CN1175106A - 电子继电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子继电器,它包括一个电流传感器装置(C₁,C₂,C₃),逻辑输入电路(3)和一个具有能够计算的处理装置的电子电路(4),该处理装置是根据电流传感器装置提供的电流信号(Ⅰ)和一个逻辑输入电路提供的整流电压信号(V),对电机的功率因数值cosφ和/或电机的电源电压(U)的值进行计算的。

Description

电子继电器

本发明涉及一种用于多相电负载的电子保护继电器。

一种电子继电器，它能够保护多相电机，例如当电机的至少一相上出现过载电流的时候或在相电流之间出现不平衡的时候，它就关断电机的电源。这种继电器包括，用于负载的每相的一个电流传感器装置，例如一个电流互感器，它提供该相电流强度的镜像信号(image signal)。它还包括一个电子处理电路，用于接收和处理由传感器装置所提供的信号，以提供一个驱动信号。再进一步，该继电器还可能包括逻辑输入电路，用于产生电机的各种指令功能。例如，停止/运行功能或执行继电器复位功能。

有时需要检查电机的电源电压，以便查明电源压降。有时也需要检查电机的功率因数，通常称为cos，其中是电机的电压和电流之间的夹角，以便查明电机的空载运行情况。进一步，电机的电流值，电源电压和功率因数对于计算电机的功耗是必须的。

电机的电压和电流之间的夹角，通过比较电流互感器提供的电机一相中的电流信号和由电压互感器型的电压传感器提供的电机的电压信号而确定的。这种计算方法的缺点是，需要专门的装置，即需要增加电压互感器和额外的继电器内部的连接才能实现。

因此，本发明的目的是，通过已有的执行继电器保护功能的装置，用简单的方法，低成本地计算电机的功率因数和电机的电源电压，而无需增加专门的装置。

为了实现此目的，本发明提供一种用于多相电负载的电子保护继电器，该多相电负载例如一电机包括设置在每相上按照该相电流强度提供一个信号的传感器装置，接收外部信号的逻辑输入电路和处理信号的电子微控制器电路，这些信号一部分是由传感器装置提供的，另一部分是通过逻辑输入端提供的，其中，电机的电压信号，即电机供电电压的镜像(image)被加到逻辑输入端之一，该输入端与一个提供整流电压信号的电路连接，并且，电子电路包括处理装置，它根据由电流传感器装置提供的电流信号和由与逻辑输入端相关电路提供的与整流电压信号周期有关的特征量来计算电机的功率因数值和/或电机的电源电压值。

根据本发明的一个特征，电子电路的处理装置特别地确定整流电压信号的周期和整流电压信号具有最小电压值状况的时间，从而可以计算出电流和电压之间的相移。该相移便利地和电子电路内部的一个数值表进行比较，该表规定了各相移数值和相关的余弦值之间的相互关系。

下面通过参照附图的描述，本发明的各特征和优点就会更清楚了。其中：

图1是根据本发明的保护继电器的图；

图2是与电机电源电压和电流有关的图。

图1中电子继电器1与一个多相电负载相连，例如与由电线L₁，L₂，L₃供电的三相电机M相连。继电器包括电流互感器式的电流传感器，三只电流互感器标识为C₁，C₂和C₃，分别被设置在相线L₁，L₂和L₃上。这些电流互感器是已知的传感器，通常被用于电流检测。

一方面，该继电器具有模拟输入电路2，用以接收电流互感器C₁，C₂，C₃提供的相电流的交流信号I₁，I₂，和I₃，另一方面具有一个逻辑输入电路3。其中一个逻辑输入电路30接收交流信号S，S代表跨接在两相线之间的电机的供电电压。

该逻辑输入电路30与一个已知的门电压整流电路31相连，该整流电路滤去电压S的交流信号并提供一个方波整流信号V。

相电流信号I₁，I₂和I₃以及整流电压信号V被送到继电器内部的电子电路4中，电子电路4设置有一个微处理控制器。

电子电路4包括能够进行计算的处理装置，它根据所接收的信息对于相L₁，L₂和L₃的每一相，计算对应于信号V的信号I₁，I₂和I₃的相移。在电机三相负载平衡的理想情况下，相移的计算就可以只对一相进行。

图2表示一个相线上的交流正弦电流信号I，例如信号I₁和用虚线表示的交流电压信号S的方波整流信号V。电压信号V由简单方波构成，周期性地从电压最小值，标为状态0，到电压最大值称为状态1变化。这些信号可确定电流和电压之间的滞后时间Ph。

下面给出计算相移和吸收电压的一种方法。

电路4的处理装置，利用电流信号I和电压信号V，估算电压信号V的周期T，电压信号V处于0状态的时间R，和时间M，M是在电流信号通过零值的瞬间t₁和电压信号V从0状态到1状态的瞬间t₂之间所经过的时间。

