РЕЛЕ ЧАСТОТЫ Российский патент 2005 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 являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты. Кроме того, в ряде технологических процессов допускается существенное отклонение частоты от номинального значения на относительно короткие временные промежутки. Однако известное техническое решение не позволяет исключить реакцию реле на кратковременные сбои частоты. Это снижает его помехоустойчивость.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты, а также повышении помехоустойчивости за счет исключения реакции реле на кратковременные сбои контролируемой частоты.

Этот технический результат достигается тем, что в реле частоты, содержащем исполнительный элемент, выпрямитель и частотно-зависимый элемент, введены первый, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, дополнительный счетчик, одновибратор, первый, второй, третий и четвертый пороговые блоки, формирователь импульсов, предназначенный для генерирования импульса при отрицательном перепаде сигнала на его входе, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” второго порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом четвертого порогового блока и с входами первого и третьего пороговых блоков, выход “больше” третьего порогового блока и выход “меньше” четвертого порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика, со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход первого порогового блока соединен со входом исполнительного элемента, входом формирователя импульсов и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход - со счетным входом дополнительного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход переполнения дополнительного счетчика соединен с входом останова генератора тактовых импульсов, выход формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, вход одновибратора является входом запуска реле частоты, а частотно-зависимый элемент обладает амплитудно-частотной характеристикой с первым максимумом, соответствующим минимально допустимой величине fд- отклонения контролируемой частоты от номинального значения, со вторым максимумом, соответствующим максимально допустимой величине fд+ отклонения контролируемой частоты от номинального значения, и с минимумом, расположенным между первым и вторым максимумами и соответствующим номинальному значению fн контролируемой частоты, выход частотно-зависимого элемента соединен со входом выпрямителя, выход которого соединен со входом второго порогового блока.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле частоты, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.3 - амплитудно-частотная характеристика частотно-зависимого элемента.

Реле частоты содержит последовательно соединенные частотно-зависимый элемент 1, вход которого является входом контролируемой частоты, выпрямитель 2 и второй пороговый блок 3, а также первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” второго порогового блока 3. Выходы первого 4 и второго 5 элементов И соединены соответственно с входом сложения и входом вычитания реверсивного счетчика 6, выход которого соединен с входами третьего 7 и четвертого 8 и первого 9 пороговых блоков. Выходы третьего 7 и четвертого 8 пороговых блоков соединены соответственно с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4 и входом делителя 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 5. Выход одновибратора 12 соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10. Выход первого порогового блока 9 через третий элемент И 13 соединен с входом счетчика 14, выход переполнения которого соединен с входом останова ГТИ 10. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные формирователь 15 импульсов, предназначенный для генерирования импульса при отрицательном перепаде сигнала на его входе, вход которого соединен с выходом первого порогового блока 9 и первым входом третьего элемента И 13, второй вход которого соединен с выходом делителя 11 частоты импульсов, и элемент ИЛИ 16, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 12, а выход соединен с входом установки в ноль счетчика 14, а также исполнительный элемент 17, вход которого соединен с выходом первого порогового блока 9.

Исполнительный элемент 17 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, которое подключается к первому пороговому блоку 9 непосредственно или через усилитель.

Первый 9, второй 3, третий 7 и четвертый 9 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик 6 - по схеме, представленной в [3, стр.177, 187], делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Частотно-зависимый элемент 1 может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных частотно-зависимых элементов 2, например резонансных контуров [2, стр.52, рис.1.14], один из которых настроен на предельно допустимую максимальную частоту fд+, а другой - на предельно допустимую минимальную частоту fд-. Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.

Вход частотно-зависимого элемента 1 является входом контролируемой частоты, а вход одновибратора 12 является входом запуска реле частоты.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2,а - сигнал U₂ на выходе выпрямителя 2, на фиг.2,б - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,в - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13.

Реле частоты работает следующим образом.

