Цифровое реле частоты Советский патент 1984 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к измерительным органам частоты, например, .в устройствах автоматической частотной разгрузки и частот ной автоматики. Известно реле частоты РЧ-1, чувствительное к появлению второй гармони ки в контролируемом напряжении и име ющее зависимость уставки срабатывани от окружающих ферромагнитных материа лов С1 3. Известно также цифровое реле частоты, содеряащее усилитель-ограничитель, преобразующий синусоидальное напряжение в прямоугольные импульсы, схемы формирования сигналов управления, счетчик импульсов и блоки логики 21. Недостатком этого устройства явля ется СЛОЖНОСТЬ; Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ре ле Частоты, содержащее кварцевый генератор, подключенный через Селектор, управляемый от детектора перехо да через нуль, к счетчику. Выход счетчика подключен к первому и второ му компараторам, причем к второму компаратору подключен также выход блока памяти, управляемого от счетчи ка и детектора перехода через нуль. Выходы компараторов подключены к бло ку выходной логики L3. Недостатками известного реле являются его сложность и неудобство настройки уставок. Цель изобретения - упрощение схемы, облегчение настройки уставок и повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что цифровое реле частоты, содержащее кварцевый генератор, вклю-. ченный через первый ключ на вход первого счетчика импульсов, и детектор перехода через нуль, дополнитель но снабжено дешифратором, присоединенным к выходам первого счетчика импульсов, интегрирующим элементом и пороговым органом, причем выход дешифратора подключен Kf управлякяцему входу первого ключа через элемент НЕ и через интегрирующий элемент к входу iToporoBoro органа, выход которого яв ляется выходом цифрового реле ,частоты, детектор перехода через нуль сос тоит из последовательно соединённых преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы и дифференцирующего усилителя и под- / ключен между входом цифрового реле частоты и входом сброса первого счетчика импульсов. Кроме того, интегрирующий элемент, состоит из второго ключа, второго счетчика импульсов и подключенного к его выходам цифроаналогового преобразователя, причем счетный вход второго счетчика импульсов через второй ключ подключен к выходу кварцевого генератора, вход Сброс - к выходу детектора перехода через нуль, а управляющий вход второго ключа - к выходу дешифратора. На фиг.1 показана структурная схема цифрового реле частоты; на фиг.2 - то же, с предлагаемым интегрирующим элементом; на фиг.З - интегрирующий элемент на транзисторе; на фиг.4 - форма напряжения на выходе интегрирующего элемента на транзисторе; на фиг.З - форма напряжения на выходе предлагаемого интегрирующего элементаV Цифровое реле частоты (фиг.1) .со-держит кварцевый генератор 1, подключенный через ключ 2 к счетчику 3. Выходы последнего подключены к дешифратору 4, выход которого присоединен к управляющему входу ключа 2 через элемент НЕ 5, а также к интегрирующему элементу 6. Выход элемента 6 подключен к пороговому органу 7. Триггер 8 и дифференцирующий усилитель 9, выход которого подключен к входу Сброс счетчика 3, составляют детектор 10 перехода через нуль. Цифровое реле (фиг.1) состоит из элементов 1-10. Интегрирующий элемент 6 состоит иэ ключа 11, счетчика 12 и цифроаналогового преобразователя 13. Управляющий вход ключа 11 подключен к дешифратору 4, счетный вход счетчика 12 через ключ 11 - к выходу кварцевого генератора 1. Выходы счетчика 12 присоединены к входу цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, к выходу которого присоединен пороговый орган 7 (фиг.2). Интегрирунмций элемент (фиг.З) состоит из транзистора 14, управляемого ПС базовой цепи через резистор 15. Кяходное напряжение снимается с конденсатора 16, шунтированного резистором 17, заряжаемого через резистор 18 по коллекторной цепи транзистора 14. Устройство (фиг.1) работает еле-дукнцим образом. Кварцевый генератор 1 непрерьюно дает на выходе импульсы со стабильной частотой в диапазоне 100-500 кГц (в зависимости от того, каков кварце вый резонатор). В момент перехода через нуль контролируемого напряжения при его возрастании детектор перехода через нуль с выхода дифференцщ ующего усилителя вьщает короткий импульс сброса. Длительность импульса сброса пренебрежимо мала по сравнению с периодом контактируемого напряжения, и появляется импульс оди раз за период контролируемого напряжения . Импульс сброса устанавливает счетчик 3 в нулевое положение, в