專利名稱：識別三相電網(wǎng)中相序的方法以及這種方法和所屬數(shù)字式過載繼電器的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種識別三相電網(wǎng)中相序的方法，其中，在分別預(yù)定的時(shí)刻掃描各相位。此外，本發(fā)明還涉及一種所屬的在一種數(shù)字式過載繼電器上的應(yīng)用以及一種與此相關(guān)而構(gòu)造的過載繼電器。
直到今天，經(jīng)常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法來識別三相電網(wǎng)中的相序。在實(shí)踐中，尤其在電機(jī)控制線路中存在如下需求為已經(jīng)存在的過載繼電器配置監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)的附加功能。在該過載繼電器應(yīng)用于三相電網(wǎng)中時(shí)，這種附加功能有利地用于識別相序，以便避免例如在安裝或改裝時(shí)的故障。
從etz-b，29(1977)第602頁中公知了一種電子相序表，在其中為了確定相序，生成一個(gè)脈沖串，接著從該脈沖串中導(dǎo)出有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場“逆時(shí)針”或“順時(shí)針”的信息。此外，從JP 55-13868 A2中公知了一種所謂的“反相識別器”，在其中進(jìn)行半波整流。再則，從JP 55-114963 A2中公知了一種相位識別器，在其中必須在多個(gè)時(shí)刻同時(shí)掃描所有相位。
在其他現(xiàn)有技術(shù)中，DE 195 25 761 A1示出了一種帶有模式比較器的同步識別線路。此外，EP 0 440 782描述了一種用于斷開具有一臺微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)多相電網(wǎng)中的至少一些電路的斷開系統(tǒng)。
以上述現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，本發(fā)明的目的是提供一種專門用于識別三相電網(wǎng)中相序的自動(dòng)化的方法和提供所屬的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的，即，在預(yù)定時(shí)間間隔交替掃描各相位；借助一種合適的預(yù)定的測算法來測算測量值或內(nèi)插近似值或僅僅測算至少兩個(gè)時(shí)刻的測量值的符號，以確定相序。
在本發(fā)明中有利的是交替地對各相位進(jìn)行掃描，或在一個(gè)測量時(shí)間段之內(nèi)以預(yù)定的時(shí)間間隔對所有三個(gè)相位進(jìn)行掃描。該測量時(shí)間段例如為100μs。尤其在一個(gè)三相電網(wǎng)中，掃描頻率約為電網(wǎng)頻率的三倍。
在本發(fā)明方法的第一種實(shí)現(xiàn)方式中，測算法說明一種符號模式，其中，從各相位的所有符號變化的整體特征中清晰地導(dǎo)出相序的信息，例如“逆時(shí)針”或“順時(shí)針”。
在本發(fā)明方法的第二種實(shí)現(xiàn)方式中，測算法定義一個(gè)結(jié)果參數(shù)，其中，該結(jié)果參數(shù)由至少一個(gè)測算循環(huán)內(nèi)各相位的測量值和/或內(nèi)插近似值估算；它的符號對相序有重要意義。尤其對理想正弦曲線，一個(gè)測算循環(huán)可能就足夠了。一種這樣的測算循環(huán)至少由三個(gè)測量時(shí)刻組成。
在第二種實(shí)現(xiàn)方式中，優(yōu)選測算各相位的整流的信號曲線。在此，各相位可以半波整流或全波整流。然而在一定條件下也可能測算不整流的信號曲線。
在優(yōu)選應(yīng)用中，本發(fā)明方法專門用于采用一個(gè)數(shù)字式過載繼電器識別相序。在此特別有利的是一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)字式信號控制裝置和/或處理裝置可被用于監(jiān)測相序。一種與此相關(guān)的數(shù)字式過載繼電器以一個(gè)相應(yīng)編程的微處理器為特征。
本發(fā)明的最后一種應(yīng)用情況是現(xiàn)在尤其可從半波整流的三相電流信號曲線中確定50Hz和/或60Hz電網(wǎng)中的相序。由于過電流繼電器中通常存在的識別信號的模擬部分僅僅能夠處理正信號，所以這一點(diǎn)尤為重要。
本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)由下述對一個(gè)附圖所示實(shí)施例的描述和權(quán)利要求給出，附圖中

圖1a至1c示出識別三相電網(wǎng)中相序的原理；圖2示出三個(gè)相位的曲線，這三個(gè)相位在一個(gè)測算循環(huán)內(nèi)有理想正弦電壓和一個(gè)所屬的用于確定相序的結(jié)果參數(shù)；圖3示出計(jì)算一個(gè)三相電網(wǎng)中L2和L3相的近似值的內(nèi)插法或計(jì)算法；圖4示出用于測算相序以及附屬結(jié)果參數(shù)的半波整流的三相電流信號的曲線。
圖1示出用于識別三相電網(wǎng)中相序的三個(gè)相鄰測量周期I、II和III的矢量圖。在本例中示出一個(gè)順時(shí)針，在其中周期頻率為電網(wǎng)頻率的三倍。具體說來，與周期相對應(yīng)，要采用合適的形式來測算測量值。
