Реле частоты

 

Изобретение используется в электротехнике в качестве реле частоты. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого частотное реле содержит разделительный трансформатор, частотный фильтр, два формирователя импульсов, два формирователя коротких импульсов по перепаду входного напряжения, пять элементов И, частотно-зависимый элемент, два элемента НЕ, два исполнительных элемента, три расширителя импульсов, при этом частотно-зависимый элемент предназначен для формирования сигнала, амплитуда которого уменьшается пропорционально величине модуля отклонения частоты входного напряжения от номинальной, а фаза изменяется пропорционально величине и знаку отклонения частоты входного напряжения от номинальной. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле частоты.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, 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 частоты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, первый частотно-зависимый элемент, первый формирователь импульсов, элемент ЗАПРЕТ, расширитель импульсов, усилитель и исполнительный элемент, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, а выход - через ключ соединен со вторым входом первого формирователя импульсов, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй формирователь импульсов и формирователь коротких импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ЗАПРЕТ, а также пусковой элемент, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход - соединен со вторым входом расширителя импульсов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, частотно-зависимый элемент и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные второй формирователь импульсов и первый формирователь коротких импульсов, кроме того, первый исполнительный элемент, введены последовательно соединенные второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход - со входом первого расширителя импульсов, выход которого через первый элемент НЕ соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные третий элемент И и второй расширитель импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, а также последовательно соединенные второй элемент НЕ, вход которого соединен с входом первого формирователя коротких импульсов и с первым входом третьего элемента И, четвертый элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход четвертого элемента И соединен со входом третьего расширителя импульсов, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, а выход - со входом второго исполнительного элемента, при этом, выход частотного фильтра соединен с входом второго формирователя импульсов, при этом частотно-зависимый элемент предназначен для формирования сигнала, амплитуда которого уменьшается пропорционально величине модуля отклонения частоты входного напряжения от номинальной, а фаза изменяется пропорционально величине и знаку отклонения частоты входного напряжения от номинальной.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема частотного реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Частотное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2, частотно-зависимый элемент 3 и первый формирователь 4 импульсов, последовательно соединенные второй формирователь 5 импульсов и первый формирователь 6 коротких импульсов, а также первый исполнительный элемент 7, последовательно соединенные второй формирователь 8 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого формирователя 4 импульсов, первый элемент И 9, первый расширитель 10 импульсов, первый элемент НЕ 11 и второй элемент И 12, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента 7, последовательно соединенные третий элемент И 13 и второй расширитель 14 импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 12, а также последовательно соединенные второй элемент НЕ 15, вход которого соединен с входом первого формирователя 6 коротких импульсов, с выходом второго формирователя 5 импульсов и с первым входом третьего элемента И 13, четвертый элемент И 16, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И 13 и с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, третий расширитель 17 импульсов, пятый элемент И 18, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ 4, и второй исполнительный элемент 19, при этом, выход частотного фильтра 2 соединен с входом второго формирователя 5 импульсов.

Исполнительные элементы 7 и 19 могут быть выполнены в виде реле, обмотки которых непосредственно или через усилитель соединены с выходами второго 12 и пятого 18 элементов И, соответственно. Первый 4 и второй 5 формирователи импульсов могут быть выполнены в виде компараторов с нулевым порогом. Первый 6 и второй 8 формирователи коротких импульсов вырабатывают на своем выходе короткий импульс по перепаду входного напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Длительность импульса пропорциональна допустимой величине сдвига частоты входного напряжения от своего номинального значения. Первый 10, второй 14 и третий 17 расширители импульсов формируют на своем выходе импульсы длительностью в период частоты входного напряжения. Разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2 могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе, а пример конструктивного выполнения частотно-зависимого элемента 3 приведен в [2, стр.52, рис.1.14]. Остальные блоки являются стандартными элементами электронной техники.

На фиг.2 представлены сигналы U5 на выходе второго формирователя 5 (фиг 2, а), U4 на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, б) при совпадении частоты входного напряжения с номинальной частотой, на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, в) при отклонении частоты входного напряжения от номинальной частоты в сторону увеличения, на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, г) при отклонении частоты входного напряжения от номинальной частоты в сторону уменьшения. Заштрихованные части импульсов соответствуют длительности и временному положению импульсов, вырабатываемых формирователями 6 и 8 коротких импульсов, установленных на выходах соответствующих формирователей 5 и 4.

Частотное реле работает следующим образом.

На вход разделительного трансформатора 1 поступает входное напряжение, частота которого в нормальных условиях соответствует требуемой номинальной частоте. Частотный фильтр 2 устраняет влияние высших гармоник, поэтому на выходе первого формирователя 5 (например, компаратора с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2, а), длительность которых равна половине периода входного напряжения.

