ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ ЧАСТОТЫ Российский патент 2003 года по МПК G01R23/10 G01R23/15 

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

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор, выпрямитель, фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [1].

Недостатком его являются относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его в системах защиты от недопустимых отклонений частоты.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является микропроцессорное многофункциональное устройство реле частоты [2], содержащее промежуточный трансформатор, вход которого является информационным входом реле, а выход соединен со входом первого порогового блока с нулевым пороговым уровнем, и исполнительный элемент, а также масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок запрета, микропроцессор, два регистра памяти и микропроцессорную систему. Недостатком наиболее близкого технического решения является сложность устройства и, следовательно, недостаточно высокая надежность.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства и, следовательно, повышение его надежности.

Этот технический результат достигается тем, что в электронное реле частоты, содержащее промежуточный трансформатор, вход которого является информационным входом реле, а выход соединен со входом первого порогового блока с нулевым пороговым уровнем, и исполнительный элемент, введены селектор переднего фронта импульса, селектор заднего фронта импульса, RS-триггер, элемент И, счетчик, арифметическая схема, предназначенная для вычисления среднего значения ее входного сигнала по к последовательным отсчетам, где к - целое, к>1, последовательно соединенные одновибратор, вход которого предназначен для подключения напряжения запуска, и генератор тактовых импульсов, второй и третий пороговые блоки, при этом выход первого порогового блока соединен со входами селекторов переднего и заднего фронтов импульсов, выходы которых соединены с S-входом и с R-входом RS-триггера, соответственно, выход RS-триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационным входом арифметической схемы, тактовый вход которой соединен с выходом селектора заднего фронта импульса и со входом установки в ноль счетчика, установочный вход арифметической схемы соединен с выходом одновибратора, а выход арифметической схемы соединен со входами второго и третьего пороговых блоков, выход "меньше" второго порогового блока и выход "больше" третьего порогового блока соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом исполнительного элемента.

Кроме того, арифметическая схема содержит регистр сдвига, информационный, установочный и тактовый входы которого являются, соответственно, информационным, установочным и тактовым входами арифметической схемы, сумматор, входы которого соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, и умножитель на 1/к, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход является выходом арифметической схемы. Кроме того, тактировка работы арифметической схемы осуществляется передним фронтом импульса с выхода селектора заднего фронта импульса, а установка в ноль счетчика - задним фронтом указанного импульса. Кроме того, тактовый вход арифметической схемы соединен с входом установки в ноль счетчика через элемент задержки.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле, на фиг.2 - структурная схема арифметической схемы, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу реле.

Электронное реле частоты (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1, вход которого является информационным входом реле, и первый пороговый блок 2 с нулевым пороговым уровнем, селектор 3 переднего фронта импульса и селектор 4 заднего фронта импульса, входы которых соединены с выходом первого порогового блока 2, последовательно соединенные RS-триггер 5, S-вход которого соединен с выходом селектора 3 переднего фронта импульса, элемент И 6 и счетчик 7, последовательно соединенные одновибратор 8 и генератор 9 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом элемента И, арифметическую схема 10, информационный вход которой соединен с выходом счетчика 7, тактовый вход соединен с входом установки в ноль счетчика 7, с R-входом RS-триггера 5 и с выходом селектора 4 заднего фронта импульса, а установочный вход соединен с выходом одновибратора 8, последовательно соединенные элемент ИЛИ 11 и исполнительный элемент 12, а также второй 13 и третий 14 пороговые блоки, входы которых соединены с выходом арифметической схемы 10, а выход "меньше" второго порогового блока 13 и выход "больше" третьего порогового блока 14 соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 11.

Арифметическая схема 10 (фиг.2) содержит регистр 15 сдвига, информационный, установочный и тактовый входы которого являются, соответственно, информационным, установочным и тактовым входами фильтра, сумматор 16, входы которого соединены с выходами регистра 15 сдвига, и умножитель 17 на 1/к (где к - число ячеек регистра 15 сдвига), вход которого соединен с выходом сумматора 16, а выход - является выходом фильтра.

Исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом элемента ИЛИ 11. Селектор 3 переднего фронта формирует короткий импульс на своем выходе при перепаде входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы, а селектор 4 заднего фронта - при перепаде с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Первый пороговый блок 2 с нулевым пороговым уровнем может быть выполнен в виде аналогового компаратора, а второй 13 и третий 14 пороговые блоки - виде цифровых компараторов. Остальные блоки являются стандартными блоками электронной техники.

На фиг.3 представлены сигналы на выходе промежуточного трансформатора 1 (фиг. 3, а), на выходе первого порогового блока U₂ (фиг.3, б), на выходах первого 3 (фиг.3, в) и второго 4 (фиг.3, г) селекторов, на выходе счетчика 7 (фиг. 3, д), на выходе арифметической схемы 10 (фиг.3, е), на выходе второго порогового блока 13 (фиг. 3, ж), на выходе генератора 9 тактовых импульсов(фиг.3, з), на выходе RS-триггера 5 (фиг.3, и) и на выходе элемента И 6 и счетном входе счетчика 7 (фиг.3, к).

Реле работает следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 8, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 9 и на вход установки в начальное состояние регистра 10 сдвига, в котором устанавливается код, соответствующий номинальному значению частоты входного сигнала.