如圖2所示，本發(fā)明的識別相序的基本方法利用了單個(gè)測算周期，在其中三相電流信號的模擬值用一個(gè)為三倍于電網(wǎng)頻率的周期頻率來測量。在測量周期I，測量基準(zhǔn)相L1的模擬信號，在測量周期II和III分別測量相位L2和L3的兩個(gè)模擬信號。如果一個(gè)測算循環(huán)內(nèi)測量結(jié)果值為負(fù)值，那么三相電網(wǎng)中相序是順時(shí)針。在測量結(jié)果為正時(shí)，相應(yīng)的相序則為逆時(shí)針。測量結(jié)果的絕對值在1.5*U相和3*U相之間。
對第一種實(shí)現(xiàn)方式的一種變異方法，在圖3中再次給出了各相位L1、L2和L3的信號曲線。相位L1為起始點(diǎn)，其中，在近似三倍于電網(wǎng)頻率時(shí)，各信號曲線的計(jì)算步長都為1°。在t0時(shí)刻，有可能通過內(nèi)插法得到L2和L3的實(shí)際電壓值的近似值。
采用一種合適的測算法，從測量值和內(nèi)插近似值中可清晰地得出有關(guān)一種順時(shí)針或一種逆時(shí)針的信息。下面說明這種不言而喻的測算法。
測量值L1I、L1II、L2I、L2II、L3I、L3II由一個(gè)三相電網(wǎng)(v網(wǎng)＝電網(wǎng)頻率)中的電網(wǎng)電壓以一個(gè)測量頻率v測≈3×v網(wǎng)進(jìn)行測量。在此，I和II表示兩個(gè)測量時(shí)刻或測量時(shí)間間隔。
測算步驟一1.確定測量值的符號sL1I＝sign(L1I)sL2I＝sign(L2I)sL3I＝sign(L3I)sL1II＝sign(L1II)sL2II＝sign(L2II)sL3II＝sign(L3II)2.確定下列測算判別式值＝|sL1I-sL1II|+|sL2I-sL2II|+|sL3I-sL3II|測算步驟二根據(jù)下述算法確定相序如果值◇4，不測算否則如果sL1I-sL1II＝0如果sL1I-sL2II＝0和sL2I-sL3II＝0順時(shí)針否則逆時(shí)針結(jié)束 如果結(jié)束 如果如果sL2I-sL2II＝0如果sL2I-sL3II＝0和sL3I-sL1II＝0
順時(shí)針否則逆時(shí)針結(jié)束 如果結(jié)束 如果如果sL3I-sL3II＝0如果sL3I-sL1II＝0和sL1I-sL2II＝0順時(shí)針否則逆時(shí)針結(jié)束 如果結(jié)束 如果結(jié)束 如果所述算法中的要點(diǎn)是單單根據(jù)符號變化就可鑒別相序，如“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”。通過存儲一種相應(yīng)的信號模式，就有可能進(jìn)行一種自動(dòng)判定。
在實(shí)際中有意義的是測算特殊半波整流的三相電流信號。這一點(diǎn)對一種帶有一種現(xiàn)有測算單元的數(shù)字式過載繼電器尤為有意義，因?yàn)檫@種識別信號的現(xiàn)有模擬部件只能處理正信號。為識別三相相序，在此采用第二種實(shí)現(xiàn)方式。
在圖4中，各相位L1至L3的曲線的信號被整流。圖中示出如果將L1視作基準(zhǔn)相，通過對相位L2和L3的時(shí)刻tn進(jìn)行線性插補(bǔ)法，也可從半波整流的三相電流信號的曲線中獲得近似值。
圖4中示出一種整流的結(jié)果。除了相位L1的原始信號外，通過線性插補(bǔ)法計(jì)算的相位L2和L3的近似曲線被繪成整流信號形式。
通過一種特殊的計(jì)算方法可從非理想的正弦曲線中鑒別相序。在此，多個(gè)相鄰的測算循環(huán)共同確定相序。具體說來，第一個(gè)循環(huán)從周期1持續(xù)到周期3，第二個(gè)循環(huán)從周期2持續(xù)到周期4，其他循環(huán)依次類推。
可以指出，一種根據(jù)下列等式計(jì)算結(jié)果參數(shù)的測算法對確定相序有重要意義。
測算循環(huán)1
結(jié)果＝(|L1t1-L2t2|+|L1t1-L3t3|-|L1t1-L3t2|-|L1t1-L2t3|)測算循環(huán)2+ (|L1t2-L2t3|+|L1t2-L3t4|-|L1t2-L3t3|-|L1t2-L2t4|)測算循環(huán)3 (2)+ (|L1t3-L2t4|+|L1t3-L3t5|-|L1t3-L3t4|-|L1t3-L2t5|)測算循環(huán)4+ (|L1t4-L2t5|+|L1t4-L3t6|-|L1t4-L3t5|-|L1t4-L2t6|)在電網(wǎng)頻率為50Hz/60Hz時(shí)，一個(gè)計(jì)算過程需要30ms的時(shí)間，以及在周期1前的4ms和在周期6后的4ms。這就是說總共需要38ms。
采用等式2得到一個(gè)清晰的測算相序的結(jié)果信號，其中，在電網(wǎng)頻率為50Hz、原始正弦信號的相對幅值在-1至1之間時(shí)，數(shù)值1和3之間的結(jié)果參數(shù)代表逆時(shí)針，數(shù)值-1和-3之間的結(jié)果參數(shù)代表順時(shí)針。電網(wǎng)電壓對稱性公差的影響，例如電網(wǎng)電壓的相對幅值在0.8和1.2之間變化、電網(wǎng)頻率例如在45和65Hz之間變化、測量周期間隔例如在1.7和2.5ms之間變化，對鑒別相序并不重要。這些極限值相當(dāng)于分別為所屬電網(wǎng)頻率九倍的周期頻率。對常規(guī)50/60Hz的電網(wǎng)，周期頻率符合實(shí)際的平均值為500Hz，周期時(shí)間為2ms。
