РЕЛЕ ЧАСТОТЫ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/18 H01H47/20 

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 пороговый блок, 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 порогового блока, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй пороговый блок и дифференцирующий элемент, выход которого соединен со вторым входом дифференцирующего элемента, 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, делитель напряжения, первый пороговый блок с нулевым пороговым уровнем и дифференцирующий элемент, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, и второй пороговый блок с нулевым пороговым уровнем, кроме того, исполнительный элемент, введены первый формирователь импульсов с длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты, вход синхронизации которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, а выход - с первым входом первого элемента И, и элементом задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а второй вход - с выходом упомянутого второго порогового блока и со вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, а вход вычитания - с выходом второго элемента И, регистр памяти, двухпороговый компаратор и исполнительный элемент, последовательно соединенные одновибратор, вход которого соединен с входом запуска реле, а выход - со входом установки в ноль регистра памяти и вторым входом первого элемента ИЛИ, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, кроме того, второй формирователь импульсов по заднему фронту его входных сигналов, вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а выход - с входом управления записью регистра памяти и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика. Кроме того, двухпороговый компаратор содержит третий и четвертый пороговые блоки и второй элемент ИЛИ, выход которого является выходом двухпорогового компаратора, а его первый и второй входы соединены с выходами третьего и четвертого пороговых блоков, соответственно, входы которых объединены и образуют вход двухпорогового компаратора. Кроме того, между выходом первого элемента ИЛИ и входом установки в ноль реверсивного счетчика введен дополнительный элемент задержки. Кроме того, установка реверсивного счетчика в ноль осуществляется по заднему фронту импульса с выхода упомянутого второго формирователя импульсов, а управлению записью регистра памяти - передним фронтом указанного импульса. Кроме того, исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом двухпорогового компаратора.

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, делитель 3 напряжения, первый пороговый блок 4 с нулевым пороговым уровнем, дифференцирующий элемент 5, первый формирователь 6 импульсов длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты и первый элемент 7 И, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент 8, вход которого соединен с выходом частотного фильтра 2 и второй пороговый блок 9 с нулевым пороговым уровнем, второй элемент 10 И, первый вход которого через элемент 11 задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты соединен с выходом первого формирователя 6 импульсов, а второй вход соединен со вторым входом первого элемента 7 И и с выходом второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем, последовательно соединенные реверсивный счетчик 12, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента 7 И, а вход вычитания - соединен с выходом второго элемента И 10, регистр 13 памяти, выход которого через двухпороговый компаратор 14 соединен со входом исполнительного элемента 15. Двухпороговый компаратор 14 включает третий 16 и четвертый 17 пороговые блоки, входы которых соединены с выходом регистра 13 памяти, а выходы соединены с первым и вторым входами второго элемента 18 ИЛИ, выход которого соединен со входом исполнительного элемента 15. Устройство также содержит последовательно соединенные одновибратор 19, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра 13 памяти, и генератор 20 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен с третьими входами первого 7 и второго 10 элементов И, а также последовательно соединенные второй формирователь 21 импульсов, вход которого соединен с выходом элемента 11 задержки, а выход - соединен с входом управления записью регистра 13 памяти, и первый элемент ИЛИ 22, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 19 и входом установки в ноль регистра 13 памяти, а выход - соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 12.

Исполнительный элемент 15 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом первого элемента ИЛИ 18. Первый формирователь 6 импульсов длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты по короткому импульсу с выхода дифференцирующего элемента 5 формирует на своем выходе импульс, длительностью половину периода промышленной частоты. Второй формирователь 20 импульсов формирует короткий импульс по заднему фронту импульса, поступающего на его вход с выхода элемента 11 задержки. Разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2 и делитель напряжения 3 могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе, а пример конструктивного выполнения частотно-зависимого фазосдвигающего элемента 8 приведен в [2, стр. 52, рис. 1.14]. Первый 4 и второй 9 пороговые блоки с нулевым пороговым уровнем являются аналоговыми компараторами, а третий 16 и четвертый 17 пороговые блоки - цифровыми компараторами. Остальные блоки являются стандартными элементами электронной техники.

На фиг.2 представлены сигналы на выходе частотного фильтра 2 (фиг.2,а), на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем (фиг.2,б), на выходе второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем (фиг.2,в), на выходе реверсивного счетчика 12 (фиг.2,г) и второго элемента ИЛИ 18 (фиг. 2,д).

Частотное реле работает следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе, на вход одновибратора 19, который вырабатывается одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 20, на вход установки в нулевое состояние регистра 13 памяти и через первый элемент ИЛИ 22 - на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12.

На вход разделительного трансформатора 1 поступает входной сигнал, из которого частотный фильтр 2 устраняет влияние высших гармоник (фиг.2,а). Поэтому на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2,б), длительность которых равна четверти периода входного сигнала, равного или близкого промышленной частоте. Дифференцирующий элемент 5 формирует короткие импульсы из передних фронтов его входной последовательности, а первый формирователь 6 импульсов преобразует их в импульсы длительностью в четверть периода сигнала промышленной частоты. Сформированные импульсы поступают на вход первого элемента И 7. Те же импульсы, но сдвинутые на четверть периода элементом задержки 11, поступают на вход второго элемента И 10.

