Реле частоты Советский патент 1981 года по МПК H01H47/20 

(54) РЕЛЕ ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к реле частоты, применяемом в системах релейной автоматики, реагирующих на изменения частоты в электрических сетях.4J

Известны реле частоты, в которых для получения уставки срабатывания испол зуются вспомогательные генераторы часто ты.

Одно из известных реле частоты кроме генератора частоты содержит фазочувствительный и дифференцирующий элементы. Момент равенства частот (момент срабатывания) в этом реле устанавливается по равенству нулю скоростей скольжения их фаз, определяемому после дифференцирующего элемента по нулевой величине тока или напряжения 1.

Недостатком такого реле является большая погрешность при малом значении скольжения контролируемой частоты, обусловленная трудностью выявления нулевого значения тока или напряжения при существенно малом их значении.

Второе из известных реле частоты со-держит вспомогательнЬ1Й генератор, фазочувствительный блок сравнения частот и

исполнительный орган, фиксирующий равенство частот. Особенностью этого реле частоты является наличие трансформаторной связи между фазочувствительным блоком и генератором. При помощи этой связи осуществляется захват частотой сигнала частоты вспомогательного генератора и выработка сигнала на срабатывание исполнительного органа 2.

Существенным недостатком этого реле является то, что захват частоты вспомогательного генератора может осуществляться в полосе частот, что и определяет значительную погрешность известного реле.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является реле частоты, содержащее исполнительный орган, управляемый генератор частоты, два формирователя прямоугольных импульсов, вход одного из которых подключен к выходу генератора, а вход другого, имеющего два выхода - прямой и инверсный - подключен к источнику контролируемой частоты, узел фазовой автоматической подстройки частоты с двумя входами, соединёнными с выходами указанных формирователей и с двумя выходами, один из которых подключен к управляющему входу генератора частоты, фазочувствительный, три входа которого соединепы с выходами формирователей. Для устранения периодичности срабатывания исполнительного органа этого реле при отклонении контролируемой частоты от уставки в него введены два интегрирующих элемента, дифференцирующий элемент, два элемента И, триггер с раздельными входами и ключ, при этом входы первого и второго интегрируюших элементов подключены соответственно к первому и втором; выходу узла фазовой автоматической подстройки, вход дифференцирующего элемента подключен к первым входам элементов И, выходы первого и второго интегрирующих элементов подключены ко вторым входам соответетвенно первого и второго элементов И, выходы которых подключены ко входам триггера, а выход триггера соединен р входом исполнительного органа и через ключ - с управляющим входом генератора частоты. Фазовая автоподстройка управляемого генератора обеспечивает высокую точность и быстродействие этого реле частоты, так; как совпадение частоты и фаз происходит одновременно и строго на собственной часто те управляемого генератора 3. Недостатком известного реле частоты является его многоэле.ментность и множественность внутренних связей, ведущих к снижению его надежности. Цель изобретения повыщение надежности реле частоты. Поставленная цель достигается тем, что в известное реле частоты, содержащее исполнительный орган, управляемый генератор частоты, ключ, по цепи управления подсоединенный к выходу исполнительного органа, а входом подсоединенный к входу управляемого генератора частоты, два формирователя прямоугольных импульсов, вход одного из которых подключен к выходу управляемого генератора частоты, а вход другого подключен к источнику контролируемой частоты, узел фазовой автоматической подстройки частоты с двумя входами, соединенными с выходами указанных формирователей, и с двумя выходами, один .из которых подключен к управляемому входу генератора частоты, содержащее также дифференцирующий элемент и интегрирующий элемент, подсоединенный по входу к первому выходу узла фазовой автоподстройки и к общей тине питания, до полнительно введены второй дифференцирующий элемент и дискриминатор полярности входных сигналов, при этом первый дифференцирующий элемент подсоединен между вторым выходом узла фазовой автоподстройки и выходом интегрирующего элемента, второй дифференцирующий элемент включен между выходом интегрирующего элемента и входом дискриминатора полярности входных сигналов, два выхода которого подсоединены к двум входам исполнительного органа. На чертеже изображена схема реле частоты. Схема содержит управляемый генератор 1 частоты, источник 2 контролируемой частоты, формирователи 3 и 4, узел 5 фазовой автоматической подстройки, интегрирующий элемент 6, дифференцирующий элемент 7 и 8, дискриминатор 9 полярности ВХОДНЫХ сигналов, исполнительный орган 10, ключ 11. Узел 5 фазовой автоматической подстройки и исполнительный орган 10 могут быть выполнены на триггерах . В качестве ключа 11 может быть использован любой элемент с релейной выходной характеристикой. Цепи управления генератора 1 частоты от узла 5 фазовой автоматической подстройки и ключа 11 могут быть раздельными или объединены. Для организации управляющего воздействия узла 5 фазовой автоматическойподстройки и ключа 11 на генератор 1 частоты целесообразно выделить часть одного из звеньев частотно задающего органа генератора частоты. Реле частоты работает следующим обраЗом. Рабочая полоса частот, не вызывающая срабатывание реле, определяется полосой захвата контролируемой частотой источника 2 частоты генератора 1 с помощью узла 5 фазовой автоматической подстройки. Каждому значению контролируемой частоты в полосе захвата соответствует определенное значение фазового сдвига между ней и частотой генератора 1. Уставка срабатывания реле определяется значением собственной частоты генератора 1 без воздействия на него узла 5 фазовой автоподстройки. Это равнозначно выбору в качестве уставки срабатывания бдной из граничных частот полосы захвата, когда сдвиг фаз между частотами генератора 1 и контролируемого источника 2 равен нулю. Цри скольжении контролируемой частоты источника 2 к граничной частоте зоны захвата, определяемой собственной частотой генератора 1, фазовый сдвиг между частотой генератора 1 и частотой контролируемого источника 2 линейно уменьщается, приближаясь к нулю. Скважность импульсов при этом на одном из выходов триггера узла 5 фазовой автоподстройки уменьщается, а на другом выходе этого узла увеличивается. Напряжение на выходе фильтра нижних частот, образуемого интегрирующим элементом 6 и дифференцирующим элементом 7 линейно увеличивается. При переходе контролируемой частотой источника 2 граничной частоты зоны захвата (уставка срабатывания) резко изменяется характер скважности импульсов на выходах узла 5