為了確定相序，僅需符號，即Sign(結(jié)果＜0)→順時(shí)針Sign(結(jié)果＞0)→逆時(shí)針?biāo)龇椒ǖ囊环N實(shí)際應(yīng)用是識別一個(gè)數(shù)字式過載繼電器的相序。在此有利的是在常規(guī)數(shù)字式過載繼電器中已經(jīng)有一個(gè)微處理單元，因?yàn)橐环N運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字化處理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。這一單元以及所定零部件可用于識別相序。因此無需或僅需少量其他輔助硬件。在該過載繼電器運(yùn)行時(shí)可在一個(gè)指示單元上直接顯示“逆時(shí)針”或“順時(shí)針”。
在數(shù)字式過載繼電器中，相序識別提供一種十分有意義的附加功能，因?yàn)橛绕湓诎惭b及改裝時(shí)可避免發(fā)生故障。
對所述的普遍適用的方法，在第一種實(shí)現(xiàn)方式中，掃描頻率為電網(wǎng)頻率的三倍是有利的，其中可以有約達(dá)30％的偏差，例如15％的偏差。對根據(jù)第二種實(shí)現(xiàn)方式的特殊方法，掃描頻率的9倍值作為交替掃描頻率。
權(quán)利要求
1.一種識別三相電網(wǎng)中相序的方法，其中在分別預(yù)定的時(shí)刻掃描各相位，其特征在于在預(yù)定時(shí)間間隔交替掃描各相位；借助一種合適的預(yù)定的測算法來測算測量值或內(nèi)插近似值或僅僅測算至少兩個(gè)時(shí)刻的測量值的符號，以確定相序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測算法描述符號變化圖形，其中，從各相位的所有符號變化的整體特征中清晰地導(dǎo)出是“逆時(shí)針”還是“順時(shí)針”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測算法確定一個(gè)結(jié)果參數(shù)，其中，該結(jié)果參數(shù)由至少一個(gè)測算循環(huán)內(nèi)各相位的測量值和/或內(nèi)插近似值算出；它的符號對三相電流的“逆時(shí)針”或“順時(shí)針”有重要意義。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在各相位為理想正弦曲線時(shí)，一個(gè)測算循環(huán)就足夠了。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在出現(xiàn)諧波或故障時(shí)選擇多個(gè)測算循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于采用各相位的整流的信號曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于測算各相位的半波整流的信號曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以某一小于電網(wǎng)頻率的三倍的30％、優(yōu)選15％的頻率進(jìn)行掃描。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于以某一在電網(wǎng)頻率的九倍的范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行交替掃描。
10.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，該方法應(yīng)用在一個(gè)數(shù)字式過載繼電器中來識別三相電網(wǎng)的相序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于一個(gè)已經(jīng)在繼電器中存在的數(shù)字式信號識別裝置和/或處理裝置被用于監(jiān)測相序。
12.一種數(shù)字式過載繼電器，它具有一包括微處理器在內(nèi)的數(shù)字式信號控制裝置，其特征在于一種識別相序的微處理器程序。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字式過載繼電器，其特征在于一種用于顯示相序、尤其是“逆時(shí)針”或“順時(shí)針”的顯示單元。
全文摘要
一種識別三相電網(wǎng)中相序的方法以及這種方法和所屬數(shù)字式過載繼電器的應(yīng)用。在采用三相電流時(shí),通常借助矢量圖從相線導(dǎo)體中的信號曲線來確定相序。根據(jù)本發(fā)明,在分別預(yù)定的時(shí)刻掃描各相位;借助一種測算法來測算測量值或內(nèi)插近似值或僅僅測算這些值的符號,以便在至少兩個(gè)時(shí)刻來確定相序。除了在理想正弦曲線條件下的基本方法外,可以優(yōu)選測算各相線導(dǎo)體的半波整流的信號曲線。這種方法可有利地采用一個(gè)數(shù)字式過載繼電器來識別相序,其中利用一種已經(jīng)存在的數(shù)字式信號控制裝置和/或信號處理裝置。
文檔編號G01R19/14GK1265742SQ98807893
公開日2000年9月6日 申請日期1998年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者諾伯特·埃爾斯納, 迪薩德·朗加爾迪爾 申請人:西門子公司