РЕЛЕ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/20 

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 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 является 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, выполняющих 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 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. Кроме того, известное устройство обладает относительно низкой точностью в условиях нестабильности напряжения сети и генератора, а также искажений, возникающих при обработке входных сигналов.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход - 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, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, и перемножитель, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход с входом вычитания алгебраического сумматора, последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, и первый двухсторонний ограничитель, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, а выход - с входом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами первого блока вычитания и первого сумматора, с входом первого компаратора, выход “больше” которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные второй блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора и второй двухсторонний ограничитель, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен со входом второго фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, выход “меньше” которого соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом второй вход второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями:

U₀=A₀/f₀, U₁=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;

A₀, A₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов, соответственно, а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигнал - в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и A₁, соответственно.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот; на фиг.2 - измерителя частоты.

Реле разности частот (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2 на постоянный коэффициент, первый блок 3 вычитания, первый двухсторонний ограничитель 4, первый сумматор 5, первый фильтр 6 нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами первого блока 3 вычитания и первого 5 сумматора, первый компаратор 7 и первый исполнительный элемент 8, последовательно соединенные измеритель 9 частоты синхронизируемого сигнала, блок деления 10, перемножитель 11, алгебраический сумматор 12, вход сложения которого соединен с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала, второй блок вычитания 13, второй двухсторонний ограничитель 14, второй сумматор 15, второй фильтр нижних частот 16, выход которого соединен со вторыми входами второго сумматора 15 и второго блока 13 вычитания, второй компаратор 17 и второй исполнительный элемент 18, инвертор 19, вход которого соединен с выходом первого фильтра 6 нижних частот, а выход - соединен со вторым входом второго компаратора 17, измеритель 20 амплитуды входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 1 частоты входного сигнала, а выход - соединен со вторым входом перемножителя 11, и измеритель 21 амплитуды синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 9 частоты синхронизируемого сигнала, а выход - соединен со вторым входом делителя 10.

Измерители 1 и 9 частоты (фиг.2) могут быть выполнены в виде усилителя 22, в выходной цепи которого включен резонансный контур 23, 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 8 и второй 18 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего компаратора 7, 17.

Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания элементов на чертежах 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 f₀, а на выходе измерителя 9 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. Одновременно с этим измеритель 20 вырабатывает сигнал, пропорциональный амплитуде входного сигнала, равный А₀, а измеритель 21 - пропорционально амплитуде синхронизированного сигнала, равный А₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 12 формируется относительная величина разности частот A₀/f₀-A₁А₀/A₁f₁=А₀(f₁-f₀)/f₀·f₁ ≈ А₀(f₁-f₀)/f20

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое относительное отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного, т.е. величина A₀K/f₀. В номинальном режиме в отсутствие высокочастотных искажений входного и синхронизируемого сигналов, а также искажений, возникающих при их обработке, в первом компараторе 7 сравниваются величины А₀(f₁-f₀)/f20

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.

При наличии высокочастотных искажений входного и синхронизируемого сигналов, а также искажений, возникающих при их обработке первый 4 и второй 14 двухсторонние ограничители сглаживают недопустимые выбросы сигналов, сформированных на выходе умножителя 2 и алгебраического сумматора 12, соответственно, а первый 6 и второй 16 фильтры нижних частот отфильтруют высокочастотные искажения. При этом первый и второй блоки вычитания выполняют функцию центрирования сигналов на их входах, чтобы первый 4 и второй 14 двухсторонние ограничители реагировали только на недопустимые отклонения сигналов от их средних значений. Первый 5 и второй 15 сумматоры вновь накладывают средние значения на ограниченные сигналы. Это повышает точность работы устройства.

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 и входного сигналов и искажений, возникающих при их обработке.

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 сети и генератора, работающего, в частности, в условиях нестабильности амплитуды сигнала сети и генератора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности работы реле. Для этого реле разности частот содержит измерители частоты и амплитуды входного сигнала, измерители частоты и амплитуды синхронизируемого сигнала, умножитель на постоянный коэффициент, два компаратора, два исполнительных элемента, алгебраический сумматор, инвертор, блок деления, перемножитель, два сумматора, два блока вычитания, два двухсторонних ограничителя, два фильтра нижних частот, а измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями: U₀=А₀/f₀, U₁ = А₁/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, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов, соответственно, а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигнал - в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и А₁, соответственно. 2 ил.

Реле разности частот, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного сигнала, вход второго соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход 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, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, и перемножитель, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с входом вычитания алгебраического сумматора, последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, и первый двухсторонний ограничитель, первый сумматор, второй вход соединен с выходом измерителя амплитуды входного сигнала, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, а выход - с входом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами первого блока вычитания и первого сумматора, с входом первого компаратора, выход “больше” которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные второй блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, и второй двухсторонний ограничитель, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен со входом второго фильтра нижних частот, выход которого соединен со вторыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, выход “меньше” которого соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом второй вход второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

U₀ = А₀/f₀;

U₁ = А₁/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, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно,

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