РЕЛЕ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/28 

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, умножители, 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 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.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, 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, а выход - соединен с входом первого исполнительного элемента, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "меньше" второго компаратора, а выход - соединен с входом второго исполнительного элемента, 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, а также второй инвертор, вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход - соединен со с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен со вторым входом четвертого компаратора и с выходом второго алгебраического сумматора, 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 входом первого компаратора 3, второй исполнительный элемент 9, первый элемент И 10, первый вход которого соединен с выходом "больше" первого компаратора 3, а выход - соединен с входом первого исполнительного элемента 4, второй элемент И 11, первый вход которого соединен с выходом "меньше" второго компаратора 8, а выход - соединен с входом второго исполнительного элемента 9, 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 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. 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_c, а на выходе измерителя 5 - частоте входного напряжения 1/f_вх. В этом случае на выходе первого алгебраического сумматора 6 формируется относительная величина разности частот
1/f_вх-1/f_с = (f_c-f_вх)/(f_c•f_вх) ≈ (f_c-f_вх)/f_вх ².

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 5 умножается в первом умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого напряжения от входного. Поэтому в первом компараторе 3 сравниваются величины -К/f_вх и (f_c-f_вх)/f_вх ², а во втором компараторе 8 сравниваются величины -К/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 измерителя 15 формируется сигнал, величина которого пропорциональна амплитуде синхронизируемого напряжения U_c, а на выходе измерителя 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_U•U_вх и U_вх-U_c, а в четвертом компараторе 14 сравниваются величины К_U•U_вх и U_вх-U_c.

Если выполняется условие - К_U•U_вх < U_вх-U_c < К_U•U_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. Следовательно, управление частотой синхронизируемого сигнала будет происходить только при рассогласовании амплитуд входного и синхронизируемого напряжений 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.

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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности частот сети и генератора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого реле разности частот содержит выпрямитель входного напряжения, выпрямитель синхронизируемого напряжения, первый и второй алгебраические сумматоры, первый и второй умножители, первый и второй инверторы, с первого по четвертый компараторы, первый и второй исполнительные элементы, измеритель частоты входного напряжения, измеритель частоты синхронизируемого напряжения, с первого по третий элементы И. 1 ил.

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, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом "Меньше" второго компаратора, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, 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 соединены 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, а также 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, измерители частот входного и синхронизируемого напряжений формируют на своих выходах напряжения, величины которых обратно пропорциональны частотам входного и синхронизируемого напряжений соответственно.