РЕЛЕ - РЕГУЛЯТОР
REGULATING RELAY

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле-регулятора напряжения генератора и выработки сигнала разрешения регулирования других параметров генератора при его включении в сеть.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямители, выходы которых соединены с соответствующими входами алгебраического сумматора, выход которого соединен с входами повторителя и компаратора, выход компаратора через первый диод соединен с входами инвертора и умножителя, а выход повторителя через второй диод соединен с другим входом умножителя и с входом второго инвертора [1].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность, поскольку устройство реагирует на абсолютную разность напряжений сети и генератора. Однако в ряде технологических процессов возникает необходимость обеспечить реакцию не на абсолютную недопустимую величину отличия напряжения генератора от напряжения сети, а относительную, задаваемую в относительных единицах к абсолютной величине напряжения сети.
Техническим результатом изобретения является повышение точности.
Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее выпрямитель напряжения генератора, вход которого является входом напряжения генератора, выпрямитель напряжения сети, вход которого является входом напряжения сети, первый компаратор, умножитель, инвертор, алгебраический сумматор, вычитающий и суммирующий входы которого соединены с выходами соответственно выпрямителя напряжения генератора и выпрямителя напряжения сети, согласно изобретению введены второй компаратор, выход «больше» которого является выходом регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону увеличения, первый вход соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, а второй вход соединен с выходом умножителя, вход которого соединен с выходом выпрямителя напряжения сети, и с входом инвертора, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора, выход «меньше» которого является выходом регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону уменьшения, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом «больше» первого компаратора и с выходом «меньше» второго компаратора, а выход является выходом разрешения настройки других параметров генератора, реверсивный счетчик, первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, второй элемент И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, третий компаратор, выход «меньше» которого соединен с первым входом второго элемента И, четвертый компаратор, выход «больше» которого соединен со вторым входом второго элемента И, фильтр-усреднитель, выход которого соединен с входами третьего и четвертого компараторов, блок вычитания, выход которого соединен с информационным входом фильтра-усреднителя, первый регистр памяти, информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, второй регистр памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого регистра памяти и с первым входом блока вычитания, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, а также последовательно соединенные одновибратор, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с входами установки в ноль фильтра-усреднителя и первого и второго регистров памяти, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, и делитель частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и с тактовыми входами первого и второго регистров памяти и фильтра-усреднителя, пятый компаратор, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, второй элемент ИЛИ, третий элемент И, прямой вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход соединен с входом управления суммированием реверсивного счетчика, первый формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «больше» пятого компаратора и с первым входом второго элемента ИЛИ, а выход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, третий элемент ИЛИ, четвертый элемент И, прямой вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, инверсный вход соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом управления вычитанием реверсивного счетчика, а также второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» пятого компаратора и с первым входом третьего элемента ИЛИ, а выход - соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ и с инверсным входом третьего элемента И.
На чертеже представлена электрическая структурная схема реле-регулятора напряжения.
Реле-регулятор напряжения содержит выпрямитель 1 напряжения генератора, вход которого является входом напряжения генератора, выпрямитель 2 напряжения сети, вход которого является входом напряжения сети, первый компаратор 3, умножитель 4, инвертор 5, алгебраический сумматор 6, вычитающий и суммирующий входы которого соединены с выходами соответственно выпрямителя 1 напряжения генератора и выпрямителя 2 напряжения сети, второй компаратор 7, выход «больше» которого является выходом регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону увеличения, первый вход соединен с первым входом первого компаратора 3 и с выходом алгебраического сумматора 6, а второй вход соединен с выходом умножителя 4, вход которого соединен с выходом выпрямителя 2 напряжения сети, и с входом инвертора 5, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора 3, выход «меньше» которого является выходом регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону уменьшения, первый элемент И 8, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом «больше» первого компаратора 3 и с выходом «меньше» второго компаратора 7, а выход является выходом разрешения настройки других параметров генератора.
Реле-регулятор напряжения содержит также реверсивный счетчик 9, первый элемент ИЛИ 10, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 9, второй элемент И 11, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И 8, третий компаратор 12, выход «меньше» которого соединен с первым входом второго элемента И 11, четвертый компаратор 13, выход «больше» которого соединен со вторым входом второго элемента И 11, а также фильтр-усреднитель 14, выход которого соединен с входами третьего 12 и четвертого 13 компараторов.