На вход промежуточного трансформатора 1 поступает входной сигнал, поэтому на выходе первого порогового блока 2 с нулевым пороговым уровнем формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.3, б), длительность которых функционально связана с частотой его входного сигнала (фиг.3, а). В моменты начала и конца этих импульсов на выходе селекторов 3 и 4 формируются короткие импульсы (фиг.3, в и 3, г). По импульсу с выхода селектора 3 переднего фронта RS-триггер 5 устанавливается в единичное состояние, и через элемент И 6 на и счетный вход счетчика 7 поступают импульсы ГТИ 9. По импульсу с выхода селектора 4 заднего фронта RS-триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, поэтому поступление импульсов ГТИ 9 через элемент 6 И на счетный вход счетчика 7 прекращается. Кроме того, содержимое счетчика 7 (фиг.3, д) переписывается в регистр 15 сдвига со сдвигом ранее записанной в него информации на одну ячейку вправо, после чего содержимое счетчика 7 обнуляется. Последнее обеспечивается либо тактировкой регистра 15 сдвига по переднему фронту импульса, а входа установки в ноль счетчика 7 - по заднему фронту импульса, поступающего с выхода селектора 4, либо включением элемента задержки на входе установки в ноль счетчика 7. Следовательно, в ячейки регистра 15 сдвига арифметической схемы 10 будут записываться отсчеты, соответствующие длительности импульсов, функционально связанных с частотой входного сигнала реле. В сумматоре 16 эти отсчеты суммируются, а в умножителе 16 умножаются на параметр 1/к, где к - число ячеек регистра 15 сдвига. Следовательно, на выходе арифметической схемы 10 формируется среднее по нескольким последовательным отсчетам значение длительности импульсов на выходе первого порогового блока 2 с нулевым пороговым уровнем (фиг.3, е). Это среднее значение сравнивается во втором 13 и третьем 14 пороговых блоках, с минимально Uп- и максимально Uп+ допустимыми значениями средними уровнями, соответственно. При отклонении выходного сигнала арифметической схемы 10 за эти значения сигнал с выхода элемента ИЛИ 11 (фиг.3, ж) приводит к срабатыванию исполнительного элемента 12.

Таким образом, так как предлагаемая схема электронного реле частоты значительно проще известной, устройство обладает и более высокой надежностью.

Источники информации
1. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 112, рис. 2.66. (прототип).

2. Патент RU 2171475, кл. G 01 R, H 02 Н 3/46, 17.05.2000.

Изобретение относится к электротехнике. Реле содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор и первый пороговый блок, селектор переднего фронта импульса и селектор заднего фронта импульса, входы которых соединены с выходом первого порогового блока 2, последовательно соединенные RS-триггер, S-вход которого соединены с выходом селектора переднего фронта импульса, элемент И и счетчик, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента И, арифметическую схему, информационный вход которой соединен с выходом счетчика, тактовый вход соединен с входом установки в ноль счетчика, с R-входом RS-триггера и с выходом селектора заднего фронта импульса, а установочный вход соединен с выходом одновибратора, последовательно соединенные элемент ИЛИ и исполнительный элемент, а также второй и третий пороговые блоки, входы которых соединены с выходом арифметической схемы, а выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами элемента ИЛИ. Технический результат - упрощение и повышение надежности. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электронное реле частоты, содержащее промежуточный трансформатор, вход которого является информационным входом реле, а выход соединен со входом первого порогового блока с нулевым пороговым уровнем, и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены селектор переднего фронта импульса, селектор заднего фронта импульса, RS-триггер, элемент И, счетчик, арифметическая схема, предназначенная для вычисления среднего значения ее входного сигнала по к последовательным отсчетам, где к - целое число, к>1, последовательно соединенные одновибратор, вход которого предназначен для подключения напряжения запуска, и генератор тактовых импульсов, второй и третий пороговые блоки, при этом выход первого порогового блока соединен со входами селекторов переднего и заднего фронтов импульсов, выходы которых соединены с S-входом и с R-входом RS-триггера, соответственно, выход RS-триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационным входом арифметической схемы, тактовый вход которой соединен с выходом селектора заднего фронта импульса и со входом установки в ноль счетчика, установочный вход арифметической схемы соединен с выходом одновибратора, а выход арифметической схемы соединен со входами второго и третьего пороговых блоков, выход "меньше" второго порогового блока и выход "больше" третьего порогового блока соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом исполнительного элемента. 2. Реле по п.1, отличающееся тем, что арифметическая схема содержит регистр сдвига, информационный, установочный и тактовый входы которого являются, соответственно, информационным, установочным и тактовым входами арифметической схемы, сумматор, входы которого соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, содержащего к ячеек, и умножитель на 1/к, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход является выходом арифметической схемы. 3. Реле по п.1 или 2, отличающееся тем, что тактировка работы арифметической схемы осуществляется передним фронтом импульса с выхода селектора заднего фронта импульса, а установка в ноль счетчика - задним фронтом указанного импульса. 4. Реле по п.1 или 2, отличающееся тем, что тактовый вход арифметической схемы соединен с входом установки в ноль счетчика через элемент задержки.