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.

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, 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].

Недостаток наиболее близкого технического решения - 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 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 первым входом алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со вторым вычитающим входом алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, выход “больше” второго компаратора соединен с входом второго исполнительного элемента, а выход “меньше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемых 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,

А₀ и A₁ - масштабные коэффициенты.

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

Реле разности частот содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2, первый компаратор 3 и первый исполнительный элемент 4, последовательно соединенные измеритель 5 частоты синхронизируемого сигнала и алгебраический сумматор 6, суммирующий вход которого соединен с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала, а также последовательно соединенные инвертор 7, вход которого соединен с выходом умножителя 2, второй компаратор 8, другой вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 6 и с другим входом первого компаратора 3, и второй исполнительный элемент 9.

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.

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 компаратора. Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники.

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 5 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 8 формируется относительная величина разности частот 1/f₀-1/f₁=(f₁-f₀)/f₀·f₁=(f₁-f₀)/f20

. Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Примем А₀=A₁=1. Тогда в первом компараторе 3 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ и K/f₀, а во втором компараторе 8 сравниваются величины (f₁-f₀) и - K/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 7 значение сигнала с выхода умножителя 2. Следовательно, первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота синхронизируемого сигнала f₀ будет меньше частоты f₁ входного на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 9 - когда частота входного сигнала будет больше ее.

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.

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.

Использование: в электротехнике в качестве реле разности частот при подстройке синхронизируемого сигнала к входному. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, 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. Реле разности частот содержит измеритель частоты входного сигнала, умножитель, два компаратора, два исполнительных элемента, измеритель синхронизируемого сигнала, алгебраический сумматор и инвертор. 2 ил.

Реле разности частот, содержащее 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 первым суммирующим входом алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со вторым вычитающим входом алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, выход “Больше” второго компаратора соединен с входом второго исполнительного элемента, а выход “Меньше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемых 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 и A₁ - масштабные коэффициенты.