реле разности частот

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 измеритель частоты входного сигнала, выход которого соединен с входом умножителя и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, выход которого объединен 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 второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, первый и второй управляемые формирователи импульсов, блок выделения модуля и первый и второй элементы И, при этом вход запуска первого формирователя импульсов соединен с выходом "больше" первого компаратора и с прямым входом первого элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом первого управляемого формирователя импульсов, а выход первого элемента И соединен с входом первого исполнительного элемента, вход запуска второго управляемого формирователя импульсов соединен с выходом "меньше" второго компаратора и с прямым входом второго элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом второго управляемого формирователя импульсов, а выход второго элемента И соединен с входом второго исполнительного элемента, вход блока выделения модуля соединен с выходом алгебраического сумматора, а выход блока выходного модуля – с управляющими входами первого и второго управляемых формирователей импульсов, измерителя частоты входного и синхронизируемого сигналов обеспечивают преобразования соответствующих входных сигналов f₀ и f₁ в соответствии с математическими выражениями U₀=1/f₀, U₁=1/f₁, где f₀, f₁ частоты сигналов на входах измерителей частоты входного и синхронизируемого сигналов соответственно, U₀, U₁ – сигналы на выходах измерительной частоты входного и синхронизируемого сигналов соответственно.

2. Реле по п.1, отличающееся тем, что управляемый формирователь импульса выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, вход которого является управляющим входом управляемого формирователя импульса, и дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И из группы элементов И, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом управляемого формирователя импульса, а также группу формирователей импульсов, входы запуска которых объединены и образуют вход запуска управляемого формирователя импульса, и выходы формирователей импульсов группы формирователей импульсов соединены со вторыми входами соответствующих элементов И из группы элементов И.

Описание изобретения к патенту

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 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, 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 выходами первого и второго операционных усилителей [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является 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 техническое решение обладает относительно низкой точностью в условиях кратковременных сбоев частоты генератора или высокочастотных помех.

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 измеритель частоты входного сигнала, выход которого соединен с входом умножителя и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, выход которого 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 второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, первый и второй управляемые формирователи импульсов, блок выделения модуля и первый и второй элементы И, при этом, вход запуска первого формирователя импульсов соединен с выходом "больше" первого компаратора и с прямым входом первого элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом первого управляемого формирователя импульсов, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, вход запуска второго управляемого формирователя импульсов соединен с выходом "меньше" второго компаратора и с прямым входом второго элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом второго управляемого формирователя импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, вход блока выделения модуля соединен с выходом алгебраического сумматора, а выход - с управляющими входами первого и второго управляемых формирователей импульса, измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов обеспечивают преобразования соответствующих входных сигналов f₀ и f₁ в соответствии с математическими выражениями U₀= 1/f₀, U₁= 1/f₁, где f₀, f₁ - частоты сигналов на входах измерителей частоты входного и синхронизируемого сигналов, соответственно; U₀, U₁ - сигналы на выходах измерителей частоты входного и синхронизируемого сигналов, соответственно.

Кроме того, управляемый формирователь импульса выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, вход которого является управляющим входом управляемого формирователя импульса, и дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И из группы элементов, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом управляемого формирователя импульса, а также группу формирователей импульсов, входы запуска которых объединены и образуют вход запуска управляемого формирователя импульса, а выходы формирователей импульсов группы соединены со вторыми входами соответствующих элементов И из группы элементов.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот, на фиг. 2 - формирователя импульсов, на фиг. 3 - измерителя частоты.

Реле разности частот (фиг. 1) содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2 и первый компаратор 3, кроме того, первый исполнительный элемент 4, измеритель 5 синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со входом вычитания и алгебраического сумматора 6, вход сложения которого соединен с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала, а также последовательно соединенные инвертор 7, вход которого соединен с выходом умножителя 2 и с входом первого компаратора 3, и второй компаратор 8, другой вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 6 и с другим входом первого компаратора 3, второй исполнительный элемент 9, первый 10 и второй 11 управляемые формирователи импульсов и первый 12 и второй 13 элементы И, а также блок 14 выделения модуля, при этом, вход запуска первого управляемого формирователя импульсов 10 соединен с выходом первого компаратора 3 и с прямым входом первого элемента И 12, инверсный вход которого соединен с выходом первого управляемого формирователя импульсов 10, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента 4, вход запуска второго управляемого формирователя импульсов 11 соединен с выходом второго компаратора 8 и с прямым входом второго элемента И 13, инверсный вход которого соединен с выходом второго управляемого формирователя импульсов 11, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента 9, вход блока 14 выделения модуля соединен с выходом алгебраического сумматора 6, а выход соединен с управляющими входами первого 10 и второго 11 управляемых формирователей импульса.

