Частотное электронное реле

 

Частотное электронное реле относится к электротехнике и может быть использовано в системах сигнализации и автоматического управления для формирования сигнала при отклонении частоты от заданного значения, а именно в системах, предназначенных для обеспечения безопасного функционирования устройств при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, в частности в системах автоматической локомотивной сигнализации для управления исполнительным органом, например электропневматическим клапаном (ЭПК). Задачей изобретения является исключение выходного реле при сохранении выходной мощности устройства с обеспечением безопасного функционирования устройств при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему. Устройство содержит блок согласования, усилитель, полосовой C-фильтр, первый выпрямитель, накопительный конденсатор, формирователь прямоугольных импульсов и делитель частоты, силовой транзистор, силовой трансформатор, второй выпрямитель, выходной фильтр и схему сравнения. Устройство позволяет обеспечить безопасное функционирование за счtт повышенной защищенности от ложного разрешающего выходного сигнала при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, при большой нагрузочной мощности. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах сигнализации и автоматического управления для формирования сигнала при отклонении частоты от заданного значения, а именно в системах, предназначенных для обеспечения безопасного функционирования устройств при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, в частности в системах автоматической локомотивной сигнализации для управления исполнительным органом, например электропневматическим клапаном (ЭПК).

Известно селективное электронное реле, содержащее полосовой LC-фильтр, транзисторный ключ, диодный выпрямитель и электромагнитное реле [1].

Недостатком устройства является низкая надежность за счет недостаточной защищенности от ложного разрешающего выходного сигнала при неисправности или изменении параметров элементов устройства.

Из известных устройств наиболее близким является частотное электронное реле, содержащее последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, первый выпрямитель, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора и шины источника питания постоянного тока [2].

Недостатком данного устройства является наличие большого по габаритам реле 1-го класса надежности.

Задачей изобретения является исключение выходного реле при сохранении выходной мощности устройства с обеспечением безопасного функционирования устройства при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему.

Поставленная задача реализуется следующим образом.

В частотное электронное реле, содержащее последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, первый выпрямитель, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора, и шины источника питания постоянного тока, введены блок согласования, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу усилителя, формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, выход которого подключен к затвору силового транзистора, исток которого соединен с первым выводом накопительного конденсатора и отрицательной шиной источника питания постоянного тока, а сток через первичную обмотку силового трансформатора соединен с положительной шиной источника питания постоянного тока, вторичная обмотка силового трансформатора подключена параллельно входам второго выпрямителя, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам выходного фильтра, соответствующим входам схемы сравнения, и являются первым и вторым выходами частотного электронного реле, при этом выход схемы сравнения подключен к входу сброса делителя частоты, выход полосового фильтра подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов, а первый и второй выводы накопительного конденсатора подключены к параллельно соединенным шинам питания формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты.

Сопоставительный анализ заявленного изобретения с наиболее близким аналогом выявил отличия, указанные в отличительной части формулы изобретения, что свидетельствует об удовлетворении изобретения условию патентоспособности "новизна".

Проведенный патентный поиск в данной области техники не выявил технических решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения и обеспечивающие указанный технический результат, что свидетельствует об удовлетворении изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Устройство позволяет обеспечить безопасное функционирование при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, при большой нагрузочной мощности.

Предполагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена функциональная схема устройства.

Частотное электронное реле содержит блок согласования 1, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу усилителя 2, выход которого подключен к входу полосового LC-фильтра 3, выход которого подключен к входу первого выпрямителя 4, плюсовой и минусовой выводы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора 5, и параллельно соединенным шинам питания формирователя прямоугольных импульсов 6 и делителя частоты 7, при этом выход полосового фильтра 3 подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов 6, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты 7, выход которого подключен к затвору силового транзистора 8, исток которого соединен с отрицательной шиной источника питания и с минусовым выводом первого выпрямителя 4, а сток соединен с первым выводом первичной обмотки силового трансформатора 9, второй вывод которой соединен с положительной шиной источника питания, вторичная обмотка силового трансформатора 9 подключена параллельно входам переменного тока второго выпрямителя 10, плюсовой и минусовой выводы которого подключены к соответствующим выводам выходного фильтра 11, соответствующим входам схемы сравнения 12, и являются первым и вторым выходами частотного электронного реле, при этом выход схемы сравнения 12 подключен к входу сброса делителя частоты 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход блока согласования 1 поступает сигнал определенной частоты, соответствующей середине полосы пропускания LC-фильтра 3, и скважности, равной 2. Этот сигнал усиливается усилителем 2, проходит через LC-фильтр 3 с минимальным затуханием и через первый выпрямитель 4 заряжает накопительный конденсатор 5, от которого запитывается схема управления силовым ключом, состоящая из формирователя прямоугольных импульсов 6 и делителя частоты 7. С выхода LC-фильтра 3 сигнал поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов 6, с выхода формирователя прямоугольных импульсов 6 сигнал поступает на вход делителя частоты 7, на выходе делителя частоты 7 формируются сигналы, управляющие силовым транзистором 8. Силовой транзистор 8 совместно с силовым трансформатором 9, вторым выпрямителем 10 и выходным фильтром 11 работают в качестве усилителя мощности.