Одновременно с этим выходной сигнал частотного фильтра 2 поступает на вход частотно-зависимого фазосдвигающего элемента 8. В зависимости от отклонения частоты первой гармоники входного сигнала от промышленной частоты, частотно-зависимый фазосдвигающий элемент 8 производит сдвиг фазы сигнала в положительную или отрицательную сторону, поэтому на выходе второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем формируется последовательность импульсов (фиг.2,в), которая отличается от последовательности импульсов на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем положением на временной оси относительно импульсов входной последовательности.

В результате, через первый элемент И 7 на суммирующий вход реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы ГТИ 20 в течение интервала совпадения первой половины полупериода входного сигнала со сдинутым (частотно-зависимым фазосдвигающим элементом 8) сигналом. Аналогично на вычитающий вход реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы ГТИ 20 в течение интервала совпадения второй половины полупериода входного сигнала со сдинутым (частотно-зависимым фазосдвигающим элементом 8) сигналом. В зависимости от направления сдвига частоты входного сигнала по окончании второй половины полупериода входного сигнала на выходе реверсивного счетчика 12 сформируется положительный или отрицательный сигнал, амплитуда которого пропорциональна сдвигу частоты входного сигнала от номинальной промышленной частоты. Сформированный в реверсивном счетчике 12 сигнал в цифровом виде переписывается в регистр 13 памяти, а содержимое реверсивного счетчика 12 обнуляется. Это осуществляется по сигналу второго формирователя 21, который вырабатывает короткий импульс по заднему фронту импульса с выхода элемента 11 задержки. Этот импульс поступает на вход управления записью регистра 13 памяти и через первый элемент ИЛИ 22 на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12. Для синхронного управления процессами записи и обнуления, соответствующие управляющие входы возбуждаются либо разными фронтами импульса, либо на входе установки в ноль реверсивного счетчика 12 вводится элемент задержки.

Сигнал регистра 13 памяти сравнивается с верхним пороговым уровнем в третьем пороговом блоке 16 и с нижним пороговым уровнем в четвертом пороговом блоке 17. При выходе сигнала регистра 13 памяти за эти пороги на выходе третьего порогового блока 16 или четвертого порогового блока 17 формируется сигнал с уровнем логической единицы, который проходит через второй элемент ИЛИ 18 на вход исполнительного элемента 15. Реле частоты срабатывает. При возвращении частоты входного сигнала в допустимые пределы отклонения от промышленной частоты на выходах третьего 16 или четвертого 17 пороговых блоков сигналы с уровнем логической единицы не образуются и реле частоты переходит или остается в исходном состоянии.

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
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).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле частоты. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты. Для этого реле частоты содержит последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, делитель напряжения, первый пороговый блок с нулевым пороговым уровнем, дифференцирующий элемент, первый формирователь импульсов длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты и первый элемент И, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, и второй пороговый блок с нулевым пороговым уровнем, второй элемент И, элемент задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты, последовательно соединенные реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, а вход вычитания соединен с выходом второго элемента И, и регистр памяти, выход которого через двухпороговый компаратор соединен со входом исполнительного элемента. Устройство также содержит последовательно соединенные одновибратор, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра памяти, и генератор тактовых импульсов (ГТИ), а также последовательно соединенные второй формирователь импульсов и второй элемент ИЛИ. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реле частоты, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, делитель напряжения, первый пороговый блок с нулевым пороговым уровнем и дифференцирующий элемент, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, и второй пороговый блок с нулевым пороговым уровнем, кроме того, исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый формирователь импульсов с длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты, вход синхронизации которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, а выход - с первым входом первого элемента И и элементом задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а второй вход - с выходом упомянутого второго порогового блока и со вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, а вход вычитания - с выходом второго элемента И, регистр памяти, двухпороговый компаратор и исполнительный элемент, второй формирователь импульсов по заднему фронту его входных сигналов, вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а выход - с входом управления записью регистра памяти и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, кроме того, последовательно соединенные одновибратор, вход которого соединен с входом запуска реле, а выход - со входом установки в ноль регистра памяти и вторым входом первого элемента ИЛИ, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И. 2. Реле по п.1, отличающееся тем, что двухпороговый компаратор содержит третий и четвертый пороговые блоки и второй элемент ИЛИ, выход которого является выходом двухпорогового компаратора, а его первый и второй входы соединены с выходами третьего и четвертого пороговых блоков, соответственно, входы которых объединены и образуют вход двухпорогового компаратора. 3. Реле по п.1 или 2, отличающееся тем, что между выходом первого элемента ИЛИ и входом установки в ноль реверсивного счетчика введен дополнительный элемент задержки. 4. Реле по п. 1 или 2, отличающееся тем, что установка реверсивного счетчика в ноль осуществляется по заднему фронту импульса с выхода упомянутого второго формирователя импульсов, а управление записью регистра памяти - передним фронтом указанного импульса. 5. Реле по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом двухпорогового компаратора.