Реле разности частот

 

Применение в электротехнике в качестве реле разности частот при подстройке синхронизируемого генератора. Реле разности частот содержит два ограничителя, четыре элемента И, два измерителя периода частоты, умножитель, два компаратора, два исполнительных элемента, два формирователя короткого импульса, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, триггер, алгебраический сумматор, одновибратор. Технический результат - устройство обладает более высокой точностью за счет исключения влияния переходных процессов в момент включения реле и более широкими функциональными возможностями, поскольку оно реагирует на относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности частот сети и генератора.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности частот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются, соответственно, клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся, соответственно, инвертором и компаратором, входы которых соединены с выходом алгебраического сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей, соответственно, умножитель, входы которого соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, и первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго операционных усилителей [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки частоты генератора к частоте сети, но не вырабатывает сигналов недопустимого рассогласования частот входного и синхронизируемого сигналов при заданной относительной допустимой величине их рассогласования. Кроме того, оно обладает относительно низкой точностью, поскольку не исключается влияние на его работу начального периода подключения реле к цепям сети и синхронизируемого генератора.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены последовательно соединенные первый ограничитель, вход которого является входом для подключения датчика напряжения сети, первый элемент И и первый измеритель периода частоты, выход которого соединен с первым входом умножителя на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "меньше" первого компаратора, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные второй ограничитель, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, третий элемент И и второй измеритель периода частоты, выход которого соединен с суммирующим входом алгебраического сумматора, вычитающий вход которого соединен с выходом первого измерителя периода частоты, второй компаратор, первый вход которого через инвертор соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, второй вход соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, а выход "больше" соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом второго исполнительного элемента, первый и второй формирователи короткого импульса по заднему фронту, входы которых соединены с выходами первого и второго ограничителей, соответственно, а выходы соединены с входами управления, первого и второго измерителей периода частоты, соответственно, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего элементов И, триггер, выход которого соединен со вторыми входами второго и четвертого элементов И, элемент задержки, выход которого соединен с S-входом триггера, и одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, с входами установки в ноль первого и второго измерителей периода частоты, с R-входом триггера и с входом элемента задержки, а вход - с клеммой для подключения сигнала запуска реле.

Кроме того, каждый из первого и второго измерителей периода входного сигнала выполнен в виде счетчика, счетный вход которого является входом измерителя периода входного сигнала, выход счетчика соединен со входом регистра, управляющий вход которого является управляющим входом измерителя периода входного сигнала и соединен через элемент задержки с входом установки в ноль счетчика, вход установки в ноль регистра является входом установки в ноль измерителя периода входного сигнала, а выход регистра - выходом измерителя периода входного сигнала.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот; на фиг. 2 - схема измерителя периода входного сигнала.

Реле разности частот (фиг.1) содержит последовательно соединенные первый ограничитель 1, вход которого является входом для подключения датчика напряжения сети, первый элемент И 2, первый измеритель 3 периода частоты, умножитель 4 на постоянный коэффициент, первый компаратор 5, второй элемент И 6 и первый исполнительный элемент 7, последовательно соединенные второй ограничитель 8, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, третий элемент И 9, второй измеритель 10 периода частоты, последовательно соединенные второй компаратор 11, четвертый элемент И 12 и второй исполнительный элемент 13, первый 14 и второй 15 формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходами первого 1 и второго 8 ограничителей соответственно, а выходы соединены с входами управления первого 3 и второго 10 измерителей периода соответственно, генератор тактовых импульсов 16, выход которого соединен со вторыми входами первого 2 и третьего 9 элементов И, триггер 17, выход которого соединен со вторыми входами второго 6 и четвертого 12 элементов И, элемент задержки 18, выход которого соединен с S-входом триггера 17, алгебраический сумматор 19, вычитающий вход которого соединен с выходом первого измерителя 3 периода входного сигнала, а суммирующий вход соединен с выходом второго измерителя 10 периода входного сигнала, инвертор 20, вход которого соединен с выходом умножителя 4, а выход соединен с первым входом второго компаратора 11, одновибратор 21, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов 16, с входами установки в ноль первого 3 и второго 10 измерителей периода входного сигнала, с R-входом триггера 17 и с входом элемента задержки 18.

Первый 3 и второй 10 измерители периода входного сигнала (фиг.2) могут быть выполнены в виде счетчика 22, выход которого соединен с входом регистра 23, при этом управляющий вход регистра 23 является управляющим входом измерителя периода входного сигнала и соединен через элемент задержки 24 с входом установки в ноль счетчика 22, а вход установки в ноль регистра 23 соответствует входу установки в ноль измерителя входного сигнала.