Ввиду того, что устройство отвечает за безопасность движения поездов, в нем обеспечивается повышенная защищенность от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменениях параметров элементов схемы.

Полосовой LC-фильтр 3 выполнен по схеме со связанными контурами и является вполне надежным элементом, так как при неисправности любого из элементов его схемы сопротивление передачи фильтра резко увеличивается, выходной сигнал устройства становится близким к 0 и устройство переходит в состояние защитного отключения. При исправном LC-фильтре 3 устройство имеет нормальный выходной сигнал на входе формирователя прямоугольных импульсов 6, если он соответствует по частоте полосе пропускания LC-фильтра 3 и скважность его близка к 2, а накопительный конденсатор 5 питания схемы управления силовым ключом заряжен до номинального напряжения. Необходимый уровень напряжения на этом накопительном конденсаторе 5 позволяет работать силовому транзистору 8 от сигналов делителя частоты 7 и преобразовывать энергию через силовой трансформатор 9, второй выпрямитель 10 и выходной фильтр 11 в нагрузку.

Чтобы усилитель мощности мог выдавать в нагрузку номинальную мощность, необходимо осуществление двух условий - емкость накопительного конденсатора 5 должна быть заряжена до номинального напряжения и сигнал на входе формирователя прямоугольных импульсов 6 должен соответствовать по частоте полосе пропускания LC-фильтра 3. При невыполнении любого из этих условий схема управления силовым ключом перейдет в состояние защитного отключения и на выходе устройства не будет разрешающего сигнала.

При превышении выходного напряжения выше определенной нормы срабатывает схема сравнения 12 и с ее выхода поступает сигнал на вход сброса делителя частоты 7 для уменьшения вырабатываемой мощности усилителем мощности.

Для обеспечивания повышенной защищенности от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменениях параметров элементов схемы между блоками схемы осуществлена гальваническая развязка сигналов: между блоком согласования 1 и усилителем 2 - оптронная, между усилителем 2 с LC-фильтром 3 и формирователем прямоугольных импульсов 6 - трансформаторная, между LC-фильтром 3 и первым выпрямителем 4 - трансформаторная, между схемой управления силовым ключом с силовым транзистором 8 и вторым выпрямителем 10 с выходным фильтром 11 - трансформаторная, между выходным фильтром 11 и схемой сравнения 12 - оптронная.

При неисправностях элементов схемы устройства, в частности обрывах, коротких замыканиях, увеличении сопротивлений резисторов, генерации на высокой частоте неисправных усилительных элементов происходит изменение параметров частотного сигнала, приводящее к переходу устройства в состояние защитного отключения.

Чувствительность схемы устройства к изменению параметров частотного сигнала обеспечена за счет узкой полосы LC-фильтра и крутой зависимости работы схемы управления силовым ключом от частоты сигнала на его входе. Схема управления силовым ключом выполнена на микросхемах 564ЛН2, 564ТМ2. Силовой транзистор типа КП707А. Блок согласования выполнен на оптроне АОД101Е.

Формула изобретения

Частотное электронное реле, содержащее последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, первый выпрямитель, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора, и шины источника питания постоянного тока, отличающееся тем, что в него введены блок согласования, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу усилителя, формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, выход которого подключен к затвору силового транзистора, исток которого соединен с первым выводом накопительного конденсатора и отрицательной шиной источника питания постоянного тока, а сток через первичную обмотку силового трансформатора соединен с положительной шиной источника питания постоянного тока, вторичная обмотка силового трансформатора подключена параллельно входам второго выпрямителя, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам выходного фильтра, соответствующим входам схемы сравнения и являются первым и вторым выходами частотного электронного реле, при этом выход схемы сравнения подключен к входу сброса делителя частоты, выход полосового фильтра подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов, а первый и второй выводы накопительного конденсатора подключены к параллельно соединенным шинам питания формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1