Реле разности частот

 

Использование: в качестве реле разности частот при подстройке синхронизируемого сигнала к входному. Сущность изобретения - реле разности частот содержит измеритель частоты входного сигнала, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, умножитель на постоянный коэффициент, два компаратора, два исполнительных элемента, измерители амплитуды синхронизируемого и входного сигналов, алгебраический сумматор, инвертор, делитель, перемножитель. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, поскольку реле реагирует на относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов, и в повышении точности, поскольку исключается влияние нестабильности амплитуд синхронизируемого и входного сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности частот сети и генератора, работающего, в частности, в условиях нестабильности амплитуды сигнала 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 является 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, выполняющие функции измерителя амплитуды напряжения, 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 которых 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, известное устройство обладает относительно низкой точностью в условиях нестабильности напряжения сети и генератора.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход “меньше” соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом выход “больше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

U₀=A₀/f₀, U₁=A₁/f₁,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала;

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала;

f₀ - частота входного сигнала;

f₁ - частота синхронизируемого сигнала;

A₀, A₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно, а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигнал в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и A₁ соответственно.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот; на фиг.2 - то же измерителя частоты.

Реле разности частот (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2 на постоянный коэффициент, первый компаратора 3 и первый исполнительный элемент 4, последовательно соединенные измеритель 5 частоты синхронизируемого сигнала, блок деления 6 и перемножитель 7, алгебраический сумматор 8, вход сложения и вход вычитания которого соединены соответственно с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала и выходом перемножителя 7, последовательно соединенные инвертор 9, вход которого соединен с выходом умножителя 2 на постоянный коэффициент, второй компаратор 10, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора 3 и выходом алгебраического сумматора 8, и второй исполнительный элемент 11, а также измеритель 12 амплитуды входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 1 частоты входного сигнала, а выход соединен с вторым входом перемножителя 7, и измеритель 13 амплитуды синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 5 частоты синхронизируемого сигнала, а выход соединен со вторым входом блока деления 6, который является входом делителя.

Измерители 1 и 5 частоты (фиг.2) могут быть выполнены в виде усилителя 14, в выходной цепи которого включен резонансный контур 15, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви (спада) его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала.

Первый 4 и второй 5 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего компаратора 3, 10.

Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания элементов на чертеже не показаны как несущественные в рамках данной заявки.

Работает реле разности частот следующим образом.

При включении реле на выходе измерителя 1 формируется сигнал U₀=A₀/f₀, величина которого обратно пропорциональна частоте входного сигнала 1/f₀, а на выходе измерителя 5 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. Одновременно с этим измеритель 12 вырабатывает сигнал, пропорциональный A₀, а измеритель 13 - пропорционально амплитуде A₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 8 формируется относительная величина разности частот

A₀/f₀-A₁А₀/A₁f₁=A₀(f₁-f₀)/f₀·f₁ ≈ A₀(f₁-f₀)/f²₀, так как f₀ ≈ f₁.

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Тогда в первом компараторе 3 сравниваются величины A₀(f₁-f₀)/f²₀ и A₀K/f₀, а во втором компараторе 10 сравниваются величины А₀(f₁-f₀)/f²₀ и A₀K/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 9 значение сигнала с выхода умножителя 2.

Первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота синхронизируемого сигнала f₁ превысит допустимое отклонение от частоты входного f₀ в большую сторону на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 11 - когда частота входного сигнала недопустимо отклонится в меньшую сторону.

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 реле, поскольку исключается влияние нестабильности амплитуды синхронизируемого и входного сигналов.

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 г., 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

Реле разности частот, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход “Меньше” соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом выход “Больше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

U₀=A₀/f₀; U₁=A₁/f₁,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала;

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала;

f_о - частота входного сигнала;

f₁ - частота синхронизируемого сигнала;

А₀, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно,

а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и А₁ соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2