Одновременно с этим выходной сигнал частотного фильтра 2 поступает на вход частотно-зависимого элемента 3. В зависимости от отклонения частоты первой гармоники входного сигнала от номинальной, частотно-зависимый элемент 3 производит сдвиг фазы напряжения в сторону отставания или опережения. Примером выполнения такого частотно-зависимого элемента является контур, резонансная частота которого соответствует номинальной частоте. Поэтому на выходе первого формирователя 4 (например, компаратора с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность импульсов (фиг.2, б-г), которая в случае отклонения частоты от номинальной может отличаться от последовательности импульсов на выходе второго формирователя 5 положением на временной оси.

По фронту каждого из импульсов на выходах первого 4 и второго 5 формирователей в соответствующем втором 8 и первом 6 формирователях вырабатываются импульсы, длительность которых пропорциональна допустимому значению отклонения частоты входного напряжения от номинальной (заштрихованные части сигналов на фиг.2).

При совпадении временных положений импульсов, например на фиг.2, а и фиг.2, б, что соответствует совпадению или незначительному рассогласованию фаз импульсов, на выходе первого элемента И 9 формируется импульс, который расширяется первым расширителем 10 и преобразуется в уровень логического нуля элементом первым элементом НЕ 11. Поэтому первый 7 и второй 19 исполнительные элементы не срабатывают.

При сдвиге частоты входного напряжения более допустимого предела в большую или меньшую сторону, импульсы с выхода второго формирователя 8 перестают совпадать во времени даже частично с импульсами, формируемыми на выходе первого формирователя 6, поэтому на выходе первого элемента И 9 не формируется соответствующего импульса совпадения и на выходе первого расширителя 10 не будет наблюдаться уровень логической единицы, который инвертируется первым элементом НЕ 11. В этом случае на выходе первого элемента И 9 будет формироваться уровень логического нуля, который преобразуется в уровень логической единицы первым инвертором 11.

При этом, если сигнал на выходе первого формирователя 4 будет отставать (фиг.2, г) от сигнала на выходе второго формирователя 5 (фиг.2, а), то короткий импульс с выхода второго формирователя 8 будет совпадать с импульсом на выходе второго формирователя 5 и на выходе третьего элемента И 13 будет сформирован импульс совпадения, который расширится вторым расширителем 14. Этот сигнал логической единицы поступит на второй вход второго элемента И 12, что приведет к срабатыванию первого исполнительного элемента 7, который, например, управляет регулировкой частоты входного напряжения в сторону увеличения.

Если же сигнал на выходе первого формирователя 4 будет опережать (фиг.2, в) сигнал на выходе второго формирователя 5 (фиг.2, а), то короткий импульс с выхода второго формирователя 8 не будет совпадать с импульсом на выходе первого формирователя 6, но будет совпадать с импульсом на выходе второго элемента НЕ 15, поэтому и на выходе четвертого элемента И 16 будет сформирован импульс совпадения, который расширится третьим расширителем 17. Этот сигнал логической единицы поступит на второй вход пятого элемента И, что приведет к срабатыванию второго исполнительного элемента 19, который, например, управляет регулировкой частоты входного напряжения в сторону уменьшения.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку оно позволяет одновременно реагировать на недопустимые отклонения частоты входного сигнала как в сторону повышения, так и в сторону понижения.

Источники информации, принятые во внимание:

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. В.А.Андреев. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.122, рис.3.29 (прототип).

Формула изобретения

Реле частоты, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, частотно-зависимый элемент и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные второй формирователь импульсов и первый формирователь коротких импульсов по перепаду входного напряжения, кроме того, первый исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены второй формирователь коротких импульсов по перепаду входного напряжения, вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов по перепаду входного напряжения, а выход - со входом первого расширителя импульсов, выход которого через первый элемент НЕ соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные третий элемент И и второй расширитель импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, а также второй элемент НЕ, вход которого соединен с входом первого формирователя коротких импульсов по перепаду входного напряжения и с первым входом третьего элемента И, четвертый элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и с выходом второго формирователя коротких импульсов по перепаду входного напряжения, а выход четвертого элемента И соединен со входом третьего расширителя импульсов, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, а выход - со входом второго исполнительного элемента, при этом выход частотного фильтра соединен с входом второго формирователя импульсов, при этом частотно-зависимый элемент предназначен для формирования сигнала, амплитуда которого уменьшается пропорционально величине модуля отклонения частоты входного напряжения от номинальной, а фаза изменяется пропорционально величине и знаку отклонения частоты входного напряжения от номинальной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2