РЕЛЕ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле разности частот.

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 разности частот.

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 с 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 с вторым входом дифференцирующего элемента, а также пусковой элемент, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход соединен с вторым входом расширителя импульсов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты и, кроме того, не позволяет формировать сигнал разности частот внешнего генератора и сети.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, путем обеспечения выполнения функций реле разности частот внешнего генератора и сети.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй компараторы, входы которых предназначены для подключения первого и второго контролируемого напряжений соответственно, и первый исполнительный элемент, введены первый и второй формирователи импульса по переднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, первый и второй формирователи импульса по заднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, первый и второй RS-триггеры, S-входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по переднему фронту, а R-входы соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго RS-триггеров, первый и второй счетчики, счетные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй фильтры-усреднители, информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго счетчиков, а их тактовые входы соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, блок вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров-усреднителей, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходом блока вычитания, третий и четвертый элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, а выходы соединены с входами установки в ноль соответственно первого и второго счетчиков, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов и с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ и с входами установки в исходное состояние первого и второго фильтров-усреднителей, а также второй исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом "меньше" четвертого компаратора, при этом вход первого исполнительного элемента соединен с выходом "больше" третьего компаратора.

Кроме того, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с входами установки в ноль соответственно первого и второго счетчиков через соответствующие элементы задержки.

Кроме того, каждый из фильтров-усреднителей содержит регистр сдвига, информационный и тактовый входы которого являются соответственно информационным и тактовым входами фильтра-усреднителя, выходы регистра сдвига через умножитель на величину, обратно пропорциональную числу выходов регистра сдвига, соединены с входами сумматора, выход которого является выходом фильтра-усреднителя.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Реле разности частот (фиг.1) содержит первый 1 и второй 13 компараторы, первый 2 и второй 14 формирователи импульса по переднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого 1 и второго 13 компараторов, первый 3 и второй 15 формирователи импульса по заднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого 1 и второго 13 компараторов, первый 4 и второй 16 элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого 3 и второго 15 формирователей импульсов по заднему фронту, первый 5 и второй 17 RS-триггеры, S-входы которых соединены с выходами соответственно первого 2 и второго 14 формирователей импульсов по переднему фронту, а R-входы соединены с выходами соответственно первого 4 и второго 16 элементов ИЛИ, первый 6 и второй 18 элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого 5 и второго 18 RS-триггеров, первый 7 и второй 19 счетчики, счетные входы которых соединены с выходами соответственно первого 6 и второго 18 элементов И, первый 8 и второй 20 фильтры-усреднители, информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого 7 и второго 19 счетчиков, блок 9 вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого 8 и второго 20 фильтров-усреднителей, третий 10 и четвертый 21 компараторы, входы которых соединены с выходом блока 9 вычитания, третий 12 и четвертый 23 элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого 3 и второго 15 формирователей импульсов по заднему фронту, которые также соединены с тактовыми входами фильтров-усреднителей 8 и 20 соответственно, а выходы элементов ИЛИ 12 и 23 соединены с входами установки в ноль соответственно первого 7 и второго 19 счетчиков, генератор 24 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен с вторыми входами первого 6 и второго 18 элементов И, одновибратор 25, выход которого соединен с входом запуска генератора 24 тактовых импульсов и с вторыми входами первого 4, второго 16, третьего 12 и четвертого 23 элементов ИЛИ и с входами установки в начальное (нулевое) состояние первого 8 и второго 20 фильтров-усреднителей, а также первый 11 и второй 22 исполнительные элементы, входы которых соединены с выходами "больше" и "меньше" соответственно третьего 10 и четвертого 21 компараторов.

Исполнительные элементы 11, 22 могут быть выполнены в виде обмоток реле с замыкающими или размыкающими контактом, которые непосредственно или через усилитель соединена с выходом третьего 10 и четвертого 21 компараторов. Формирователи 2 и 14 вырабатывают короткий импульс при перепаде входного сигнала с нижнего уровня на верхний, а формирователи 3 и 15 - по спаду импульса с верхнего на нижний. Фильтры-усреднители 7 и 19 содержат регистр сдвига, информационный вход и вход управления (тактовый вход) которого являются соответственно информационным и управляющим (тактовым) входом фильтра-усреднителя, а выходы регистра сдвига через умножители на величину, обратно пропорциональную числу ячеек (выходов) регистра сдвига, соединены с входами сумматора, выход которого является выходом фильтра-усреднителя. Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены, как несущественные.

