[其他]數字電路斷流器的均方根值計算電路

無效

• 申請號: 86103901
• 申請日: 1986-06-10
• 公開（公告）號: CN86103901A
• 公開（公告）日: 1986-12-10
• 發明（設計）人: 約翰·詹姆斯·多爾蒂
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01H71/00
• 分類號: H01H71/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 董江雄,杜有文

由約翰·J·多爾蒂（John·J·Dougherty）于1984年7月17日申請的美國專利第163，708號描述了應用大規模集成電路技術能夠完全實現的數字電路斷流器。此電路用數字方式執行過流判定和斷流延時，是在與預先設定的電流值進行比較后實現的。此電路使用一峰值檢測模/數轉換器，其中復合的檢測電路電流與數/模轉換器的輸出比較，同時一個固定的時鐘脈沖又與該比較而得的輸出相比較。由復合電流峰值控制的I²t數字值被用來量度流經保護電路的電流。

在工業應用中，當保護電路內測到峰值電流時，已經出現由電流波形畸變而產生的故障跳閘，那里畸變的電流波形的第五和第七諧波可加到峰值上，使峰值超過預設的長時和短時檢測值，導致所謂的“有害跳閘”，造成生產量的損失。該電路必須單獨測試以保證在電路電閘重新閉合和工業設備運行前實際上不存在故障電流。這個措施在易引起正弦波畸變的、用大容量併網校正功率因素的輸電和配電系統中已較為普遍使用。使用高容量感應負載，諸如大感應爐時，檢測電流波形諧變，使第七諧波疊加到峰電流值上從而產生明顯的過流狀態。但其時真正的均方根（RMS）電流值尚在可接受的限度以內。現已確認，如果測得的是電流RMS而不是象現在大多數工業供電電路中定制的峰值，那么電流波形畸變就不是一個問題。RMS值檢測還較現實地評估了供電總線的實際熱效應，因為這些總線是受保護電路中的電路中斷設備保護的。

因此，本發明提出了一個電路保護用的數字電路斷流器，在此數字電路中連續進行著RMS值計算，以度量流經保護電路的復合電流。

數字過流保護作用系來自其頻率與模擬電流信號振幅的平方成正比的電流脈沖流，在規定的時間內累計平方了的電流值，從而確定一個均方根值。

圖1是本發明的倍頻電路的框圖;

圖2是在圖1電路內產生的頻率脈沖的計時圖的圖示;

圖3是本發明的頻率平方電路的框圖;

圖4是本發明的倍頻交流電路框圖;

圖5是本發明的頻率平方交流電路框圖;

圖6是本發明RMS值保護電路框圖;

圖7是本發明的功率計算電路框圖;

圖8是本發明的RMS值計算電路框圖;

圖9是本發明的四位RMS值計算電路框圖;

圖10是本發明的多位RMS值計算電路框圖。

圖1繪出一個倍頻電路10，該電路包括與頻率為fA的電源A連接的輸入線11。電源可提供一個電壓給這樣一種變頻器（V/F），它把電流或電壓模擬信號的大小變換成頻率，從而可以數字狀態工作。例如模擬輸入信號能控制變容二極管的偏壓，后者用作振蕩器內共振電路的定頻元件，這樣，振蕩頻率將決定于輸入信號值。電壓到頻率的模/數轉換器的好處在于在轉換周期內輸入平均值用數字表示。頻率為f_A的輸入線11接到“與”門12的一個輸入端。另一個獨立的頻率為f_B的電源B由輸入線13連到1∶N計數器14，計數器的輸出則與RS觸發器15的置“1”（S）輸入端相連。復位（R）輸入端則接到固定定時器17，定時器的允許ENABLE（EN）輸入端與觸發器的Q輸出端相連，同時經導線16接到“與”門12的另一個輸入端。觸發器置“1”時定時器啟動運行，即此時Q輸出端是在“高電平”狀態。輸出線18提供頻率f_O，此頻率是f_A，f_B乘積的函數，如圖2各定時框圖所示。對于倍頻電路10中每一個端點，這些方框表示在一個共同時間軸上的單周波定時圖。每一個脈沖波表示電壓信號的存在（1）或不存在（0），即指出的“高”或“低”狀態。此周波在二進制計數器14結束其計數時開始。一個高的輸出使觸發器置“1”，然后一個高Q信號施加于“與”門的一個輸入端。在連線18上的“與”門輸出，由于有高輸入，將跟隨另一輸入端的狀態而變化，并且是輸入線11上的頻率f_A的函數。在觸發器置“1”時，開始另二個處理過程。固定定時器17被啟動，同時二進制計數器14自其最大值開始計數。經一個時間增量t以后，定時器使觸發器復位，從而在輸出線18上不再出現自“與”門來的信號。f_A在輸入線11上高、低狀態間的關系示于19，以與20所示的輸入線13上f_B從脈沖1到n逐個增加脈沖寬度的脈沖輸入相比較。觸發器的Q輸出狀況示于圖21，以與22所示的恒定定時計狀態相比較。延時t就是Q輸出停留在高位時的時間。二進制計數器14是一個1∶N計數器，其性能示于23，輸出線18載有來自“與”門12的輸出頻率f_O的條件表示在24中。