РЕЛЕ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ Российский патент 2004 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, работающего, в частности, в условиях нестабильности амплитуды сигнала 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, выполняющие функции измерителя амплитуды напряжения, 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.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного сигнала, выход которого соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со входом делителя блока деления, вход делимого которого соединен с выходом измерителя частоты синхронизируемого сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход - с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход "меньше" - с входом второго исполнительного элемента, при этом выход "больше" первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, измерители частоты входного и синхронизируемых сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями:
U₀=A₀/f₀; U=A₁/f₁,
где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала,
U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала,
f₀ - частота входного сигнала,
f₁ - частота синхронизируемого сигнала,
А₀, A₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно, а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и А₁ соответственно.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот, а на фиг.2 - то же, измерителя частоты.

Реле разности частот (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2 на постоянный коэффициент, первый компаратора 3 и первый исполнительный элемент 4, последовательно соединенные измеритель 5 частоты синхронизируемого сигнала и блок деления 6, алгебраический сумматор 7, вход сложения и вход вычитания которого соединены соответственно с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала и с выходом блока деления 6, последовательно соединенные инвертор 8, вход которого соединен с выходом умножителя 2 на постоянный коэффициент, второй компаратор 9, второй вход которого соединен с первым входом первого компаратора 3 и с выходом алгебраического сумматора 7, и второй исполнительный элемент 10, а также измеритель 11 амплитуды синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 5 частоты синхронизируемого сигнала, а выход соединен с входом блока деления 6.

Измерители 1 и 5 частоты (фиг.2) могут быть выполнены в виде усилителя 12, в выходной цепи которого включен резонансный контур 13, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви (спада) его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала.

Первый 4 и второй 10 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего компаратора 3, 9.

Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания элементов на чертеже не показаны как несущественные в рамках данной заявки.

Работает реле разности частот следующим образом.

При включении реле на выходе измерителя 1 формируется сигнал U₀=A₀/f₀, величина которого обратно пропорциональна частоте входного сигнала 1/f₀, а на выходе измерителя 5 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. При этом входной сигнал стабилен по амплитуде (А₀= 1), а благодаря использованию измерителя 11, формирующего сигнал А₁=1, на выходе блока деления 6 наблюдается единичный сигнал независимо от колебаний амплитуды синхронизируемого сигнала. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 7 формируется относительная величина разности частот 1/f₀-1/f₁=(f₁-f₀)/f₀-f₁≈(f₁-f₀)/f₀ ², так как f₁≈f₀.

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Тогда в первом компараторе 3 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и K/f₀, а во втором компараторе 9 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ и - K/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 8 значение сигнала с выхода умножителя 2.

Первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота синхронизируемого сигнала f₁ превысит допустимое отклонение от частоты входного f₀ в большую сторону на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 10, когда частота входного сигнала недопустимо отклонится в меньшую сторону.

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 реле, поскольку исключается влияние нестабильности амплитуды синхронизируемого сигнала.

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] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис.12.16.

Изобретение используется в электротехнике в качестве реле разности частот при подстройке синхронизируемого сигнала к входному. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности. Для этого реле разности частот содержит измеритель частоты входного сигнала, умножитель, два компаратора, два исполнительных элемента, измерители частоты и амплитуды синхронинизуемого сигнала, алгебраический сумматор, инвертор, блок деления. 2 ил.

Реле разности частот, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного сигнала, выход которого соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со входом делителя блока деления, вход делимого которого соединен с выходом измерителя частоты синхронизируемого сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход - с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход "Меньше" - с входом второго исполнительного элемента, при этом выход "Больше" первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, измерители частоты входного и синхронизируемых сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

;

,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала;

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала;

f₀ - частота входного сигнала;

f₁ - частота синхронизируемого сигнала;

А_о, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно,

а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и А₁ соответственно.