результате чего дешифратор 4 устанавливается в несработанное состояние, через элемент НЕ 5 открывает ключ 2 и прекращает набор (увеличение) потенциала интегрирующим злементом 6. Импульсы от генератора 1 через откры тый ключ 2 начинают поступать на вход счетчика 3, при наборе которым определенного числа импульсов срабатывает дешифратор 4, в результате чё го запирается ключ 2 и счетчик перестает считать, но интегрирующий элемент 6 во время открытого состояния дешифратора увеличивает потенциал. Это продолжается до тех пор, пока не поступает очередной импульс Сброс, который опять устанавливает счетчик 3 на нуль, дешифратор устанавливается в несработанноё состояние, и процесс начинается сначала. Интегрирующий элемент 6 (фиг.З) работает следующим образом. При срабатьтании дешифратора 4 от крывается транзистор 14 и конденсато 16 через резистор 17 начинает заряжаться, в результате чего напряжение на нем начинает возрастать по абсолютной величине, что видно (фиг.4, участок о ). Во время несработанногр состояния дешифратора 4 Транзистор 1 запирается и конденсатор 16 начинает разряжаться через резистор 17 (фиг.А участок Ъ). Чем ниже частота коитро лируемого напряжения, тем более длительное время дешифратор 4 находятся в сработанном состоянии, так как ему после набора строго определенного числа импульсов кварцевого генератора дольше нужно дождаться импульса сброса. Из-за того, что дешифратор 4 дольше находится в сработанном состоянии, участок а длиннее, а участок Ъ .короче (фиг.4), и после нескольких периодов контролируемого напряжения, напряжение на конденсаторе 16 достигает такой величины, что пороговый орган 7 срабатывает. Однако интегрирующий элемент (фиг.З) имеет погрешности 4i3-3a температурной нестабильности сопротивлений резисторов 15 и 18 и емкости конденсатора 16. Интегрируимций элемент (фиг.2) работает следующим образом. При срабатывании дешифратора 4 последний открывает ключ 11, счетчик 12 начинает считать и(отульсы кварцевого генератора и напряжение на выходе цифроанапогового преобразователя 13 возрастает (участок о фиг.5). Когда появляется импульс Сброс, то наряду с тем, что происходит в схеме по фиг.1, сбрасывается на нуль счетчик 12, напряжение на выходе ЦАП скачком падает до нуля, а ключ 11 запирается до тех пор, пока снова не срабатывает дешифратор 4 и счетчик 12 в этот промежуток времени не считает (участок Ъ фиг.5). Следовательно, чем ниже частота контролируемого напряжения, тем длительнее участки « и тем выше гребни напряжения на выходе ЦАП 13. При определенном значении напряжения на выходе ЦЛП 13 пороговый орган 7 срабатывает. Интеврирующий элемент (фиг.2) обладает лучшей стабильностью. У реле с интегрирующим элементом (фиг.З и а) настройка уставок по частоте производится изменением порога срабатывания порогового органа 7« Такая настройка может производится либо плавно переменным резистором, либо ступенчато. У реле с интегрирующим элементом (фиг.З) настройка уставки может также производиться изменением сопротивления зарядного резистора 18 (фиг.З). Использование изобретения позволяет существенно упростить конструктивное исполнение цифрового реле частоты и облегчить его настройку при достаточной точности и помехоустойчивости.

и

1. ЦИФРОВОЕ РЕПЕ ЧАСТОТЫ, содержащее кварцевый генератор, включенный через первый ключ на вход первого счетчика импульсов, и детектор перехода через нуль, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и облегчения настройки уетавок, оно снабжено дешифратором, присоединенным к выходам первого счетчика импульсов, интегрирующим элементом и пороговым органом, причем выход дешифратора подключен к управляющему входу первого ключа через элемент НЕ и через интегрирую-, щий злемент к входу порогового органа, выход которого является выходом цифрового реле частоты, детектор перехода через нуль состоит из последовательно соединенных преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы и дифференцирующего усилителя и подключен между входом цифрового реле частоты и входом сброса первого счетчика импульсов. 2. Реле п6п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, интегрирующий элемент состоит из второго ключа, второго счетчика и шульсов и подключенного к его выходам цифроаналогового преобразователя, причем счетный вход вто- рого счетчика импульсов через второй ю ключ подключен к выходу кварцевого генератора, вход Сброс - к выходу детектора перехода через нуль, а управлякнций вход второго ключа - к выходу дешифратора.

10

гнз

и

Фиг.1

Фиг.2

Вход JL

фиг.

и

Фиг.