專利名稱：電子繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多相電負(fù)載的電子保護(hù)繼電器。
一種電子繼電器，它能夠保護(hù)多相電機(jī)，例如當(dāng)電機(jī)的至少一相上出現(xiàn)過載電流的時候或在相電流之間出現(xiàn)不平衡的時候，它就關(guān)斷電機(jī)的電源。這種繼電器包括，用于負(fù)載的每相的一個電流傳感器裝置，例如一個電流互感器，它提供該相電流強(qiáng)度的鏡像信號(image signal)。它還包括一個電子處理電路，用于接收和處理由傳感器裝置所提供的信號，以提供一個驅(qū)動信號。再進(jìn)一步，該繼電器還可能包括邏輯輸入電路，用于產(chǎn)生電機(jī)的各種指令功能。例如，停止/運(yùn)行功能或執(zhí)行繼電器復(fù)位功能。
有時需要檢查電機(jī)的電源電壓，以便查明電源壓降。有時也需要檢查電機(jī)的功率因數(shù)，通常稱為cos，其中是電機(jī)的電壓和電流之間的夾角，以便查明電機(jī)的空載運(yùn)行情況。進(jìn)一步，電機(jī)的電流值，電源電壓和功率因數(shù)對于計(jì)算電機(jī)的功耗是必須的。
電機(jī)的電壓和電流之間的夾角，通過比較電流互感器提供的電機(jī)一相中的電流信號和由電壓互感器型的電壓傳感器提供的電機(jī)的電壓信號而確定的。這種計(jì)算方法的缺點(diǎn)是，需要專門的裝置，即需要增加電壓互感器和額外的繼電器內(nèi)部的連接才能實(shí)現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的目的是，通過已有的執(zhí)行繼電器保護(hù)功能的裝置，用簡單的方法，低成本地計(jì)算電機(jī)的功率因數(shù)和電機(jī)的電源電壓，而無需增加專門的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供一種用于多相電負(fù)載的電子保護(hù)繼電器，該多相電負(fù)載例如一電機(jī)包括設(shè)置在每相上按照該相電流強(qiáng)度提供一個信號的傳感器裝置，接收外部信號的邏輯輸入電路和處理信號的電子微控制器電路，這些信號一部分是由傳感器裝置提供的，另一部分是通過邏輯輸入端提供的，其中，電機(jī)的電壓信號，即電機(jī)供電電壓的鏡像(image)被加到邏輯輸入端之一，該輸入端與一個提供整流電壓信號的電路連接，并且，電子電路包括處理裝置，它根據(jù)由電流傳感器裝置提供的電流信號和由與邏輯輸入端相關(guān)電路提供的與整流電壓信號周期有關(guān)的特征量來計(jì)算電機(jī)的功率因數(shù)值和/或電機(jī)的電源電壓值。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，電子電路的處理裝置特別地確定整流電壓信號的周期和整流電壓信號具有最小電壓值狀況的時間，從而可以計(jì)算出電流和電壓之間的相移。該相移便利地和電子電路內(nèi)部的一個數(shù)值表進(jìn)行比較，該表規(guī)定了各相移數(shù)值和相關(guān)的余弦值之間的相互關(guān)系。
下面通過參照附圖的描述，本發(fā)明的各特征和優(yōu)點(diǎn)就會更清楚了。其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)繼電器的圖；圖2是與電機(jī)電源電壓和電流有關(guān)的圖。
圖1中電子繼電器1與一個多相電負(fù)載相連，例如與由電線L1，L2，L3供電的三相電機(jī)M相連。繼電器包括電流互感器式的電流傳感器，三只電流互感器標(biāo)識為C1，C2和C3，分別被設(shè)置在相線L1，L2和L3上。這些電流互感器是已知的傳感器，通常被用于電流檢測。
一方面，該繼電器具有模擬輸入電路2，用以接收電流互感器C1，C2，C3提供的相電流的交流信號I1，I2，和I3，另一方面具有一個邏輯輸入電路3。其中一個邏輯輸入電路30接收交流信號S，S代表跨接在兩相線之間的電機(jī)的供電電壓。
該邏輯輸入電路30與一個已知的門電壓整流電路31相連，該整流電路濾去電壓S的交流信號并提供一個方波整流信號V。
相電流信號I1，I2和I3以及整流電壓信號V被送到繼電器內(nèi)部的電子電路4中，電子電路4設(shè)置有一個微處理控制器。
電子電路4包括能夠進(jìn)行計(jì)算的處理裝置，它根據(jù)所接收的信息對于相L1，L2和L3的每一相，計(jì)算對應(yīng)于信號V的信號I1，I2和I3的相移。在電機(jī)三相負(fù)載平衡的理想情況下，相移的計(jì)算就可以只對一相進(jìn)行。
圖2表示一個相線上的交流正弦電流信號I，例如信號I1和用虛線表示的交流電壓信號S的方波整流信號V。電壓信號V由簡單方波構(gòu)成，周期性地從電壓最小值，標(biāo)為狀態(tài)0，到電壓最大值稱為狀態(tài)1變化。這些信號可確定電流和電壓之間的滯后時間Ph。
下面給出計(jì)算相移和吸收電壓的一種方法。
電路4的處理裝置，利用電流信號I和電壓信號V，估算電壓信號V的周期T，電壓信號V處于0狀態(tài)的時間R，和時間M，M是在電流信號通過零值的瞬間t1和電壓信號V從0狀態(tài)到1狀態(tài)的瞬間t2之間所經(jīng)過的時間。
