Реле разности частот Советский патент 1980 года по МПК H02J3/40 

1

Изобретение относится к устройст вам автоматики энергосистем и может быть использовано для синхронизации генераторов и синхронных компенсаторов.

Для синхронизации генераторов применяется реле разности частот 1.

Это индукционное реле, на контур ярма которого подается опорное напряжение сети, а на контур полюсов - напряжение синхронизируемого генератора. Момент реле, в силу его инерционности, определяется составляю-, щей, пропорциональной разности частот, ц .зависит от величины подводимых напряжений.Подвижная- система реле при разности частот около 1, Гц колеблется с большей амплитудой и кратковременно замыкает контакты реле, фиксация этого осуществляется промежуточным реле с самоподхватом. В связи с тем, что напряжения на входе реле изменяются в широких пределах, момент реле изменяется, что определяет большой разброс разности частот, при котором срабатывает реле (от 2 до 0,35 Гц) .

Реле не удовлетворяет по точности современным требованиям.

Известна схема полупроводникового реле разности частот, содержащая формирователи импульсов, подключенные к разделительным трансформаторам, выход одного из упомянутых формирователей через дифференцирующий блок включен на один из входов схемы сравнения, выход которой через расширитель импульсов и элемент выдержки времени

tu, соединен с исполнительным органом, а выход второго формирователя импульсов включен на другой вход схемы сравнения через ограничитель длительности импульсов 2.

15 Недостатком данной схемы является значительная погрешность уставки срабатывания, зависящая от скорости изменения частоты синхронизируемого генератора.

20 Это обусловлено тем, что длительность сигнала на выходе расширителя импульсов сравнивается с длительностью между двумя последовательными паузами на выходе схемы .сравнения с

25 фиксированным временем. Срабатывание рел.е происходит только в том случае, если время между двумя смежными паузами больше заданного времени. Так как на выходе схемы сравнения

30 сравнивается по фазе сигнал с выхода

ограничителя длительности и с дифференцирующего блока, то пауза на выходе схемы сравнения появляется, если совпадает знак сигнала на выходе граничителя длительности, что завиит от фазы сдвига контролируемых напряжений, которая в процессе синронизации непрерывно меняется. Это пределяет необходимость выбора фиксированного времени не менее, чем ремя изменения сдвига фаз на 180 при заданной уставке разности частот. ак при уставке срабатывания в 1 Гц это время должно быть не менее 0,5 с. При таком замедлении срабатывания рее погрешность срабатывания зависит т скорости изменения частоты.

Превысить точность срабатывания реле разности частот при изменении частоты с заданной скоростью можно, если использовать два быстродействуюих преобразователя частоты в аналоговый сигнал и уставку срабатывания настраивать в аналоговой форме.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство фиксации скольжения, содержащее два датчика частоты, каждый из которых состоит из усилителя-ограничителя и схемы преобразования длительности прямоугольных импульсов в аналоговый сигнал, выходы датчиков частоты соединены со входами дифференциального усилителя, на выходе которого включена последовательно схема Сравнения с потенциометром задания уст.авок, элемент выдержки времени, усилитель мощности и исполнительный орган 3.

Время преобразования входного сигнала датчиком частоты составляет один период. Устройство фиксации скольжения срабатывает только при одном знаке разности частот при ее увеличении. Поэтому с потенциометра задания уставки срабатывания, на вход схемы сравнения поступает тормозной сигнал. Реле разности частот должно срабатывать при уменьшении разности частот ниже уставки срабатывания. Поэтому с потенциометра задания уставки на вход схемы сравнения в реле разности частот должен подаваться сигнал на срабатывание реле.

Рассмотренное выше устройство фиксации скольжения не обеспечивает фик-. сацию заданной уставки разности частот при любом характере изменения частоты и может ложно срабатывать при исчезновениилюбого из входных напряжений. Последнее обусловлено тем, что на выходе датчиков частоты при исчезновении входного напряжения переменного тока появляется сигнал, который может приводить к ложному срабатыванию реле разности частот.

Цель изобретения - повышение точности срабатывания при любом характере изменения частоты и предотвращения

ложного срабатывания при отсутствии любого из входных напряжений.

Это достигается тем, что реле разности частот, содержащее два датчика частоты, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя-ограничителя и схемы преобразования длительности прямоугольных импульсов в аналоговый сигнал, причем выходы датчиков частоты соединены со входами дифференциального усилителя, на выходе которого включена схема сравнения с потенциометром задания уставок и последовательно соединенные элемент выдержки времени, усилитель мощности и исполнительный орган снабжено двумя дифференцирующими цепями, двумя схемами выпрямления, второй схемой сравнения с потенциометром задания уставок и схемой ИЛИ, .причем на выход усилителя-ограничителя каждого датчика частоты включены последовательно дифференцирующая цепь и схема выпрямления, выход которых соединен со входами усилителя мощности, вход дополнительной схемы сравнения соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход схем сравнения через схему ИЛИ соединен со входом элемента выдержки времени.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого реле разности частот; на фиг. 2 - схема измерения разности частот; на фиг. 3 - временные диаграммы.

Реле разности частот содержит датчики 1 и 2 частот, разделительный трансформатор 3 и 4 с усилителемограничителем, схема 5 и б преобразования длительности прямоугольных импульсов в аналоговый сигнал, дифференциальный усилитель 7, потенциометры 8 и 9 задания уставки разности частоты, схемы 10 и 11 сравнения (нуль-индикаторы), схема 12 ИЛИ, элемент 13 выдержки времени, усилитель 14 мощности, исполнительный орган 15 дифференцирующие цепи 16 и 17,.схемы 18 и 19 выпрямления, формирователи 20 и 21 прямоугольных импульсов длительностью в половину периода, транзисторные ключи 22 и 23 со схемами управления ими, генераторы 24 и 25 линейного наряжения., диодный селейтор 26.