Реле-регулятор напряжения дополнительно содержит блок 15 вычитания, выход которого соединен с информационным входом фильтра-усреднителя 14, первый регистр 16 памяти, информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 9, второй регистр 17 памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого регистра 16 памяти и с первым входом блока 15 вычитания, а выход соединен со вторым входом блока 15 вычитания, а также последовательно соединенные одновибратор 18, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 10 и с входами установки в ноль фильтра-усреднителя 14 и первого 16 и второго 17 регистров памяти, генератор 19 тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 9, и делитель 20 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 10 и с тактовыми входами первого 16 и второго 17 регистров памяти и фильтра-усреднителя 14, пятый компаратор 21, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 6, второй элемент ИЛИ 22, третий элемент И 23, прямой вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ 22, а выход соединен с входом управления суммированием реверсивного счетчика 9, первый формирователь 24 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «больше» пятого компаратора 21 и с первым входом второго элемента ИЛИ 22, а выход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 22, третий элемент ИЛИ 25, четвертый элемент И 26, прямой вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ 25, инверсный вход соединен с выходом первого формирователя 24 коротких импульсов, а выход соединен с входом управления вычитанием реверсивного счетчика 9, а также второй формирователь 27 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» пятого компаратора 21 и с первым входом третьего элемента ИЛИ 25, а выход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ 25, при этом выход второго формирователя 27 коротких импульсов соединен с инверсным входом третьего элемента И 23.
Фильтр-усреднитель 14 может быть выполнен в виде стандартного цифрового фильтра, содержащего регистр сдвига, информационный и тактовый входы и вход установки в ноль которого являются соответственно информационным, тактовым входом и входом установки в ноль фильтра-усреднителя, выходы регистра сдвига соединены через соответствующие им умножители на весовые коэффициенты с сумматором, выход которого является выходом фильтра-усреднителя. Первый 16 и второй 17 регистры памяти могут быть выполнены в виде многоразрядных сдвиговых регистров. Первый 24 и второй 27 формирователи коротких импульсов вырабатывают короткие импульсы при перепаде уровней сигнала на их входе с логической единицы на логический ноль. Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков, кроме цепи питания одновибратора 18, на чертеже опущены как несущественные в рамках данной заявки [2…4].
Реле-регулятор напряжения работает следующим образом.
г
c
г
c
г
c
c
c
c
На выходе выпрямителя 1 формируется сигнал U, пропорциональный амплитуде напряжения генератора, а на выходе выпрямителя 2 формируется сигнал Uc, пропорциональный амплитуде напряжения сети. В результате на выходе алгебраического сумматора 6 будет наблюдаться сигнал U-U, а на выходе умножителя 4 - сигнал KxU, где К - коэффициент, соответствующий относительной величине допустимого отклонения напряжения генератора от напряжения сети. Тогда с учетом действия инвертора 5 на выходе "меньше" первого компаратора 3 сигнал логической единицы будет наблюдаться при выполнении соотношения U-U <- KxU, что соответствует необходимости регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону увеличения, а на выходе «больше» второго компаратора 7 - при выполнении соотношения Uг-U>KxU, что соответствует необходимости регулирования амплитуды напряжения генератора в сторону увеличения. В остальных случаях необходимость регулировки напряжения генератора отсутствует и сигнал логической единицы формируется на выходе элемента И 8, первый и второй входы которого соединены с выходом «больше» первого 3 и с выходом «меньше» второго 7 компараторов соответственно. Этот сигнал может быть использован в качестве сигнала разрешения регулировки других параметров генератора, например частоты и фазы.
Кроме того, при запуске одновибратора 18 происходит обнуление реверсивного счетчика 9 путем подачи импульса через первый элемент ИЛИ 10 на его вход установки в ноль, а также первого 16 и второго 17 регистров памяти и фильтра-усреднителя 14 путем подачи импульса на их входы установки в ноль. Кроме того, одновибратор запускает генератор 19 тактовых импульсов, который формирует счетные импульсы для реверсивного счетчика 9.
