專利名稱：同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。
同步發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)同期并列操作，要求發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)同步，即要求同時滿足電壓相等、頻率相同、相位相同三個條件。在這三個條件中，相位條件的檢測尤為重要。目前，國內(nèi)外對同步發(fā)電機(jī)同步過程中相角差的檢測方法在硬件形式方面有兩類，其一是采用模擬、數(shù)字混合電路形式來實現(xiàn)檢測器;另一種是采用單板機(jī)或單片機(jī)實現(xiàn)檢測器。從測量原理上講，無論采取何種硬件形式，均是依據(jù)與機(jī)端和系統(tǒng)50Hz正弦波電壓信號同相位的方波信號，經(jīng)過邏輯處理、輸出處理過程測量相角差。上述幾種測量方法存在兩方面的問題(1)測量的輸出特性在相角差為-180°到+180°范圍之間不能實現(xiàn)線性;
(2)測量的輸出結(jié)果不能簡便、直接地反映相角差的正負(fù)性。附圖1所示為已有測量同步發(fā)電機(jī)相角檢測電路的輸出特性，從圖中可以看出，相角差無論為正還是負(fù)，V0值均為正值，故不能簡便地、直接地從V0中反映出相角差的正負(fù)性。為了克服上述缺點，采取許多辦法，如用人工方法判斷是正相角還是負(fù)相角差;還有用微機(jī)智能來判斷正、負(fù)相角差。
本發(fā)明的目的旨在克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種方法簡單、測量精度高的一種實施方法，從測量輸出特性可簡便地根據(jù)輸出電壓直接判斷相角差的正負(fù)性，并在相角為-180°到+180°范圍內(nèi)實現(xiàn)線性。
本發(fā)明的主要組成部分是電壓比較器、邏輯反向器、2分頻電路、相位比較器、雙T濾波器、輸出處理器。系統(tǒng)和機(jī)端的50HZ正弦波電壓信號，經(jīng)電壓比較器轉(zhuǎn)換成50HZ方波信號，然后經(jīng)邏輯反向、2分頻處理。處理后的信號送相位比較器進(jìn)行相位比較，最后經(jīng)雙T濾波送至輸出處理器進(jìn)行處理，便得到輸出信號V0。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)輸出特性在相角差為-180°到+180°范圍之內(nèi)線性;
(2)輸出電壓直接反映相角差的正負(fù)性;
(3)硬件結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、成本低。


圖1已有技術(shù)測量同步發(fā)電機(jī)相角檢測電路的輸出特性;
圖2同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器原理框圖;
圖中1、2、電壓比較器;3、二分頻器;4、邏輯反向器;5、二分頻器;6、相位比較器;7、雙T濾波器;8、輸出處理器。
圖3同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器電路原理圖;
圖4同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器的輸出特性;
圖5相位比較器原理圖;
圖6相角差為0°時V′0波形變換圖;
圖7相角差為+180°時V′0波形變換圖;
圖8相角差為-180°時V′0波形變換圖。
下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖3是同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器電路原理圖。系統(tǒng)的50HZ正弦波電壓信號Vs、機(jī)端的50HZ正弦波電壓信號Vt分別經(jīng)過電壓比較器(9)、(10)，將其轉(zhuǎn)換成同相位的50HZ方波信號。系統(tǒng)50HZ方波信號經(jīng)2分頻電路(11)處理，處理后的25Hz方波信號被送到相位比較器(14)進(jìn)行相位比較;與此同時，機(jī)端50Hz方波經(jīng)邏輯反向(12)運算并經(jīng)2分頻(13)處理，處理后的25HZ方波被送到相位比較器(14)的反向輸入端進(jìn)行相位比較。相位比較器的輸出經(jīng)25HZ的雙T濾波器(15)濾波，再經(jīng)過輸出處理器(16)進(jìn)行信號處理。
圖5是相位比較器的電路原理圖，有兩個輸入端，一個正向輸入端V+，另一個是向輸入端V-。相位比較器的邏輯運算公式為

用電平形式表示為

“0”表示低電平，“1”表示高電平。從圖6、7、8可以清楚看出，輸出信號V′0與

、Vt2的頻率是一樣，只不過波形上有變化，V′0為高電平的時間只有V+為高電平、V-為低電平時出現(xiàn)。
雙T濾波器的作用因V′0是一個25Hz周期性信號，而輸出結(jié)果與V′0的平均值有關(guān)系，因而需要通過濾波取出V′0的平均值電壓。
輸出處理環(huán)節(jié)有兩個作用其一是繼續(xù)濾波，改善最終的輸出直流信號質(zhì)量;其二是完成如下公式的計算V0＝(V′0平均值-3.75V)×2對于一個幅值為15V的方波信號，其平均值為
15V× (一個周期內(nèi)V′0高電平的時間)/(一個周期的時間)下面進(jìn)一步描述相角差為0°、+180°、-180°三種情況下的輸出電壓V01.圖6是相位差為0°時V′0的轉(zhuǎn)變過程波形圖。Vs是母線電壓信號;Vs′是經(jīng)電壓比較器輸出同相位的方波;Vs′2是2分頻后的波形;Vt是機(jī)端電壓信號;Vt′是經(jīng)電壓比較器輸出同相位的方波;Vt′是Vt′的邏輯反向波形;Vt′2是2分頻后的波形;V0′是相位比較器輸出方波信號，其幅為15V，此時V0的值為V0＝(V0′平均值-3.75)×2＝(15V/4-3.75)×2＝0V(直流電壓)2.圖7是相角差為+180°時V0′的波形轉(zhuǎn)變過程圖，此時V0的值為V0＝(V0′平均值-3.75)×2＝(15V/2-3.75)×2＝7.5V(直流電壓)
3.圖8是相角為-180°時V0′的波形轉(zhuǎn)變過程圖，此時V0的值為V0＝(0v-3.75)×2＝-7.5V(直流電壓)4.測量關(guān)系由圖6、7、8可以得出這樣的結(jié)果相角差為0°、+180°、-180°三種典型值時，相角差與輸出電壓V0之間符合圖4所示的輸出特性。
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器，其特征在于是由電壓比較器、邏輯反向器、2分頻電路、相位比較器、雙T濾波器、輸出處理器構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步相角檢測器，其特征在于機(jī)端電壓和系統(tǒng)電壓的50HZ方波信號分別進(jìn)行二分頻后利用2個25Hz方波信號進(jìn)行相位比較。
全文摘要
一種同步發(fā)電機(jī)同步相角檢測器。屬于電力系統(tǒng)自動化儀器儀表領(lǐng)域。本檢測器是利用分頻器對機(jī)端電壓和系統(tǒng)電壓50Hz的方波信號先分頻再進(jìn)行相位比較，其輸出特性在相角差為-180到+180°范圍之內(nèi)線性，輸出電壓直接反映相角差的正負(fù)性。本儀器硬件結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、成本低。
文檔編號G01R25/00GK1038884SQ8810374
公開日1990年1月17日 申請日期1988年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月24日
發(fā)明者王仲鴻, 韓英鐸, 吳壬華 申請人:清華大學(xué)