При включении реле частоты напряжение питания подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние реверсивного счетчика 6 должно немного превышать уровень срабатывания первого порогового блока 9 U_иэ (фиг.2,б). На вход частотно-зависимого элемента 1 тока поступает входной сигнал контролируемой частоты, поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и не сглаженное напряжение (фиг.2,а). Это напряжение сравнивается во втором пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_oп. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент 5 И поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6 после снижения частоты импульсов в делителе 11, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на его вход сложения (фиг.2,б). В результате этого при значительном увеличении или уменьшении контролируемой частоты сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет меньше порогового уровня Н_иэ первого порогового блока 9, что приведет к формированию на его выходе уровня логической единицы (фиг.2,в) и срабатыванию замыкающего контакта реле исполнительного элемента 17.

Если недопустимое отклонение контролируемой частоты от своего номинального значения происходит на более короткий, чем предельно допустимый период, то на выходе “больше” первого порогового блока 9 появляется сигнал перепада напряжения от уровня логической единицы до уровня логического нуля и формирователь 16 импульсов через элемент ИЛИ 14 обнуляет счетчик 14, который в период существования уровня логической единицы на выходе первого порогового блока 9 подсчитывал импульсы, поступающие на его вход через третий элемент И от делителя 11 частоты импульсов, т.е. измерял длительность этого периода.

Когда недопустимое отклонение контролируемой частоты превышает допустимый период, то сигнал с выхода переполнения счетчика 14 останавливает ГТИ 10 и замыкающие контакты реле частоты остаются в замкнутом состоянии до тех пор, пока не будет произведен перезапуск одновибратора 12.

Третий 7 и четвертый 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле частоты. При длительной работе в нормальном режиме, когда контролируемая частота находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала Uп+ реверсивного счетчика 6, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала Uп-.

Тем самым расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку реле реагирует как на повышение, так и на снижение контролируемой частоты, а также исключается реакция реле на кратковременные сбои контролируемой частоты.

Источники информации, принятые во внимание:

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, а также повышение помехоустойчивости за счет исключения реакции реле на кратковременные сбои контролируемой частоты. Для этого реле частоты содержит частотно-зависимый элемент, выпрямитель, четыре пороговых блока, три элемента И, счетчик, реверсивный счетчик, исполнительный элемент, генератор тактовых импульсов, делитель частоты импульсов, одновибратор, формирователь импульсов, элемент ИЛИ, при этом формирователь импульсов предназначен для генерирования импульса при отрицательном перепаде сигнала на его входе, вход одновибратора является входом запуска реле частоты, а частотно-зависимый элемент обладает амплитудно-частотной характеристикой с первым максимумом, соответствующим минимально допустимой величине fд- отклонения контролируемой частоты от номинального значения, со вторым максимумом, соответствующим максимально допустимой величине fд+ отклонения контролируемой частоты от номинального значения, и с минимумом, расположенным между первым и вторым максимумами и соответствующим номинальному значению fн контролируемой частоты. 3 ил.

Реле частоты, содержащее исполнительный элемент, выпрямитель и частотно-зависимый элемент, отличающееся тем, что, введены первый, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, дополнительный счетчик, одновибратор, первый, второй, третий и четвертый пороговые блоки, формирователь импульсов, предназначенный для генерирования импульса при отрицательном перепаде сигнала на его входе, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” второго порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом четвертого порогового блока и с входами первого и третьего пороговых блоков, выход “больше” третьего порогового блока и выход “меньше” четвертого порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика, со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход первого порогового блока соединен со входом исполнительного элемента, входом формирователя импульсов и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход - со счетным входом дополнительного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход переполнения дополнительного счетчика соединен с входом останова генератора тактовых импульсов, выход формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, вход одновибратора является входом запуска реле частоты, а частотно-зависимый элемент обладает амплитудно-частотной характеристикой с первым максимумом, соответствующим минимально допустимой величине fд-отклонения контролируемой частоты от номинального значения, со вторым максимумом, соответствующим максимально допустимой величине fн + отклонения контролируемой частоты от номинального значения, и с минимумом, расположенным между первым и вторым максимумами и соответствующим номинальному значению fн контролируемой частоты, выход частотно-зависимого элемента соединен со входом выпрямителя, выход которого соединен со входом второго порогового блока.