого подключен к управл ющему входу регистра 23 пам ти. 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 напр жений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов 1 и 2 напр жени  и тока. При угле между векторами 180° выходной сигнал максимальный и равен арифметичес- , рами преобразованных напр жений при

кой сумме напр жений вторичных обмоток промежуточных трансформаторов 1 и 2 напр жени  и тока. При нулевом угле выходной сигнал минимальный и равен выпр мленному напр жению вторичной обмотки трансформатора, имеющего большее значение.

Ширина разностного (дифференциального )- сигнала между выходными сигналами блоков 4 и 3 арифметического суммировани  и геометрической разности на/выходе элемента 5 сравнени  в диапазоне углов 180-360 пропорциональна фазовому углу мевду напр жением и током, подведенным к трансформаторам 1 и 2, причем начала передних фронтов разностного сигнала и кривой напр жени  совпадают, а в диапазоне углов 0-180 ширина разиостналичии апериодической слагающей не находитс  в зоне peai-ировани  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 напр жени .

Разностный (дифференциальный сиг нал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммировани  (фиг.З, диаграмма 2) с выхода элемента 5 сравнени  подаетс  на фор мирователь 6, В формировател х 6 И 7 входные величины преобразуютс  в дво ичные сигналы (4«г,3, диаграм 3, 5 С формировател  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 напр жени  (фиг.2а) . Ширина разностного сигнала не зави13 , первый управл юш 1Й вход мульти- плексора 16 и инверсный вход одновиб ратора 11, с пр мого выхода которого сигналы подаютс  на D-входы триггеро

сит от амплитуды сравниваег-ык напр жений .

При наличии апериодической слагающей полного тока зона совпадени  начал и концов фронтов разностного сигнала и кривой напр жени  сужаетс  по синусоидальному закону. Это сужение, например , при 30% апериодической слага6

ющей, составл ет arcsin 0,,5 дл  каждого квадранта, т.е. ширина зоны реагировани  устройства с такой апе- риодцческой слагающей дл  двух квадрантов будет 145° (фиг .2б), при 70% апериодической слагающей зона реагировани  составит 91° (фиг.2в), В том случае, когда апериодическа  слагающа  превышает периодическую в теЧение хот  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 напр же1дай, а при наличии апериодической слагающей , ширина разностного сигнала различна , но их сумма также соответствует удвоенному углу, если угол находитс  в зоне реагировани  устройства (фиг.Зв, диаграмма 15),

В случае, когда угол между векторами преобразованных напр жений при

наличии апериодической слагающей не находитс  в зоне peai-ировани  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 напр жени .

Разностный (дифференциальный сигнал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммировани  (фиг.З, диаграмма 2) с выхода элемента 5 сравнени  подаетс  на формирователь 6, В формировател х 6 И 7 входные величины преобразуютс  в двоичные сигналы (4«г,3, диаграм 3, 5).- С формировател  6 двоичные сигналы

13, первый управл юш 1Й вход мульти- . плексора 16 и инверсный вход одновибратора 11, с пр мого выхода которого сигналы подаютс  на D-входы триггеров

14 и 15. С формировател  7 сигналы поступают на второй управл ющий вход мультиплексора 16, пр мой вход одно- вибратора 9 и, пройд  инвертор 8, н г пр мой 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 формируютс  импульсы низкого уровн  по переднему фронту входных импульсов (фиг.З, диаграм№1 7,9), соответствугацих положительной и отри- 5 цательной полуволне напр жени  трансформатора I соответственно. На пр мом выходе одвибратора 1I формируютс  импульсы высокого уровн  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 формировател  6, и Сигналов, поступающих с форми- i 25 ровател  7 и инвертора 8, В этом режиме передним фронтом син- . хронизирующих импульсов, поступающих с одновибраторов 9 и 10, переключаютс 

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 переключени  парных триггеров 12, 13 и 14, 15 вблизи углов О и 180° сужаетс , 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 уровн  на первый вход элемента 2И 21 на второй вход которого поступает импульс с пр мого выхода одновибратора 9 (фиг.З, диаграмма 8).

По переднему фронту импульса, пос тупающего с одновибратора 9, прекращаетс  поступление счетных импульсов в счетчик 22, двоичное число с выхода счетчика с разр дностью п-1 фиксируетс  в регистре 23 пам ти, ес ли парные триггеры 12, 13 или 14, 15 переключились (наличие сигнала единичного уровн  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 формировател  6, и сигналов, поступающих с формиро35

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

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

уровн , поступающего с формировател  6. Дл  измерени  продолжительности единичного интервала в двоичном коде служат генератор 20/стабильной частоты с внешним запуском и счетчик 22 Q двоичных импульсов.

Генератор 20 запускаетс  передним фронтом импульса с выхода мультигшекобнул етс ,

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

уровн  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 определ ет угол If неоднозначно, т.е. это число не определ ет , в каком из квадрантов находитс  измеренный угол. Дл  исключени  указанной неопределенности двоичное (п-1 )-разр дное число, сформированное счетчиком 22, дополн етс  старшим разр дом 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 определ ет угол If неоднозначно, т.е. это число не определ ет , в каком из квадрантов находитс  измеренный угол. Дл  исключени  указанной неопределенности дв ичное (п-1 )-разр дное число, сформи рованное счетчиком 22, дополн етс  старшим разр дом 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 уровн . Генерируеъые55 реагировани  при наличии апериоди- сигналы подсчитываютс  счетчиком 22.ческой слагающей и однозначно опреНа выходе элемента 2И 17 сигнал единичного уровн  по вл етс  при переключении триггеров 12 и 13, что соот-.

