реле разности частот

Формула изобретения

Реле разности частот, содержащее выпрямитель входного напряжения, выпрямитель синхронизируемого напряжения, первый алгебраический сумматор, первый умножитель, первый инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с входом сложения первого алгебраического сумматора и входом первого умножителя, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом первого компаратора, измеритель частоты синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя синхронизируемого напряжения, а выход соединен с вычитающим входом первого алгебраического сумматора, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя, а второй вход соединен со вторым входом первого компаратора и выходом первого алгебраического сумматора, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом "Больше" первого компаратора, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "Меньше" второго компаратора, третий элемент И, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов И, третий компаратор, выход "Больше" которого соединен с первым входом третьего элемента И, четвертый компаратор, выход "Меньше" которого соединен со вторым входом третьего элемента И, второй алгебраический сумматор, вход вычитания и вход сложения которого соединен с выходами выпрямителя синхронизируемого напряжения и выпрямителя входного напряжения, соответственно, второй умножитель, вход которого соединен с выходом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с первым входом четвертого компаратора, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора и выходом второго алгебраического сумматора, первый и второй формирователи коротких импульсов, четвертый элемент И, прямой вход которого соединен с выходом первого элемента И и входом первого формирователя коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, а также пятый элемент И, прямой вход которого соединен с выходом второго элемента И и входом второго формирователя коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, измерители частот входного и синхронизируемого напряжений формируют на своих выходах напряжения, величины которых обратно пропорциональны частотам входного и синхронизируемого напряжений, соответственно.

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 выходом 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, устройство обладает относительно низкой помехоустойчивостью в условиях кратковременных помех или сбоев в работе элементов внешних устройств.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в реле разности частот, содержащее выпрямитель входного напряжения, выпрямитель синхронизируемого напряжения, первый алгебраический сумматор, первый умножитель, первый инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с входом сложения первого алгебраического сумматора и с входом первого умножителя, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом первого компаратора, измеритель частоты синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом выпрямителя синхронизируемого напряжения, а выход соединен с вычитающим входом первого алгебраического сумматора, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя, а второй вход соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом первого алгебраического сумматора, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом "больше" первого компаратора, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "меньше" второго компаратора, третий элемент И, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов И, третий компаратор, выход "больше" которого соединен с первым входом третьего элемента И, четвертый компаратор, выход "меньше" которого соединен со вторым входом третьего элемента И, второй алгебраический сумматор, вход вычитания и вход сложения которого соединен с выходами выпрямителя синхронизируемого напряжения и с выходом выпрямителя входного напряжения, соответственно, второй умножитель, вход которого соединен с выходом выпрямителя входного напряжения, а выход соединен с первым входом четвертого компаратора, второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора и с выходом второго алгебраического сумматора, первый и второй формирователи коротких импульсов, четвертый элемент И, прямой вход которого соединен с выходом первого элемента И и с входом первого формирователя коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, а также пятый элемент И, прямой вход которого соединен с выходом второго элемента И и с входом второго формирователя коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, измерители частот входного и синхронизируемого напряжений формируют на своих выходах напряжения, величины которых обратно пропорциональны частотам входного и синхронизируемого напряжений, соответственно.

На чертеже представлена электрическая структурная схема реле разности частот.

Реле разности частот содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты синхронизируемого напряжения, первый умножитель 2, первый компаратор 3, первый исполнительный элемент 4, последовательно соединенные измеритель 5 частоты входного напряжения, и алгебраический сумматор 6, другой вход которого соединен с выходом измерителя 1 частоты синхронизируемого напряжения, первый инвертор 7, вход которого соединен с выходом первого умножителя 2, а выход соединен с первым входом первого компаратора 3, второй компаратор 8, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя, а второй вход соединен с выходом алгебраического сумматора 6 и со вторым первого компаратора 3, второй исполнительный элемент 9, первый элемент И 10, первый вход которого соединен с выходом "больше" первого компаратора 3, второй элемент И 11, первый вход которого соединен с выходом "меньше" второго компаратора 8, третий элемент И 12, выход которого соединен со вторыми входами первого 10 и второго 11 элементов И, третий компаратор 13, выход "больше" которого соединен с первым входом третьего элемента И 12, четвертый компаратор 14, выход "меньше" которого соединен со вторым входом третьего элемента И 12, выпрямитель 15 синхронизируемого напряжения, вход которого соединен с входом измерителя частоты синхронизируемого напряжения, выпрямитель 16 входного напряжения, вход которого соединен с входом измерителя частоты входного напряжения, второй алгебраический сумматор 17, вход вычитания и вход сложения которого соединен с выходами выпрямителя 15 синхронизируемого напряжения и с выходом выпрямителя 16 входного напряжения, соответственно, второй умножитель 18, вход которого соединен с выходом выпрямителя 16 входного напряжения, а выход соединен с первым входом четвертого компаратора 14, а также второй инвертор 19, вход которого соединен с выходом второго умножителя 18, а выход соединен с первым входом третьего компаратора 13, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора 14 и с выходом второго алгебраического сумматора 17, первый 20 и второй 21 формирователи коротких импульсов, четвертый элемент И 22, прямой вход которого соединен с выходом первого элемента И 10 и с входом первого формирователя 20 коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом первого формирователя 20 коротких импульсов, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента 4, а также пятый элемент И 23, прямой вход которого соединен с выходом второго элемента И 11 и с входом второго формирователя 21 коротких импульсов, инверсный вход соединен с выходом второго формирователя 21 коротких импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента 9.

Первый 4 и второй 9 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего элемента И. Измерители 1 и 5 частоты могут быть выполнены в виде усилителя, в выходной цепи которого включен резонансный контур, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала. Первый 20 и второй 21 формирователи коротких импульсов вырабатывают короткий импульс по перепаду сигнал на их входе с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Длительности коротких импульсов задаются величиной максимально временного интервала, в пределах которого допускается рассогласование по частоте входного и синхронизируемых напряжений свыше допустимых отклонений. Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники.

Работает реле разности частот следующим образом.

При включении реле на выходе измерителя 1 формируется сигнал, величина которого обратно пропорциональна частоте синхронизируемого напряжения 1/f_с, а на выходе измерителя 5 - частоте входного напряжения 1/f_вx. В этом случае на выходе первого алгебраического сумматора 6 формируется относительная величина разности частот

1/f_вх-1/f_c=(f_c-f_вх)/f_cf_вх(f_c-f_вх)/f_вх ².

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 5 умножается в первом умножителе 2 на малый коэффициент K_f, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого напряжения от входного. Поэтому в первом компараторе 3 сравниваются величины - K_f/f_вх и (f_c-f_вх)/f_вх ², а во втором компараторе 8 сравниваются величины K_f/f_вх и (f_c-f_вх)/f_вх ². Следовательно сигнал логической единицы на выходе "больше" первого компаратора 3 появится при необходимости подстройки частоты синхронизируемого напряжения в сторону увеличения, а на выходе "меньше" второго компаратора 8 - при необходимости подстройки частоты синхронизируемого напряжения в сторону уменьшения.

При включении реле на выходе выпрямителя 15 формируется сигнал, величина которого пропорциональна амплитуде синхронизируемого напряжения U_c, а на выходе выпрямителя 16 - амплитуде входного напряжения U_вх. В этом случае на выходе второго алгебраического сумматора 17 формируется величина разности амплитуд напряжений U_вх-U_c. Кроме того, сигнал с выхода выпрямителя 16 умножается во втором умножителе 18 на малый коэффициент К_U, определяющий допустимое отклонение амплитуды синхронизируемого напряжения от входного. Поэтому в третьем компараторе 13 сравниваются величины - К_UU_вх и U_вх- U_c, а в четвертом компараторе 14 сравниваются величины К_UU_вх и U_вх- U_с.

Если выполняется условие - К_UU_вх<U- U_с<КU_вх, что соответствует нахождению разности амплитуд входного и синхронизируемого напряжений в допустимых пределах, то на выходе третьего элемента И 12 будет сформирован сигнал логической единицы, что откроет первый 10 и второй 11 элементы И и позволит управлять первым 4 и вторым 9 исполнительными элементами. При этом, первый 20 и второй 21 формирователи коротких импульсов будут вырабатывать короткие импульсы, длительности которых задаются величиной максимально временного интервала, в пределах которого допускается рассогласование по частоте входного и синхронизируемых напряжений свыше допустимых отклонений, при перепаде сигналов на входе с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Эти импульсы подаются на инверсные входы, соответственно, четвертого 22 и пятого 23 элементов И, что исключает регулировку частоты синхронизируемого напряжения на короткие временные интервалы, вызванные, как правило кратковременными помехами или сбоями в работе внешних устройств. В остальных случаях управление частотой синхронизируемого сигнала будет происходить с учетом того, что рассогласование амплитуд входного и синхронизируемого напряжений находится в допустимых пределах.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно реагирует на недопустимое относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого напряжений, а не только на абсолютные величины рассогласований, что необходимо для ряда технологических процессов, а сигнал подстройки частоты синхронизируемого напряжения формируется только при допустимом рассогласовании амплитуд напряжений с учетом исключения влияния кратковременных помех и сбое в работе внешних устройств, что повышает помехоустойчивость устройства.

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.