Cũng giống nh− các rơle điện cơ, rơle tĩnh trong rơle số cũng thực hiện phép so sánh các đại l−ợng với giá trị ng−ỡng. Đối với các rơle số không sử dụng bộ vi xử lý, thao tác này đ−ợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng. Thực chất đó là là sơ đồ so sánh hai số cơ số 2 nhiều bit. Các phương pháp phần mềm được thực hiện bởi bộ vi xử lý cũng đ−ợc xem xét ở đây.
8.1/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ
đồ phần cứng
Một đại lượng điện bất kỳ có thể biểu diễn dưới dạng cơ số 2 nhiều bit.
Giả sử ta có 2 số 1 bit A và B . Điều kiện bằng nhau của 2 số A và B là tất cả các chữ số trong chúng phải t−ơng ứng bằng nhau. Các tr−ờng hợp có thể xảy ra với 2 số A và B là: A > B, A < B, A = B. Gọi F1, F2, F3, là các hàm đầu ra t−ơng ứng khi đó ta có bảng sự thật:
Từ đó ta có sơ đồ logic của bộ so sánh 2 số 1 bit sử dụng các cổng điện tử nh− hình vẽ:
Hình 1 - 9: Sơ đồ so sánh 2 số nhị phân 1 bit sử dụng các cổng điện tử Để so sánh 2 số nhị phân nhiều bít, ng−ời ta sử dụng nhiều bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit, theo nguyên tắc: đầu tiên so sánh 2 bit có trọng số cao nhất chỉ F1 F2 F3 A B A>B A<B A=B
0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 Các ph−ơng trình đầu ra:
A B B A F
.B A F
B A.
F
2 1
=
=
Các ph−ơng trình đầu ra:
A.B B . A F
.B A F
B A.
F
3 2 1
+
=
=
=
khi nào bit có trọng số cao bằng nhau thì mới tiếp tục so sánh đến bít có trọng số thấp hơn.
Trên hình 1 - 10 giới thiệu sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít A và B. Ban đầu giá trị F3 của các phần tử so sánh bằng 0, do đó các giá trị A2, B2, ..., An, Bn không truy nhập đ−ợc vào bên trong của các bộ so sánh kế tiếp. Chỉ trong tr−ờng hợp các bit cao hơn đ−ợc so sánh đã bằng nhau rồi thì tín hiệu từ F3 mới mở cho bộ so sánh bit thấp hơn làm việc. Phần tử (Hoặc) ở đầu ra cho phép ghi nhận tất cả các đầu ra F1 của bộ so sánh.
Hình 1-10: Sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít
Thực chất đây là phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị tuyệt
đối, việc so sánh này đ−ợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng.
8.2/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị góc pha bằng phương pháp phần mềm
Nh− ta đã biết trong rơle cảm ứng, mômen quay tạo ra bởi 2 đại l−ợng
điện A và B xác định bởi công thức:
Mq =k .A .B .sinϕ (1-2)
víi:
k: là hệ số tỷ lệ
ϕ: góc lệch pha giữa hai véc tơ A và B.
Nếu ta sử dụng bộ vi xử lý trong rơle số, ta cũng có thể tạo ra đại l−ợng tỷ lệ với Mq theo các giá trị véc tơ đầu vào A và B. Thật vậy, nếu lấy tích của 2 số phức A và B :
A .B A .B j(A B A .B ) jB
).(B jA (A A.B S
y x x y.
y y.
x x
y) x y x
*
− +
+
=
− +
=
= (1-3)
ở đây, dấu “ * “ chỉ số phức liên hợp
Ax, Ay, Bx, By t−ơng ứng là các phần tử thực và ảo của các véc tơ A và B.
góc véc tơ S cũng là góc của véc tơ A/B và là góc mà véc tơ A v−ợt tr−ớc véc tơ
B, trong tr−ờng hợp này bằng ϕ.
Nếu cho góc của véc tơ B bằng 0, ta có:
A A .cosϕ; A A .sinϕ 0
B
; B B
y
ã
y x
=
=
=
= (1-4)
khi đó:
ϕ ϕ
ϕ ϕ
.sin B . A Q
; cos . B . A P Víi
jQ P
sin . B . A j cos . B . A S
=
= +
=
+
=
(1-5) Các đại l−ợng P và Q là các bộ so sánh pha hai đầu vào. Bộ so sánh P có giá trị cực đại khi A và B bằng nhau về góc pha. Bộ so sánh Q có giá trị cực đại khi 2 véc tơ A và B lệch nhau 900. Đây chính là đại l−ợng tỷ lệ với mômen quay Mq nh− trong rơle cảm ứng khi A và B là các dòng.
Trong rơle số, bộ vi xử lý rẽ ràng nhớ các giá trị P và Q từ các véc tơ đầu vào, xác định dấu của chúng và xử lý chúng giống nh− các bộ so sánh pha của các rơle cảm ứng.
Để hiểu đ−ợc sự làm việc của các bộ so sánh 2 đầu vào P và Q, ta cần biến
đổi các véc tơ hình sin A và B thành các giá trị lôgic, sao cho A có giá trị lôgic 1 khi A > 0 và giá trị lôgic 0 khi A < 0 (tức A và A). T−ơng tự ta có các biến B và B. Có thể rễ ràng thấy rằng khi đó S có thể có 4 trạng thái lôgic
B . A .B;
A
; .B A
A.B; .
Tùy theo giá trị ϕ lớn hơn 0 hay nhỏ hơn 0 tức A v−ợt tr−ớc B (0 < ϕ <
1800) hay A chậm sau B (0 > ϕ >1800) ta có 2 trình tự ghi giá trị của S theo sự biến thiên của thời gian nh− sau:
- Nếu A v−ợt tr−ớc B: A.B;A.B; A.B; A.B
- Nếu A chậm sau B: A.B;A.B; A.B; A.B
Nếu A vượt trước B thì A luôn thay đổi trạng thái thành lôgic ngược với B (thí dụ A.B→A.B), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành lôgic giống nh−
víi A (thÝ dô A.B→A.B)
Nếu A chậm sau B thì A luôn thay đổi trạng thái giống với B (thí dụ
B . A B
A. → ), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành ng−ợc với A (thí dụ
.B A B
A. → ).
Dựa vào quy trình biến đổi S khác nhau trong các trường hợp ϕ lớn hơn hay nhỏ hơn 0, phần mềm xử lý trong rơle số sẽ xác định hướng của các véc tơ A và B so với nhau, để ra quyết định điều khiển. Nguyên lý này đã đ−ợc sử dụng trong rơlr định hướng công suất dùng vi xử lý.
9/ Các bộ phận khác của rơle số