Схема реле разности частот содержит два датчики частоты, выходы которых соединёны со входами дифференциального усилителя 7. На выход дифференциального усилителя включены первые входы схем 10 и 11 сравнения, вторые входы которых подключены к потенциометрам задания уставок срабатывания 8 и 9. ВЫходаа схем сравнения через схему ИЛИ .12 и элемент выдержки времени 13 соединены с первым входом усилителя мощности 14,на выходе которого включен исполнительный орган 15. Каждый датчик частоты 1 и 2 состоит из последовательно включенных разделительного трансформатора 3 (4 с усилителем-ограничителем и схему 5 (6) преобразования длительности прямоугольных импульсов в аналоговы сигнал. Схемы 5 и б могут быть выпол нены как показано на фиг. 2 т.е. со стоят из формирователей прямоугольных импульсов длительностью в половину периода 20, 21 на выход которы включены генераторы линейного напряжения 24, 25, а параллельно генераторам 24, 25 - транзисторные ключи со схемами управления ИЛИ 22, 23, Зарядные конденсаторы генераторов ли нейного напряжения через диодный селектор 26 соединены попарно на каждый вход дифференциального усилителя 7. Схема 6 аналогична схеме 3. В схеме реле разности частот на другие входы усилителя мощности 14 поступает выпрямленное напряжение с дифференцирующих цепей 16, 17 для блокировки ложного срабатывания реле при исчезновении любого из контролируемых напряжений. В случае исчезновения входного сигнала, на выходе элемента 3 и 4 устанавливается посто.янное напряжение одной полярности поэтому через дифференцируклцую цепь ток не протекает и на выходе схем выпрямления 18 или 19 появляется сиг нал О, который заблокирует ложное срабатывание выходного органа. Работу реле разности частот рарсмотрим на примере временных диаграм приведенных на фиг, 3. Синусоидальные напряжения переменного тока и с частотой f и U с частотой f преобразуются в прямоугольные импульсы, длительность которых на выходе формирователей 20 и 21 равна половине периода и они сдвинуты во времени на Т/2 со штрихом обозначены напряжения на выходе аналогичных элементов схемы 4. В момент появления переднего фронта прямоугольного импульса схемы управления ключом формируют узкий импульс и ключи разряжак1Т зарядные конденсаторы, а затем в течение всего времени существования положительного им пульса происходит линейный заряд кон денса-сара от источника стабилизированного напряжения. Во втЬрую половину периода напряжение на конденсаторах U24/ Ujg, Uj4 , Uj5 не изменяется Поэтому напряжение, подаваемое на каждый вход дифференциального усилителя 7 при неизменной частоте входного сигнала U (U) будет постоянным и пропорциональным длительности периода, т.е. обратно-пропорционально частоте. Сигнал на выходе усилителя Uy будет постоянным и знак его буде изменяться в зависимости от того f. f 2 или f f 2 Для того, чтобы реле сработало при любом отклонении частоты синхронизируемого генератора от частоты сети на величину, не превышающую уставки, в реле предусмотрены две схемы сравнения, каждая из которых выдает через схему ИЛИ 12 сигнал на стабатывание исполнительного органа 15 при одной полярности входного сигнала (положительной - схема 10, отрицательной - схема 11) . Задержка на срабаты вание в один период осуществляется элементом 13 для отстройки от ложного срабатывания реле при переходном процессе во входных цепях в момент включения напряжения переменного тока, когда сигнал блокирования со входа усилителя мощности 14 снимается. Время срабатывания реле составляет два периода. Предлагаемая схема реле разности частот за счет высокого быстродействия обеспечивает точность уставки срабатывания при заданной скорости изменения частоты синхронизируемого генератора, исключает влияние угла сдвига фаз контролируемых напряжений на срабатывание реле и предотвращает дожное срабатывание схемы реле при исчезновении любого из контролируемых напряжений переменного тока, так как на выходе формирователей в этом режиме существует постоянное напряжение и сигнал на выходе дифференцирующей цепи отсутствует. По предложенной схеме изготовлен и испытан макетный образец реле разности частот. Формула изобретения Реле разности частот, содержащее два датчика частоты, состоящие каждый из последовательно соединенных усилителя-ограничителя и схемы преобразования длительности прямоугольных импульсов в аналоговый сигнал, выходы датчиков частоты соединены со входами дифференциального усилителя, на выходе которого включена схема сравнения с потенциометром задания уставок и последовательно соединенные элемент выдержки времени, усилитель мощности и исполнительный орган, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности срабатывания при любом характере изменения частоты и предотвращения ложного срабатывания при отсутствии любого из входных напряжений, устройство снабжено двумя дифференцирующими цепями, двумя схемами выпрямления, второй схемой сравнения с потенциометром задания уставок и схемой ИЛИ, причем на выход усилителя-ограничителя каждого датчика частоты включены последовательно дифференцирующая цепь и схема

выпрямления, выход которых соединен со входами усилителя мощности, вход дополнительной схемы сравнения соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход схем сравнения через схему ИЛИ соединен со входами элемента выдержки времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Барзам А.Б. Системная .автома-. - , , , deJ-L.

тика. Энергия, 1964, с. 164. J Авторское свидетельство СССР 461800, кл. Н 02 Н 3/10, 1972.

3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации панели автоматики разности фаз 76Лх.044.044ТО, Чебоксары, 1976.

CPu.2. /

фаг 2

/ /

Y

Xx чУ 4-Х xT

li

SO

5/L

.fj:

/b. .4

я

pj

bP

a,

.-1

t

t

.2. 3