Первый 7 и второй 13 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего элемента И. Инвертор 20 может быть выполнен в виде элемента НЕ, включаемого в проводник знакового разряда группы проводников, через который передается цифровой сигнал. Формирователи 14 и 15 формируют короткие импульсы по заднему фронту сигналов на выходе соответствующих ограничителей, которые формируют прямоугольные импульсы длительностью в половину периода входного сигнала. Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания не показаны, поскольку в рамках данной заявки являются несущественными признаками.

Работает реле разности частот следующим образом.

Включение реле производится путем подачи питания на вход одновибратора 21, в результате чего первый 3 и второй 10 измерители обнуляются, запускается генератор 16 тактовых импульсов, триггер 17 переходит в нулевое состояние и на выходах второго 6 и четвертого 12 элементов И устанавливаются безусловно уровни логического нуля. После этого к входу первого ограничителя 1 подключается напряжение сети, а на вход второго ограничителя 8 - напряжение синхронизируемого генератора. После некоторой задержки, необходимой для исключения влияния переходных процессов в момент подключения напряжения сети и напряжения синхронизируемого генератора, триггер 17 переходит в единичное состояние, что позволяет включить в работу первый 7 и второй 13 исполнительные элементы. Тактовые импульсы генератора 16 поступают на входы первого 2 и третьего 9 элементов И. В периоды положительных полупериодов частоты входных напряжений эти импульсы проходят на входы соответствующих первого 3 и второго 10 измерителей, на выходах которых формируются сигналы, обратно пропорциональные частоте входного сигнала 1/f₀ и частоте синхронизируемого сигнала 1/f₁ соответственно. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 19 формируется относительная величина разности частот 1/f₀-1/f₁=(f₁-f₀)/f₁•f₀≅(f₁-f₀)/f₀ ².

Кроме того, сигнал с выхода первого измерителя 3 умножается в умножителе 4 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Поэтому в первом компараторе 5 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и К/f₀, а во втором компараторе 11 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и -K/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 20 значение сигнала с выхода умножителя 4. Следовательно, первый исполнительный элемент 7 сработает, когда частота входного сигнала f₀ будет меньше частоты f₁ синхронизируемого сигнала на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент - когда частота входного сигнала будет больше ее.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно реагирует на недопустимое относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов, а не только на абсолютные величины рассогласований, что необходимо для ряда технологических процессов. Кроме того, повышается точность работы устройства, поскольку исключается влияние на его работу начального периода подключения реле к цепям сети и синхронизируемого генератора.

Источники информации 1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, с.390, рис.35.10.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис.12.16.

Формула изобретения

1. Реле разности частот, содержащее алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные первый ограничитель, вход которого является входом для подключения датчика напряжения сети, первый элемент И и первый измеритель периода частоты, выход которого соединен с первым входом умножителя на постоянный коэффициент, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "меньше" первого компаратора, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные второй ограничитель, вход которого является входом для подключения датчика напряжения генератора, третий элемент И и второй измеритель периода частоты, выход которого соединен с суммирующим входом алгебраического сумматора, вычитающий вход которого соединен с выходом первого измерителя периода частоты, второй компаратор, первый вход которого через инвертор соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, второй вход второго компаратора соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, а выход "больше" второго компаратора соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом второго исполнительного элемента, первый и второй формирователи короткого импульса по заднему фронту, входы которых соединены с выходами первого и второго ограничителей соответственно, а выходы соединены с входами управления первого и второго измерителей периода частоты соответственно, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего элементов И, триггер, выход которого соединен со вторыми входами второго и четвертого элементов И, элемент задержки, выход которого соединен с S-входом триггера, и одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, с входами установки в ноль, первого и второго измерителей периода частоты, с R-входом триггера и с входом элемента задержки, а вход одновибратора соединен с клеммой для подключения сигнала запуска реле.

2. Реле по п.1, отличающееся тем, что каждый из первого и второго измерителей периода входного сигнала выполнен в виде счетчика, счетный вход которого является входом измерителя периода входного сигнала, выход указанного счетчика соединен с входом регистра, управляющий вход которого является управляющим входом измерителя периода входного сигнала и соединен через элемент задержки с входом установки в ноль счетчика, вход установки в ноль регистра является входом установки в ноль измерителя периода входного сигнала, а выход регистра является выходом измерителя периода входного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:ООО "Аркадия Ком"

(73) Патентообладатель:ООО "АРСЕНАЛ-БИЗНЕС"

Договор № РД0002514 зарегистрирован 03.10.2005

Извещение опубликовано: 20.12.2005        БИ: 35/2005