Эти импульсы суммируются реверсивным счетчиком 9, если амплитуда напряжения сети превышает амплитуду напряжения генератора, и вычитаются, если амплитуда напряжения сети меньше амплитуды напряжения генератора. Это обеспечивается включением на выходе алгебраического сумматора 6 пятого компаратора 21 с нулевым пороговым уровнем и подачей сигналов с его выходов «больше» и «меньше» на соответственно вход управления суммированием и вход управления вычитанием реверсивного счетчика 9.
Подача сигнала с выхода «больше» пятого компаратора 21 на вход управления суммированием реверсивного счетчика 9 производится следующим образом. При формировании на выходе «больше» пятого компаратора 21 уровня логической единицы этот уровень подается через второй элемент ИЛИ 22 и третий элемент И 23 (на инверсный вход этого элемента с выхода второго формирователя 27 коротких импульсов подается уровень логического нуля после малой задержки на время импульса, формируемого этим формирователем) на вход управления суммированием реверсивного счетчика 9. При перепаде уровня логической единицы на уровень логического нуля на выходе «больше» пятого компаратора 21 первый формирователь 24 вырабатывает короткий импульс, который подается через второй элемент ИЛИ 22 и третий элемент И 23, на инверсный вход которого подан уровень логического нуля с выхода второго формирователя 27 коротких импульсов, на вход управления суммированием реверсивного счетчика 9. Аналогичные процессы происходят при перепаде сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля на выходе «меньше» пятого компаратора 21. В этом случае задействованы второй формирователь 27, третий элемент ИЛИ 25 и четвертый элемент И 26, а также первый формирователь 24, с выхода которого сигнал подается на инверсный вход четвертого элемента И 26. Этим самым исключается влияние кратковременных искажений сигнала на выходе алгебраического сумматора 6 на работу реле-регулятора.
Делитель 20, выполненный в виде двоичного счетчика, периодически вырабатывает импульсы переполнения на своем выходе, которые используются в качестве тактовых импульсов. По этим импульсам производится перезапись содержимого реверсивного счетчика 9 в первый регистр 16 и из него во второй регистр 17, в результате чего на выходе блока 15 формируется дифференциал (приращение) сигнала с выхода реверсивного счетчика 9, характеризующий скорость изменения разности амплитуд напряжений генератора и сети. По этим же тактовым импульсам происходит управление работой фильтра-усреднителя 14, который усредняет приращения, формирующиеся в блоке 15. При этом после очередного сдвига информации в первом 16 и втором 17 регистрах памяти реверсивный счетчик 10 обнуляется после малой задержки в первом элементе ИЛИ 10 на время переходных процессов, возникающих при перезаписи. Если величина дифференциала, т.е. скорость изменения разности амплитуд напряжений генератора и сети, не выходит за допустимые пределы, то на выходе второго элемента И 11 формируется уровень логической единицы, который подается на третий вход первого элемента И 8. В этом случае уровень логической единицы на его выходе (используемый в качестве сигнала разрешения регулировки других параметров генератора, например, частоты и фазы) формируется, если в допустимых пределах лежит не только отклонение амплитуды напряжения генератора относительно амплитуды напряжения сети, но и скорость изменения разности амплитуд напряжений генератора и сети.
Таким образом, в предложенном техническом решении повышается точность работы, поскольку обеспечивается реакция не на абсолютную недопустимую величину отличия напряжения генератора от напряжения сети, а относительную, задаваемую в относительных единицах к абсолютной величине напряжения сети. Кроме того, расширяется область применения за счет обеспечения реакции реле на скорость изменения разности амплитуд напряжений генератора и сети, а также повышается помехоустойчивость реле-регулятора за счет исключения влияния кратковременных сбоев в работе алгебраического сумматора 6, вызванных искажениями его входных сигналов.
Источники информации
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 355, рис. 12.16а.
2. Патент РФ на изобретение 2220468 С1, Н01Н 47/18. Реле разности фаз/ В.В. Березов. Опубл. 27.12.2002.
3. Патент РФ на изобретение 2484547 С1, Н01Н 47/20. Реле разности фаз/ А.В. Мосиенко, Э.В. Борисов, В.Е. Казарин, А.С. Безбородов, H.Н. Тацышин, О.С. Купач. Опубл. 10.06.2013.
4. 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.