Первый 10 и второй 11 управляемые формирователи импульса (фиг. 2) выполнены в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 15, вход которого является управляющим входом упомянутого управляемого формирователя, дешифратора 16, группы элементов И 17 и элементов ИЛИ 18, выход которого является выходом упомянутого формирователя, а также группы формирователей короткого импульса 20, вход которой является входом запуска упомянутого формирователя, а выходы соединены со входами соответствующих элементов И группы 17. Измерители 1 и 5 частоты (фиг. 3) могут быть выполнены в виде усилителя, в выходной цепи которого включен резонансный контур, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот переходили 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 алгебраического сумматора. Первый 10 и второй 11 управляемые формирователи формируют импульсы заданной длительности с уровнем логической единицы по фронту импульса с выхода соответствующего компаратора 3 или 8. Длительности импульса определяются уровнем сигнала, поступающего на их входы с выхода блока 14 выделения модуля. 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, величина которого обратно пропорциональна частоте входного сигнала U₀=1/f₀, а на выходе измерителя 5 (U₁) - частоте синхронизируемого сигнала U₁=1/f₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 6 формируется относительная величина разности частот

U₀-U₁ = (f₁-f₀)/f₁f₀(f₁-f₀)/f²₀.

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Поэтому в первом компараторе 3 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и К/f₀, а во втором компараторе 8 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и К/f₁, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 7 значение сигнала с выхода умножителя 2.

При этом, при перепаде сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы на выходах первого 3 и второго 8 компараторов соответствующие им первый 10 и второй 11 управляемые формирователи формируют импульсы с уровнем логической единицы и с длительностью, соответствующей допустимому временному интервалу, в пределах которого разрешается иметь рассогласование частот свыше допустимых пределов. Эти импульсы подаются на инверсные входы первого 12 и второго 13 элементов И, поэтому при срабатывании первого 3 или второго 8 компараторов уровни логической единицы поступят на входы соответствующих первого 4 или второго 9 исполнительных элементов через малую допустимую задержку, что исключает влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле.

Первый исполнительный элемент 4 срабатывает, когда частота входного сигнала f₀ будет меньше частоты синхронизируемого сигнала f₁ на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 9 - когда частота входного сигнала будет больше ее.

Для обеспечения регулирования длительности задержки при срабатывании реле разности частот в зависимости от величины относительного отклонения частоты синхронизируемого сигнала от частоты входного сигнала первый 10 и второй 11 управляемые формирователи 5 имеют группу 20 формирователей короткого импульса с различными параметрами по длительности формируемого на их выходе импульса, появляющегося при перепаде напряжения на их входах запуска с уровня логического нуля на уровень логической единицы. На вход аналого-цифрового преобразователя 15 подается сигнал, пропорциональный абсолютному значению относительного отклонения частоты синхронизируемого сигнала от частоты входного сигнала. В зависимости от величины абсолютного значения относительного отклонения дешифратор 7 сформирует уровень логической единицы на одной соответствующей этой амплитуде клемм. Этот уровень подается на соответствующий элемент И группы 17, поэтому на вход элемента ИЛИ 18, который является выходом формирователя 10 (11), будет проходить импульсный сигнал с уровнем логической единицы от того формирователя группы 20, который соответствует абсолютному значению относительного отклонения частоты. Это обеспечит задержку срабатывания реле разности часто в зависимости от абсолютного значения относительного отклонения частоты синхронизируемого сигнала от частоты входного сигнала. Это повышает точность работы реле разности частот.

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 кратковременных сбоев частоты синхронизируемого сигнала, например частоты генератора, и высокочастотных помех на работу реле.

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 (прототип).