РЕЛЕ ЧАСТОТЫ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле частоты.

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 частоты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, первый частотно-зависимый элемент, первый формирователь импульсов, элемент ЗАПРЕТ, расширитель импульсов, усилитель и исполнительный элемент, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, а выход - через ключ соединен со вторым входом первого формирователя импульсов, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй формирователь импульсов и формирователь коротких импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ЗАПРЕТ, а также пусковой элемент, выполненный в виде выпрямителя, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход - соединен со вторым входом расширителя импульсов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты.

Этот технический результат достигается тем, что в реле частоты, содержащее первый исполнительный элемент, первый формирователь коротких импульсов и частотно-зависимый элемент, введены второй исполнительный элемент, первый пороговый блок, вход которого соединен с клеммой входного напряжения, а выход “больше” - соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом частотно-зависимого элемента, вход которого соединен с входом первого порогового блока, второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “меньше” второго порогового блока, RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход - соединен с R-входом RS-триггера, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом RS-триггера, одновибратор, вход запуска которого является входом запуска реле частоты, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и с выходом одновибратора, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход установки в ноль - соединен с выходом второго элемента ИЛИ, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, тактовый вход - соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а вход установки в ноль - соединен с выходом одновибратора, третий пороговый блок, выход “больше” которого соединен с входом первого исполнительного элемента, и четвертый пороговый блок, вход которого соединен с входом третьего порогового блока и с выходом фильтра-усреднителя, а выход “меньше” - соединен с входом второго исполнительного элемента.

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

Реле частоты (фиг.1) содержит первый пороговый блок 1, первый 2 и второй 3 исполнительные элементы, первый формирователь 4 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “больше” первого порогового блока 1, вход которого является клеммой входного напряжения, а также второй пороговый блок 5.

Реле разности фаз содержит также второй формирователь 6 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “меньше” второго порогового блока 5, RS-триггер 7, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя 4 коротких импульсов, первый элемент ИЛИ 8, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 6 коротких импульсов, а выход - соединен с R-входом RS-триггера 7, генератор 9 тактовых импульсов (ГТИ), вход запуска которого соединен с выходом RS-триггера 7, одновибратор 10, вход запуска которого является входом запуска реле разности фаз, второй элемент ИЛИ 11, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 8 и с выходом одновибратора 10, счетчик 12 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов, а вход установки в ноль - соединен с выходом второго элемента ИЛИ 11, фильтр-усреднитель 13, информационный вход которого соединен с выходом счетчика 12 импульсов, тактовый вход - соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11 и с выходом второго формирователя 6 коротких импульсов, а вход установки в ноль - соединен с выходом одновибратора 10.

Кроме того, реле разности фаз содержит третий пороговый блок 14, выход “больше” которого соединен с входом первого исполнительного элемента 2, четвертый пороговый блок 15, вход которого соединен с входом третьего порогового блока 14 и с выходом фильтра-усреднителя 13, а выход “меньше” - соединен с входом второго исполнительного элемента 3, а также частотно-зависимый элемент 16, вход которого соединен с входом первого порогового блока, а выход - соединен с входом второго порогового блока.

Первый 4 и второй 6 формирователи коротких импульсов вырабатывают короткие импульсы по перепаду их входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы.

Первый 2 и второй 3 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом, соответственно, третьего 14 и четвертого 15 пороговых блоков. Первый 1 и второй 5 пороговые блоки могут быть выполнены в виде аналоговых компараторов с нулевым порогом, а третий 14 и четвертый 15 пороговые блоки - в виде цифровых компараторов. Фильтр-усреднитель может быть выполнен в виде стандартного цифрового фильтра, выполненного в виде регистра сдвига, информационный вход, тактовый вход и вход установки в ноль которого являются, соответственно, информационным входом, тактовым входом и входом установки в ноль фильтра-усреднителя, а выходы регистра сдвига соединены через соответствующие им умножители на весовые коэффициенты с выходным сумматором. Частотно-зависимый элемент 14 может быть выполнен, например, в виде резонансного контура [2, стр. 52, рис.1.14], выходной сигнал которого имеет сдвиг по фазе относительно входного сигнала, величина которого пропорциональна значению отклонения частоты входного сигнала относительно номинальной частоты (резонансной частоты контура). Остальные блоки устройства также являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков, кроме цепи питания одновибратора 10 на фиг.1, опущены, как несущественные.

