可编程序的反时限延迟电路

本发明涉及一种用于电力系统和电子系统的保护电路，尤其涉及到一种用于监测过电流或过电压故障工况的反时限延迟电路，以保护电力开关装置。

电力系统，诸如单相或多相交流或直流电压系统需要工作在由线路容量控制的电流及负荷所限制的工况范围内。诸如固态电力控制器那样的保护装置需要检测出系统中的过电流或过电压工况，并对各种系统部件提供任何需要的断开和再连接的操作。

这样的保护装置可以包括一个跳闸电路，该电路对检测出的过电流或过电流工况响应而控制开关装置的工作，并包括一个反时限延迟电路，该电路提供的跳闸时间与输入关系由下面等式给出：

T＝ (A（B-X）)/(X-C)

式中T是电路的跳闸时间;X代表电压或电流的输入信号量;以及AB和C是常数。按照等式（1）提供跳闸时间的一种反时限跳闸电路在1972年10月10日公布的美国No3697813号专利中已作了说明。常数B可以是电路中的一个第一参考电压电平，限定该 电路的瞬间跳闸时间。而常数C可以是一个第二参考电压电平，限定极限跳闸时间，该跳闸时间趋向无穷大。常数A是对瞬态跳闸时间和极限跳闸时间之间的间距进行调准的一个换算系数。

1981年1月13日发布的美国4245184号专利示出的图2的方块38是根据等式（1）提供跳闸时间的另外一种跳闸电路。这样的电路包括一个非倒向积分器。该积分器接收一个表示过负荷工况的信号，还接收一个参考信号，以产生比例于过电流信号和参考信号之间差值的积分的控制信号。这个控制信号与一个附加参考信号进行比较，当该控制信号量超过该第二参考信号量值时，产生一个使逻辑状态改变的跳闸信号。

这样的电路提供了期望的反时限延迟跳闸信号，但只设计成应付单独一套运行参数，因此，为了应付各种运行特性就必须提供许多的这种电路，所以希望设计出一种反时限延迟跳闸电路，它能满足一定范围的运行工况，以减少这样电路的总需要量。

根据本发明构成的反时限延迟电路包括一个积分器，它具有第一输入，用于接收代表外电路中的电压或电流信号;并具有第二输入用于接收一个参考信号，以致该积分器产生一个代表积分第一和第二输入差值的控制信号;一个比较器连接成接收该控制信号，并将它与一个第二参考信号比较，在该控制信号量值超过第二参考信号量值时，产生一个使逻辑状态改变的输出信号。设有一个可编程序装置以对第一参考信号或第二参考信号或这二个参考信号的量值进行控制，则对该瞬态跳闸时间、极限跳闸时间或这两个跳闸时间进行一起控制或单独控制，以提供一个反时限延迟电路，该电路能在一个宽的 指定的运行工况范围内工作。

从以下对附图所示较佳实施例所作的说明将更易于明了本发明，其中：

图1、2和3是本发明可供选择的各实施例的简图，和

图4是说明图1、2和3电路工作的一系列曲线。

参考各附图。图1是根据本发明构成的一个反时限延迟电路的一个实施例简示图。该电路包括一个积分器10，它含有运算放大器U1。电容C、电阻R1和R2。信号Vs代表外部电路中电压或电流，它被一个换算电路12的换算系数K乘且与运算放大器U1的非反向输入相连。一个第一参考信号V1加到放大器U1的反向输入端，这使在线路14上产生一个代表运算放大器U1的反向和非反向输入端信号之间差值的积分的控制信号。比较器U2接收线路14上的控制信号并将它与一个第二参考信号V2进行比较，以在该控制信号量值超过该第二参考信号量值时产生一个从逻辑低电平变为逻辑高电平的输出信号S。图1的电路提供的输出信号S的逻辑状态在跳闸时间T时按照上面等式（1）来改变。等式（1）中的常数A、B和C现在可以根据图1中电路的参数来确定如下。在瞬时跳闸电平时式中X＝B＝KVS：

VO=（KVS－V1）（1＋ (R2)/(R1) ）＝V2（2）

${\mathrm{(K\; V}}_S\mathrm{-\; V}{}_1\mathrm{)\; =}\frac{V_2}{\mathrm{(\; 1\; +}\frac{R_2}{R_1})}\mathrm{(\; 3\; )}$

KVS= (V2R1)/(R1+R2) + V1（4）

VS= 1/(K) (V2R1)/((R1+R2)) +V1（5）

在极限跳闸电平时    当X＝C时：

KC＝V1（6）

C= (V1)/(K) （7）

等式（5）和（7）可以用于设计或分析图1中的电路。分析这些等式看出瞬时跳闸电平是由该第二参考信号量值V2控制。一个数模转换器16用于通过接收线路18上的一个数字指令信号在线路20上产生一个编程的参考电压V′p，提供对信号V2编程序的能力。这个编程的参考电压被传输到包括电阻R3和R4的一个电阻分压器上，以使在电阻R3和R4之间的结点的产生参考信号V2。该R3、R4分压器使具有典型的0-10伏特范围的数模转换器与所 需范围的V2值相配合。

图2是本发明另一个实施例的简图，其中瞬时跳闸电平和极限跳闸电平均能编程序。这是通过加入一个包括串联电阻R5和R6的第二电阻分压器来实现，以使该第一参考电压信号V1出现在电阻R5和R6之间的结点处。等式（5）和（7）说明如果V1和V2均与Vp成比例，常数B和C将一起变化。

图3是本发明的又一个实施例简示图，在该实施例中，极限跳闸电平C是可编程序的，这是通过在积分器10的输出和比较器U2的非反向输入之间加入电阻R7，并通过在数模转换器16和比较器U2的非反向输入之间加入电阻R8来实现的。一个参考电压V3被加到比较器U2的反向输入端。从等式（5）可以看出，改变参考信号V1值也改变了常数B的数值。如果改变B是不合乎要求，必须用Vp来修改第二参考信号V2，以使瞬时跳闸电平B与Vp的变化无关。这样就与常数C的变化无关。在图3的电路中，电阻R7和R8的值选择得使瞬时跳闸电平与可编程序的电压Vp的数值无关。由以下式求出电阻R7和R8要求的比值：

(R7)/(R8) = P(1+ (R2)/(R1) ) （8）

式中ρ是V1和Vp的比，于是从以下等式求出V3：

V3= (V2R8+VPR7)/((R7+R8)) （9）

式中V2是图1中设计的电路中假定的参考值。

图4是表示图1、2和3的电路的可编程序能力一系列曲线。曲线22表示图1中电路的运行特性是在V2是一个预选定值条件下。曲线24示出乘以因数2的总跳闸特性结果。极限跳闸电平和瞬时跳闸电平已增加相同量。曲线26示出减少1/2的瞬时跳闸电平结果。极限跳闸电平保持不变。曲线28示出维持初始瞬时跳闸电平，极限跳闸电平增加1倍的结果。

由图4曲线示出的结果说明如果用所描述的技术，可以得到对跳闸特性编程序的全部灵活性。根据本发明构成的反时限延迟跳闸电路通过用可编程序的参考电压电平提供可编程序的跳闸特性。极限跳闸和瞬时跳闸电平可以单独地编程序，且要求的电路元件值可以容易地计算出。

尽管按照目前认为的较佳实施例已披露了本发明，但很明显，那些技术熟练的人员可做出各种变化，而不脱离本发明的范围。例如，尽管示出了数模转换器提供编程电压参考电平Vp，但也可以用一个调节该电压电平Vp的模拟电路代替该数模转换器。因此，旨在所附权利要求覆盖这些改变。