close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2129

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2129
(13)
C1
6
(51) H 02H 3/08,
(12)
H 02H 3/20
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 950754
(22) 03.07.1995
(46) 30.06.1998
РЕЛЕ
(71) Заявитель: Белорусская государственная политехническая академия (BY)
(72) Авторы: Романюк Ф.А., Тишечкин А.А., Румянцев В.Ю., Бобко Н.Н.(BY)
(73) Патентообладатель: Белорусская
государственная политехническая академия (BY)
(57)
1. Реле, содержащее входной преобразователь, выпрямитель и фильтр нижних частот, соединенные последовательно, блок задания уставки, исполнительный элементы, отличающееся тем, что дополнительно содержит однокристальный микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, который соединен посредством аналогового
входа с выходом фильтра нижних частот, а цифрового выхода - с первым входом однокристального микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставки, а первый и второй выходы соединены,
соответственно, с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и исполнительным элементом.
2. Реле по п.1, отличающееся тем, что входной преобразователь выполнен в виде преобразователя тока.
3. Реле по п.1, отличающееся тем, что входной преобразователь выполнен в виде преобразователя напряжения.
(56)
1. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники, 2-е изд., перераб. и
доп., Л.: Энергоатомиздат, 1991.-С.98-101 (прототип).
Фиг. 1
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области релейной защиты и автоматизации электроэнергетических систем.
Известны электромагнитные реле переменного тока (напряжения), состоящие из магнитопровода, обмотки,
противодействующей пружины, подвижного якоря и контактной системы, в которых осуществляется сравнение
вращающего момента пропорционального квадрату контролируемого тока (напряжения) с заданным противодействующим моментом, создаваемым пружиной [1].
Электромагнитные реле переменного тока (напряжения) недостаточно надежны из-за наличия подвижных элементов и контактов, имеют большое потребление мощности. Инерционность подвижного якоря обусловливает невысокое быстродействие реле, составляющее 0,06-0,08 с. Работа этих реле сопровождается
вибрацией контактов, что приводит к их подгоранию.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является реле
переменного тока на базе интегральных аналоговых микросхем с выпрямлением сигнала [1], содержащее
BY 2129 C1
входной преобразователь тока и выпрямитель, соединенные последовательно, фильтр нижних частот, вход
которого подключен к выходу выпрямителя, а выход соединен с первым входам реагирующего органа, ко
второму входу которого подключен блок задания уставки, а к выходу - исполнительный элемент.
Это реле реагирует на средневыпрямленное значение сигнала, которое при срабатывании должно превышать заранее установленное значение - уставку. Оно имеет хорошую отстройку от помех и вибростойкость.
В реле переменного тока на базе аналоговых интегральных микросхем с выпрямлением сигнала переменная
составляющая в сравниваемой величине в 1,5 раза меньше аналогичной составляющей у электромагнитных
реле. Это обеспечивает возможность при той же степени подавления переменной составляющей повышения
быстродействия реле до 0,03-0,04 с. Вместе с тем такие реле не могут быть использованы для построения
быстродействующих устройств защиты и автоматизации электроэнергетических систем с временем срабатывания 0,02-0,025 с.
Задача, решаемая изобретением, - повышение быстродействия реле.
Эта задача решается за счет того, что в реле содержащем входной преобразователь, выпрямитель и
фильтр нижних частот, соединенные последовательно, блок задания уставки, исполнительный элемент, дополнительно введены однокристальный микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, который
соединен посредством аналогового входа с выходом фильтра нижних частот, а цифрового выхода - с первым
входом однокристального микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставки, а первый и второй выходы соединены, соответственно, с управляющим входо
м аналого-цифрового преобразователя и исполнительным элементом.
Выполняя входной преобразователь в виде преобразователя тока или преобразователя напряжения, получают, соответственно, реле тока или реле напряжения.
Введение микроконтроллера и аналого-цифрового преобразователя позволяет реализовать аналогоцифровой метод выделения средневыпрямленного значения контролируемого сигнала тока (напряжения).
При этом первоначально выходной сигнал выпрямителя обрабатывается фильтром нижних частот с целью
подавления высокочастотных составляющих. Затем с помощью микроконтроллера и аналого-цифрового
преобразователя с шагам дискретизации ∆t на интервале, равном половине периода промышленной частоты,
формируются и фиксируются n цифровых отсчетов выходного сигнала фильтра нижних частот, по которым
вычисляется средневыпрямленное значение контролируемого тока (напряжения) согласно выражению:
n
U – р = ∑ a i U 31 ,
(1)
i =1
где ai - постоянные коэффициенты, зависящие при заданном значении промышленной частоты от ∆t;
U31 - цифровые отсчеты выходного сигнала фильтра нижних частот, зафиксированные с шагом дискретизации ∆t .
При такой реализации быстродействие реле определяется быстродействием аналогового фильтра нижних
частот и временем аналого-цифрового преобразования и обработки его выходного сигнала.
Быстродействие реле на базе интегральных аналоговых микросхем ограничивается инерционностью
фильтра нижних частот и при его частоте среза 20 Гц составляет 0,035 с.
Для получения той же степени подавления переменной составляющей в сравниваемом сигнале реле достаточно иметь фильтр нижних частот с частотой среза 160 Гц, быстродействие которого составляет порядка
0,005 с. Время аналого-цифрового преобразования и обработки выходного сигнала фильтра нижних частот в
указанном реле при значении промышленной частоты 50 Гц не превышает 0,01 с. Благодаря этому быстродействие аналого-цифрового реле переменного тока (напряжения) составляет 0,015-0,02 с и в 2 раза выше
аналогичного параметра у реле на базе интегральных аналоговых микросхем.