На фиг. 2 представлены сигналы на выходе второго компаратора 13 (U13) (фиг 2а), на выходе первого компаратора (U1) (фиг 2б), на выходе блока 9 вычитания (9) (фиг 2в), на выходе третьего компаратора 10 (U10) (фиг 2г) и четвертого компаратора 21 (U21) (фиг 2д).

Реле разности частот работает следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 25, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 24, через первый 4 и второй 16 элементы ИЛИ на вход установки в нулевое состояние первого 5 и второго 17 триггеров, через третий 12 и четвертый 23 элементы ИЛИ на вход установки в нулевое состояние первого 7 и второго 19 счетчиков и на вход начальной установки регистров, входящих в состав первого 8 и второго 20 фильтров-усреднителей.

На вход первого компаратора 1 поступает сигнал генератора, а на вход второго компаратора 13 - сигнал сети, поэтому на выходе первого компаратора 1 (с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2б), длительность которых равна половине периода сигнала генератора, а на выходе второго компаратора 13 (с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2а), длительность которых равна половине периода сигнала сети. Первый 2 и второй 14 формирователи формируют короткие импульсы из передних фронтов импульсов, а первый 3 и второй 15 формирователи - из задних фронтов импульсов. Поэтому передние фронты импульсов устанавливают триггеры 5 и 17 в единичное состояние, а задние фронты - в нулевое состояние.

Импульсы ГТИ 24 подсчитываются первым 7 и вторым 19 счетчиками, которые определяют длительность полупериода сигнала генератора и сети соответственно. В конце каждого прямоугольного импульса с выхода компаратора содержимое счетчиков переписывается в соответствующие первый 8 и второй 20 фильтры-усреднители, в которых формируется сигнал длительности половины периода сигнала генератора и сети соответственно. После переписи сигналов счетчики 7 и 19 обнуляются, что обеспечивается либо управлением счетчиков и регистров сдвига фильтров-усреднителей по разным фронтам коротких импульсов с выходов формирователей 3 и 15 (фильтры-усреднители управляются по переднему, а счетчики - по заднему фронту указанных импульсов), либо включением элемента задержки на входе установки в ноль счетчиков. Усредненные значения сигналов с выходов первого 8 и второго 20 фильтров-усреднителей поступают на вход блока 9 вычитания, в котором формируется сигнал (фиг.2в), пропорциональный разности длительности полупериодов сигналов сети и генератора. В третьем 10 и четвертом 21 компараторах этот сигнал сравнивается с пороговыми уровнями, соответствующим предельно допустимым значениям отклонений частот сигналов (фиг. 2г, д). При выходе за эти пределы срабатывают первый 11 или второй 22 исполнительные элементы.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей расширяются функциональные возможности реле частоты путем обеспечения выполнения функций реле разности частот внешнего генератора и сети при отклонении как в меньшую, так и в большую сторону.

Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2: Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, 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 используется в электротехнике в качестве реле разности частот. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения выполнения функций реле разности частот внешнего генератора и сети. Для этого реле разности частот содержит четыре компаратора, два формирователя импульсов по переднему фронту, два формирователя импульсов по заднему фронту, четыре элемента ИЛИ, два RS-триггера, два элемента И, два счетчика, два фильтра-усреднителя, блок вычитания, генератор тактовых импульсов, одновибратор, два исполнительных элемента. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реле разности частот, содержащее первый и второй компараторы, входы которых предназначены для подключения первого и второго контролируемого напряжений соответственно, и первый исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый и второй формирователи импульса по переднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, первый и второй формирователи импульса по заднему фронту, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, первый и второй RS-триггеры, S-входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по переднему фронту, а R-входы соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго RS-триггеров, первый и второй счетчики, счетные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй фильтры-усреднители, информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго счетчиков, а их тактовые входы соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, блок вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров-усреднителей, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходом блока вычитания, третий и четвертый элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей импульсов по заднему фронту, а выходы соединены с входами установки в ноль соответственно первого и второго счетчиков, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов И, одновибратор, выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов и со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ и с входами установки в исходное состояние первого и второго фильтров-усреднителей, а также второй исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом "Меньше" четвертого компаратора, при этом вход первого исполнительного элемента соединен с выходом "Больше" третьего компаратора. 2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены со входами установки в ноль соответственно первого и второго счетчиков через соответствующие элементы задержки. 3. Реле по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из фильтров-усреднителей содержит регистр сдвига, информационный и тактовый входы которого являются соответственно информационным и тактовым входами фильтра-усреднителя, выходы регистра сдвига через умножитель на величину, обратно пропорциональную числу выходов регистра сдвига, соединены со входами сумматора, выход которого является выходом фильтра-усреднителя.