дел етс  сигналом единичного уровн  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 переключени  парных триггеров 12, 13 и 14, 15 вблизи углов О и 180° сужаетс , 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 уровн  на первый вход элемента 2И 21 на второй вход которого поступает импульс с пр мого выхода одновибратора 9 (фиг.З, диаграмма 8).

По переднему фронту импульса, поступающего с одновибратора 9, прекращаетс  поступление счетных импульсов в счетчик 22, двоичное число с выхода счетчика с разр дностью п-1 фиксируетс  в регистре 23 пам ти, если парные триггеры 12, 13 или 14, 15 переключились (наличие сигнала единичного уровн  на выходе элемента

обнул етс ,

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

уровн  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 определ ет угол If неоднозначно, т.е. это число не определ ет , в каком из квадрантов находитс  измеренный угол. Дл  исключени  указанной неопределенности двоичное (п-1 )-разр дное число, сформированное счетчиком 22, дополн етс  старшим разр дом п,имеющим значение О при и 1 при , формируемом HQ выходе элемента 2И 17. Это утверждение верно с учетом зоны

реагировани  при наличии апериоди- ческой слагающей и однозначно определ етс  сигналом единичного уровн  на выходе элемента 2И 21. Сформированные таким образом на выходе ре9I4

гистра 23 n-раэр дное число, определ ющее в двоичном коде измеренный угол d , сравниваетсн цифровым компаратором 25 с двоичным числом, определ ющим меньший граничный угол зоны срабатывани (, а при д- выходе компаратора 25 формируетс  единичный сигнал. Аналогично n-p;i3- р дное число, определ ющее угол с,

сравниваетс  цифровым компаратором 2Д с двоичным числом, определ ющим больший граничный угол зоны сраба- тывани  , и при с/ cf(.Ha выходе компаратора 24 формируетс  единич- ный сигнал. Выходные сигналы компараторов объедин ютс  по функции 2И элементом 26 и, таким образом, при Л.. т,е. нахождении угла

ИПMCtKC

сдвига фаз в зоне срабатывани , на выходе элемента 2И 26 формируетс  единичный сигнал.

Разр дность двоичных чисел определ ет точность, с которой представл ютс  углы q, Cf, , причем с целью сохранени  точносги на врем  выключени  счегчика его предустанавливают на величину угла, соответствующего ширине импульса единичного уровн , поступающего с пр мого выхода од- новибратора 9, лд1бо эта корректировка вводитс  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 действи  одновибраторов 9, 10, т.е. должен совпасть передний фронт сигнала одно- вибраторов с сигналом единичного уровн  формировател  6 в двух полупериодах , веро тность чего весьма мала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  сравнени  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 пам ти,

   Q

   5

   0

   5 0

   5

   0

   0

   5

   I О

   р дный выход к(1торо14) 11(1дк;1Н1Ч1. н к одному п-pa p днo ry  ходу каждого ит двух цифровых компара rojiLMf , другие п-разр дные входы Kori)por{j  пл югс  входами заде.ни  уставок, и элемент , подключенный BxojiaNm к выходам цифровых компараторов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости усгроГ сгнл, дополнительно введены промежуточный трансформатор тока и промежуточный трансформатор напр жени  с двум  и трем  вторичными обмогками соответственно , блок геометрической разности , блок арифметического суммировани , элемент сравнени , два формировател  двоичных сигналов, три од- новибратора ,11-триггер , три элеме нта 2И и элемент 2Ш1Н, а три упом нутых триггера также выполнены в виде D- григгеров, при этом блок арифметического суммировани  выполнен в виде двух последовательно и согласно включенных однофазных выпр мительных мостов, к входу одного из которых подключены выводы одной вторичной промежуточного трансфор матора тока, а к входу другого выпр мительного моста подключены выводы одной вторичной обмотки промежуточного трансформатора напр жени , блок геометрической разности выполнен в виде однофазног О выпр мительного моста, с двум  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 напр жени , выводы блоков арифметического суммировани  и геометрической разности, имеющие отрицательную пол рность, заземлены, а выводы указанных блоков, имеющие положительную пол рность, подключены к входам элемента сравнени  , выход которого подключен через один формирователь двоичных сигналов к D-BXO- дам первого и второго I-триггеров, одному управл вшему входу мультиплексора и к инверсному входу первого одновибратора, подключенного выходом к D-входам третьего и четвертого D-триггеров, вывода третьей вторичной обмотки промежуточного трансформатора напр жени  подключены к входам другого формировател 

   двоичных сигналов, подключенного выходом к другому управл ющему входу мультиплексора, пр мому входу второго одновибратора и через инвертор - к пр мому 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

    г

   9f

   М.Келемеш

   t-7Ja - °

   fui-3

   Составитель Т.Щеголькова Техред м. Ходанич

   дом к п-му информационному входу регистра пам ти 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 пр мой выход второго одно- вибратора, подключенного также к тактовому входу двоичного счетчика, а выход третьего элемента 2И подключен к управл ющему входу регистра пам ти ,

   е

   i

   v т

   Корректор Л.Патай