На фиг.2,а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого порогового блока 1, на фиг.2,б,в,г - на выходе второго порогового блока 6; фиг.2,б - указанные сигналы при равенстве частоты входного напряжения номинальной частоте; фиг.2,в,г - указанные сигналы при отклонении частоты входного напряжения от номинальной в сторону увеличения и уменьшения, соответственно.

Работает реле частоты следующим образом.

При включении реле питание подается на его блоки, в том числе на вход одновибратора 10, который устанавливает в нулевое состояние счетчик 12 импульсов, RS-триггер 7 и регистр сдвига фильтра-усреднителя 13.

На входы первого порогового блока 1 и частотно-зависимого элемента 16, которые соединены с клеммой входного напряжения, частота которого контролируется. На выходе первого порогового блока 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне входного напряжения (фиг.2,а), а на выходе второго порогового блока 5 сигнал логической единицы формируется при отрицательной полуволне входного напряжения (фиг.2,б,в,г). При этом влияние частотно-зависимого элемента 16 приводит к совпадению, опережению или отставанию по фазе в зависимости от величины и знака отклонения частоты входного напряжения от номинальной частоты.

По переднему фронту каждого из импульсов на выходах первого 1 и второго 5 пороговых блоков в соответствующем первом 4 и втором 6 формирователях вырабатываются короткие импульсы.

Короткий импульс с выхода первого формирователя 4 переводит RS-триггер 7 в единичное состояние, что приводит к активизации ГТИ 9 и подсчету вырабатываемых им импульсов в счетчике 12. При выработке короткого импульса вторым формирователем 6 производится перезапись содержимого счетчика 12 в фильтр-усреднитель 13 и последующее обнуление счетчика 12 через малую задержку сигнала обнуления во втором элементе ИЛИ 11.

Следовательно счетчик 12 производит измерение интервала времени между импульсами, вырабатываемыми первым 4 и вторым 6 формирователями импульсов, который характеризует сдвиг фазы между входным напряжением и этим же напряжением, но прошедшим через частотно-зависимый элемент 16. Если этот интервал примерно равен полупериоду входного напряжения, то сдвиг по фазе между напряжениями отсутствует, что сигнализирует о равенстве частоты входного напряжения номинальной. Уменьшение временного интервала сигнализирует о том, что фаза выходного напряжения частотно-зависимого элемента 16 опережает по фазе входное напряжение, а увеличение - об отставании (см. фиг.2). Эти состояния (при недопустимо больших рассогласованиях фаз и, следовательно, о недопустимо больших отклонениях частоты входного напряжения от номинальной) регистрируются третьим 14 и четвертым 15 пороговыми блоками и срабатыванием соответствующих им первого 2 и второго 3 исполнительных элементов.

Тем самым расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку реле реагирует как на повышение, так и на снижение контролируемой частоты.

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. В.А.Андреев. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.122, рис.3.29 (прототип).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.

Изобретение используется в электротехнике для создания электронных реле частоты. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты. Для этого устройство содержит частотно-зависимый элемент, четыре пороговых блока, два элемента ИЛИ, счетчик импульсов, два исполнительных элемента, генератор тактовых импульсов, одновибратор, вход запуска которого является входом запуска реле частоты, фильтр-усреднитель, два формирователя коротких импульсов, RS-триггер. 2 ил.

Реле частоты, содержащее первый исполнительный элемент, первый формирователь коротких импульсов и частотно-зависимый элемент, отличающееся тем, что введены второй исполнительный элемент, первый пороговый блок, вход которого соединен с клеммой входного напряжения, а выход “больше” соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом частотно-зависимого элемента, вход которого соединен с входом первого порогового блока, второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “меньше” второго порогового блока, RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход -соединен с R-входом RS-триггера, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом RS-триггера, одновибратор, вход запуска которого является входом запуска реле частоты, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и с выходом одновибратора, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, тактовый вход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом одновибратора, третий пороговый блок, выход “больше” которого соединен с входом первого исполнительного элемента, и четвертый пороговый блок, вход которого соединен с входом третьего порогового блока и с выходом фильтра-усреднителя, а выход “меньше” - соединен с входом второго исполнительного элемента.