фазовой автоматической подстройки. На выходе интегрирующего элемента б (выход фильтра нижних частот) при этом формируется фронт резкого спада напряжения, а на выходе дифференцирующего элемента 8 формируется импульс, например, отрицательной полярности. Сформированный импульс указанной полярности направляется дискриминатором 9, например, на первый вход исполнительного органа 10, вызывая его переход в устойчивое состояние, соответствующее переходу контролируемой частотой значения уставки.

Исполнительный орган в этом состоянии вызывает срабатывание ключа 11, а последний в сработавшем состоянии фиксирует работу генератора 1 на частоте, равной частоте уставки на возврат.

Нахождение контролируемой частоты источника 2 за пределом уставки на возврат сопровождается процессом биения контролируемой частоты и частоты генератора на выходах узла 5 фазовой автоподстройгки. Однако это не вызывает периодичности срабатывания исполнительного органа 10 и ключа 11. При этом знаке разности и направлении скольжения их фаз каждое совпадение фаз сопровождается формированием резкого спада напряжения на выходе интегрирующего элемента 6 (фильтра нижних частот) и выработкой импульса отрицательной полярности дифференцирующим элементом 8.

Дискриминатор 9 полярности входных сигналов при этом вырабатывает сигнал, направляемый на тот же вход исполнительного органа 10, что не вызывает возврата его в исходное состояние.

Возврат контролируемой частоты источника 2 в предел уставки на возврат сопровождается изменением знака разности между ней и частотой генератора, а также изменением направления скольжения их фаз. Поэтому первое же совпадение фаз этих частот сопровождается изменением порядка смены скважности импульсов на выходах узла 5 фазовой автоподстройки и формированием резко возрастающего по напряжению фронта на выходе интегрирующего элемента 6. Дифференцирующий элемент 8 формирует из этого фронта импульс положительной полярности, а дискриминатор 9 вырабатывает сигнал, направляемый на второй вход исполнительного органа 10, что вызывает возврат исполнительного органа и ключа 11 в исходное состояние. Ключ 11 снимает блокировку действия узла фазовой автоподстройки 5 и частота генератора 1 захватывается и удерживается контролируемой частотой.

Регулировка уставки на срабатывание реле частоты осуществляется регулировкой

собственной частоты генератора 1. Регулировка на возврат осуществляется выбором значения частоты генератора 1, фиксируемой ключем 11. Погрешность срабатывания реле частоты определяется нестабильностью собственной частоты генератора 1 и в случае использования- RC-генератора может составить величину не более 0,2%.

Время срабатывания реле частоты определяется временем формирования сигнала управления дифференцирующим элементом 8.

Технико-экономическая эффективность при использовании изобретения заключается в повышении надежности реле частоты, а также в снижении стоимости при серийном производстве.

Формула изобретения

Реле частоты, содержащее исполнительный орган, управляемый генератор частоты, ключ, по цепи управления подсоединенный к выходу исполнительного органа, а входом подсоединенный к входу управляемого генератора частоты, два формирователя прямоугольных импульсов, вход одного из ко5торых подключен к выходу управляемого генератора, а вход другого подключен к источнику контролируемой частоты, узел фазовой автоматической подстройки частоты с двумя входами, соединенными с выходаQ ми указанных формирователей и с двумя выходами, один из которых подключен к управляющему входу генератора частоты, содержащее также дифференцирующий элемент и интегрирующий элемент, подсоединенный по входу к первому выходу узла

5 фазовой автоподстройки и к общей щине питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности реле частоты, в него дополнительно введены второй дифференцирующий элемент и дискриминатор полярности входных сигналов, при этом первый

° дифференцирующий элемент подсоединен между вторым выходом узла фазовой автоподстройки и выходом интегрирующего элемента, второй дифференцирующий элемент включен между, выходом интегрирующего

5 элемента и входом дискриминатора полярности входных сигналов, два выхода которого подсоединены к двум входам исполнительного органа.

Источники информации, привятые вб внимание при экспертизе

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 26835397/24-07, кл. Н 01 Н 47/20, от 13.11.78.