参考图2，滞后时间Ph可以被表示为

               Ph＝M-t

其中t是在电压信号S经过0的瞬间和整流电压信号V从0状态到1状态的瞬间之间所经过的时间。

时间t由T和R根据下面公式计算得出。

2×t＝(T/2)-(T-R)，它也可被写成 $t=\frac{2R-T}{4}$ 这里滞后时间Ph可以被表示为 $\mathrm{Ph}=M-t=M-\frac{2R-T}{4}$ 滞后时间Ph表示相位差，当以角度表示的时候，可以写成 $\mathrm{\φ}=\left(\frac{\mathrm{Ph}}{T4}\right)\×90$

算出的相移与记录在电路4中的表上的以度数表示的相移值进行比较，以确定相移值和相关余弦值之间的相互关系。

对应于电机的供电电压和电流之间的相移，用最接近的角度来确定cos或电机的功率因数的值。

电子电路4也能够计算电机的供电电压值U。电路4的处理装置计算电压系数K，K取决于电压信号V的周期T和时间R。

系数K表示电压信号的幅值，它随电压增加而增加。系数K可由下式计算，仅供参考， $K=\frac{R-T}{T}$

电压U的值例如是通过比较系数K的计算值和记录在电路4中的一个表中的系数值而被确定的，这个表规定了系数值和相关电压值之间的相互关系。

另外，电源电压U可以通过其它方式被计算出来。对于一个电压值的范围，最好是从100伏到250伏，电压U可以以下述改进的等式中的形式被写成为控制系数K的一个函数：

U＝A+(B×K)，其中A和B是预先记录在电路中的常数。

然后电压U可以通过把电路4的处理装置确定的系数K值代入这个公式而被计算出来。

功率因数cos的值和供电电压U可以和预先设置的门限值进行比较，如果在这个门限值以下，电子电路4可以发出一个起动指令给逻辑电路5，例如，停止电机运行，和传送与功率因数和电源电压有关的信息给自动控制器，或传送给一个设置在继电器下面的显示部件6。

因此，本发明根据与电源电压的镜像信号(image signal)的周期有关的特征，用继电器的逻辑输入来计算功率因数值和电源电压值，而无需电压测量互感器。再者，应当指出的是，电压值的计算不需要知道供电电压的频率，该频率通常是50-60Hz。

Claims (7)

1、一种用于多相电负载例如一个电动机的电子保护继电器，包括：每相一个传感器(C₁，C₂，C₃)，提供一个依赖于该相的电流的信号(I)；逻辑输入电路(3)，用于接收外部信号；和一个电子微控制器电路(4)，用于处理所提供的信号，这些信号一方面是通过传感器提供的，另一方面是通过逻辑输入电路提供的，其特征在于，电压信号(S)，即电机的供电电压的镜像信号被加到逻辑输入电路(3)的一端上，所述逻辑输入电路与提供整流电压信号(V)的电路(31)相连接，并且电子电路(4)包括一个处理装置，它利用电流传感器装置提供的电流信号(I)和与由电路(31)提供的整流电压信号(V)的周期(T)有关的特征来计算电机的功率因数值(cos)和/或电机的供电电压值(U)。

2、按照权利要求1的电子继电器，其特征在于，电子电路(4)的处理装置确定整流电压信号(V)的周期(T)和电压信号(V)在其最小值状态的时间(R)。

3、按照权利要求2的电子继电器，其特征在于，电子电路(4)的处理装置确定在电流信号(I)通过零值的瞬间(t₁)和整流电压信号(V)从最小值到最大值电压状态的瞬间(t₂)之间的时间(M)，并且按照所述时间(M)的值，计算周期(T)，时间(R)和在电流信号(I)和电压信号(S)之间的相移()。

4、按照权利要求3的电子继电器，其特征在于，功率因数(cos)是通过计算电流信号(I)和电压信号(S)之间的相移()和通过一个限定在相移值和相关的余弦值之间的相互关系的表格来确定的。

5、按照权利要求2的一种电子继电器，其特征在于，电子电路(4)的处理装置计算电压系数(K)，所述电压系数(K)取决于周期(T)和整流电压信号(V)的时间(R)，从而确定电机的电源供电电压(U)的值。

6、按照权利要求5的一种电子继电器，其特征在于，电源供电电压(U)的值是从数值表估定的，所述数值表规定了在电压系数值和相关电压值之间的相互关系。

7、按照权利要求5的一种电子继电器，其特征在于，电源电压(U)以改进的函数等式的形式被写入，它的控制系数等于电压系数(K)。

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