參考圖2，滯后時間Ph可以被表示為Ph＝M-t其中t是在電壓信號S經(jīng)過0的瞬間和整流電壓信號V從0狀態(tài)到1狀態(tài)的瞬間之間所經(jīng)過的時間。
時間t由T和R根據(jù)下面公式計(jì)算得出。
2×t＝(T/2)-(T-R)，它也可被寫成t=2R-T4]]>這里滯后時間Ph可以被表示為Ph=M-t=M-2R-T4]]>滯后時間Ph表示相位差，當(dāng)以角度表示的時候，可以寫成φ=(PhT4)×90]]>算出的相移與記錄在電路4中的表上的以度數(shù)表示的相移值進(jìn)行比較，以確定相移值和相關(guān)余弦值之間的相互關(guān)系。
對應(yīng)于電機(jī)的供電電壓和電流之間的相移，用最接近的角度來確定cos或電機(jī)的功率因數(shù)的值。
電子電路4也能夠計(jì)算電機(jī)的供電電壓值U。電路4的處理裝置計(jì)算電壓系數(shù)K，K取決于電壓信號V的周期T和時間R。
系數(shù)K表示電壓信號的幅值，它隨電壓增加而增加。系數(shù)K可由下式計(jì)算，僅供參考，K=R-TT]]>電壓U的值例如是通過比較系數(shù)K的計(jì)算值和記錄在電路4中的一個表中的系數(shù)值而被確定的，這個表規(guī)定了系數(shù)值和相關(guān)電壓值之間的相互關(guān)系。
另外，電源電壓U可以通過其它方式被計(jì)算出來。對于一個電壓值的范圍，最好是從100伏到250伏，電壓U可以以下述改進(jìn)的等式中的形式被寫成為控制系數(shù)K的一個函數(shù)U＝A+(B×K)，其中A和B是預(yù)先記錄在電路中的常數(shù)。
然后電壓U可以通過把電路4的處理裝置確定的系數(shù)K值代入這個公式而被計(jì)算出來。
功率因數(shù)cos的值和供電電壓U可以和預(yù)先設(shè)置的門限值進(jìn)行比較，如果在這個門限值以下，電子電路4可以發(fā)出一個起動指令給邏輯電路5，例如，停止電機(jī)運(yùn)行，和傳送與功率因數(shù)和電源電壓有關(guān)的信息給自動控制器，或傳送給一個設(shè)置在繼電器下面的顯示部件6。
因此，本發(fā)明根據(jù)與電源電壓的鏡像信號(image signal)的周期有關(guān)的特征，用繼電器的邏輯輸入來計(jì)算功率因數(shù)值和電源電壓值，而無需電壓測量互感器。再者，應(yīng)當(dāng)指出的是，電壓值的計(jì)算不需要知道供電電壓的頻率，該頻率通常是50-60Hz。
權(quán)利要求
1.一種用于多相電負(fù)載例如一個電動機(jī)的電子保護(hù)繼電器，包括每相一個傳感器(C1，C2，C3)，提供一個依賴于該相的電流的信號(I)；邏輯輸入電路(3)，用于接收外部信號；和一個電子微控制器電路(4)，用于處理所提供的信號，這些信號一方面是通過傳感器提供的，另一方面是通過邏輯輸入電路提供的，其特征在于，電壓信號(S)，即電機(jī)的供電電壓的鏡像信號被加到邏輯輸入電路(3)的一端上，所述邏輯輸入電路與提供整流電壓信號(V)的電路(31)相連接，并且電子電路(4)包括一個處理裝置，它利用電流傳感器裝置提供的電流信號(I)和與由電路(31)提供的整流電壓信號(V)的周期(T)有關(guān)的特征來計(jì)算電機(jī)的功率因數(shù)值(cos)和/或電機(jī)的供電電壓值(U)。
2.按照權(quán)利要求1的電子繼電器，其特征在于，電子電路(4)的處理裝置確定整流電壓信號(V)的周期(T)和電壓信號(V)在其最小值狀態(tài)的時間(R)。
3.按照權(quán)利要求2的電子繼電器，其特征在于，電子電路(4)的處理裝置確定在電流信號(I)通過零值的瞬間(t1)和整流電壓信號(V)從最小值到最大值電壓狀態(tài)的瞬間(t2)之間的時間(M)，并且按照所述時間(M)的值，計(jì)算周期(T)，時間(R)和在電流信號(I)和電壓信號(S)之間的相移()。
4.按照權(quán)利要求3的電子繼電器，其特征在于，功率因數(shù)(cos)是通過計(jì)算電流信號(I)和電壓信號(S)之間的相移()和通過一個限定在相移值和相關(guān)的余弦值之間的相互關(guān)系的表格來確定的。
5.按照權(quán)利要求2的一種電子繼電器，其特征在于，電子電路(4)的處理裝置計(jì)算電壓系數(shù)(K)，所述電壓系數(shù)(K)取決于周期(T)和整流電壓信號(V)的時間(R)，從而確定電機(jī)的電源供電電壓(U)的值。
6.按照權(quán)利要求5的一種電子繼電器，其特征在于，電源供電電壓(U)的值是從數(shù)值表估定的，所述數(shù)值表規(guī)定了在電壓系數(shù)值和相關(guān)電壓值之間的相互關(guān)系。
7.按照權(quán)利要求5的一種電子繼電器，其特征在于，電源電壓(U)以改進(jìn)的函數(shù)等式的形式被寫入，它的控制系數(shù)等于電壓系數(shù)(K)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子繼電器,它包括一個電流傳感器裝置(C
文檔編號G01R19/252GK1175106SQ9710189
公開日1998年3月4日 申請日期1997年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月2日
發(fā)明者讓－馬克·羅米倫 申請人:施耐德電器公司