На фиг. 1 приведена функциональная схема реле, а на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выходах его функциональных элементов.
Реле содержит входной преобразователь 1 (ВП), подключаемый к измерительному трансформатору тока
(напряжения). Выход преобразователя 1 соединен со входом выпрямителя (В), выход которого подключен ко
входу фильтра нижних частот 2 (ФНЧ). С выходом фильтра 3 соединен аналоговый вход 1 аналого-цифрового
преобразователя 4 (АЦП), цифровой выход которого подключен к первому входу 1 однокристального микроконтроллера 5 (МК). Второй вход 2 микроконтроллера 5 соединен с блоком задания уставки 6 (БЗУ), а первый
1' и второй 2' выходы - к управляющему входу 2 аналого-цифрового преобразователя 4 и исполнительному элементу 7 (ИЭ).
Входной преобразователь тока (напряжения) 1 преобразует контролируемый ток i (напряжение u) в пропорциональный сигнал напряжения U1 и представляет собой промежуточный трансформатор с экраном между первичной и вторичной обмотками для повышения помехоустойчивости реле. Реле тока и реле
напряжения отличаются только конструктивным выполнением и параметрами элементов входного преобразователя.
2
BY 2129 C1
Выпрямитель 2 представляет собой двухполупериодный выпрямитель на полупроводниковых диодах или операционных усилителях и служит для выделения абсолютного значения напряжения U1.
Фильтр нижних частот 3 осуществляет подавление высокочастотных составляющих в выходном напряжении выпрямителя U2 и представляет собой активный фильтр 2-го порядка на операционном усилителе.
Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществляет преобразование отсчетов выходного напряжения
фильтра U3 в цифровой код.
Однокристальный микроконтроллер 5 предназначен для организации измерения отсчетов напряжения U3
через интервал дискретизации ∆t, задания режимов работы аналого-цифрового преобразователя, выполнения
арифметических и логических операций при вычислении средневыпрямленного значения контролируемого
тока (напряжения) Ucp в соответствии с формулой (1), а также для формирования выходного сигнала U4, поступающего на исполнительный элемент 7 по результатам сравнения Ucp с заданной уставкой.
В предлагаемом реле могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью аналогоцифровые преобразователи и микроконтроллеры.
Блок задания уставок 6 предназначен для дискретного изменения тока (напряжения) срабатывания реле и
выполняется на основе задатчиков двоично-десятичного кода.
Исполнительный элемент 7 представляет собой усилительный каскад на транзисторе, в цепь коллектора
которого включено малогабаритное выходное реле.
Реле переменного тока (напряжения) работает следующим образам. Контролируемый переменный ток i
(напряжение u) поступает на вход преобразователя 1, на выходе которого формируется пропорциональный
сигнал напряжения U1. С выхода преобразователя 1 напряжение U1 подается на вход выпрямителя 2, обеспечивающего получение на выходе напряжения U2 путем двухполупериодного выпрямления сигнала Ul. Напряжение U2 поступает на вход фильтра нижних частот 3, который подавляет высокочастотные
составляющие и формирует напряжение U3, содержащее постоянную и гармонические составляющие с граничной частотой, не превышающей 200 Гц. Напряжение U3 с выхода фильтра 3 подается на аналоговый вход
1 аналого-цифрового преобразователя 4. По команде, поступающей с выхода l' микроконтроллера 5 на
управляющий вход 2 аналого-цифрового преобразователя 4, последний фиксирует первый отсчет U31 напряжения U3 и осуществляет его преобразование в цифровой код
U 31 . Одновременно с фиксацией упомянуто-
го напряжения запускается таймер микроконтроллера 5 и организуется отсчет шага дискретизации ∆t до
второго момента измерения U3.
После завершения аналого-цифрового преобразования отсчета U31 по команде, поступающей с выхода lґ
микроконтроллера 5 на управляющий вход 2 аналого-цифрового преобразователя 4, цифровой код
U 31 с
его выхода передается на вход 1 микроконтроллера 5 и вводится в его запоминающее устройство.
По истечении шага дискретизации ∆t повторяется процесс фиксации, преобразования, считывания и запоминания второго U32 и последующих отсчетов напряжения U3. После получения n цифровых отсчетов напряжения U3,
зафиксированных на интервале, равном половине периода промышленной частоты, через шаг дискретизации ∆t, в
микроконтроллере 5 в соответствии с выражением (1) рассчитывается средневыпрямленное значение контролируемого сигнала Uср, которое сравнивается с уставкой срабатывания реле, подаваемой на вход 2 микроконтроллера
5 от блока задания уставок 6. Если Ucp превышает уставку срабатывания, то на выходе 2' микроконтроллера 5 появляется сигнал U4, под действием которого исполнительный элемент 7 срабатывает.
Оптимальное число цифровых отсчетов n напряжения U3, по которым рассчитывается средневыпрямленное значение контролируемого сигнала Ucp, равно 5,7. При этом шаг дискретизации ∆t должен удовлетворять условию:
0,01
∆t=
.
(2)
n −1
Изобретение может быть использовано для построения быстродействующих устройств релейной защиты
и автоматизации энергосистем и реализовано с помощью известных элементов, выполненных на базе микроэлектронной техники.
3
BY 2129 C1
Фиг. 2
Cоставитель С.В. Лазарчук
Редактор Т.А. Лущаковская
Корректоры А.М. Бычко, Т.В. Бабанина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
180 Кб
Теги
by2129, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа