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 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.

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 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)/f₁f₀(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.