Реле частоты Советский патент 1982 года по МПК H01H47/20 

(54) РЕЛЕ ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной .защиты и автоматики энергетических систем, устройствах защиты тиристорных преобразователей частоты, а также в устройствах электроники.

Известны реле частоты, содержащие фильтры на базе конденсаторов и дросселей Ц.

Недостатком такого реле является отсутствие возможности настройки диапазона частот срабатывания реле, зависимость выходного сигнала от амплитуды входного, наличие дорогостоящих нетехнологичных, в исполнении дроссельных элементов.

Наиболее близким к предлагаемому является реле частоты, содержащее задающий генератор, счетчик импульсов, дешифраторы, триггеры, делители частоты и схемы совпадения 2.

Недостатками этого реле являются относительная сложность и возможность применения только для контроля частоты синусоидального переменного напряжения. В то же время в электротехнике, например в преобразовательной технике, существует необходимость в контроле частоты переменных напряжении, отличных от синусоидального, таких как биполярное импульсное напряжение с нулевым разрывом между разнополярными, полуволнами, униполярное импульсное напряжение с различной формой

5 полуволн и скважностью.

.В указанном реле частоты синоусидальное напряжение преобразуется в прямоугольное с помйщью амплитудного ограничителя и нуль-органа, а одна из полуволн сфор,Q мированного прямоугольного напряжения, соответствующая по длительности положительному периоду, используется для дальнейщей обработки. Так как построить нульорган с чисто нулевым уровнем срабатывания практически невозможно, то длительность прямоугольного импульса отличается от полупериода входного напряжения, а сам нуль-орган должен быть достаточно сложным. Это обстоятельство снижает точность реле, особенно при уставках, близких к но2Q минальной частоте. При использовании в реле целого периода входного напряжения этот недостаток устраняется.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей реле частоты

путем контроля напряжения несинусоидальной формы.

Поставленная цель достигается тем, что в реле частоты, содержащее формирователь .импульсов, вход которого предназначен для подключения к датчику напряжения, а выход подключен к входу счетного триггера, счетчик импульсов, к одному входу которого подключен задающий генератор, а к другому - выход блока сброса, вход которого соединен с выходом счетного триггера, два дешифратора, входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, двухвходовой усилитель, выход которого соединен со входом исполнительного органа, введены первый и второй SR-триггеры и первый и второй D-триггеры, причем выходы дешифраторов подключены к R-входам SR-триггеров, выход блока сброса соединен с S-входами SR-триггеров, выходы первого и второго SR-триггеров подключены соответственно к D-входам первого и второго D-триггеров, входы синхронизации которых соединены с выходом счетного триггера, а выход первого и инверсный выход второго D-триггеров подключены к входам двухвходового усилителя.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого реле частоты; на фиг. 2 - диаграммы напряжений на элементах схемы фиг. 1;

Реле состоит из формирователя коротких импульсов 1, триггера 2, блока сброса 3, задающего генератора 4, счетчика импульсов 5, дешифраторов б и 7, SR-триггеров 8 и 9. D-триггеров 10 и 11, двухвходового усилителя 12 и исполнительного органа 13.

На фиг. 2 а, е, 3 - напряжения на входе формирователя 1, б - напряжение выходных импульсов формирователя 1, в - напряжение на выходе триггера, 2, б и д унапряжения на выходе соответственно триггеров 8 и 9, ж и и - напряжения соответственно на выходе триггера 10 и инверсном выходе, триггера И.

Реле частоты работает по принципу сравнения реального периода входного сигнала с двумя максимальным и минимальным эталонными интервалами времени, соответствующими периодам минимальной и максимальной частоты уставок срабатывания. При увеличении реального периода выше максимального или уменьшении ниже минимального D-триггерами формируется потенциальный сигнал.

Работает реле частоты следующим образом.

Входной сигнал контролируемого напряжения, (в рассматриваемом случае синусоидального) падает на вход формирователя 1, один раз за период формирует короткие импульсы (фиг. 2 а, б). ВыходнЫе импульсы 1 подаются на вход триггера 2, работающего в счетном режиме.

Выходное напряжение триггера имеет прямоугольную форму, а длительность нулевой паузы и импульса равны периоду входного сигнала (фиг. 2Б).

В момент перехода триггера 2 из состояния «1 в состояние «О блок сброса 3 формирует короткий импульс (на фиг. 2 не показан), устанавливающий счетчик S в нулевое положение и триггеры 8 и 9 в состояние .

После окончания импульса сброса (после момента О на фиг. 2) счетчик S начинает подсчет импульсов, поступающих от задающего генератора. В момент времени 12, когда число в счетчик S достигнет значения N1 заданного дешифратором 6, последний формирует импульс, перекидывающий SR-триггер 8 в состояние «О (фиг. 2г).

В момент времени t, когда число в счетчике 5 достигнет значения N, заданного дешифратором 7, последний формирует импульс, перекидывающий SR-триггер 9 в состояние «О (фиг. 2д).

Длительности импульсов на выходах SR-триггеров 8 и 9 равны соответственно tz NfTi , tn NjTr - , где Тг - период импульсов генератора 4,соответствуют периодам максимальной и минимальной частот уставок.

Выходы SR-триггеров 8 и 9 подаются соответственно на D-входы D-триггеров 10 и 11. На объединенные входы синхро низации D-триггеров 10 и 11 подается выходной сигнал триггера 2.

Как известно, состояние выхода D-триггера при поступлении положительного сигнала на вход синхронизации является функцией состояния выхода этого триггера («1 или «О) и сигнала на входе D («1 или «0. Так, например, поступление на счетный вход положительного импульса при наличии на D-входе сигнала «I и сигнале на выходе триггера «О переводит его в состояние «1, а при наличии на D-входе сигнала «О и сигнале на выходе триггера «1 переводит его в состояние «О.

Если передний фронт выходного импульса триггера 2 находится в интервале времен t4 ,то О-триггер 10 находится в состоянии «0«, D-триггер 11 - в состоянии «1, а подаваемый на вход усилителя 12 инверсный выход 11 в состоянии «О.

Таким образом, если период входного сигнала находится в заданных пределах, на два входа усилителя 12 поступает сигнал «О и исполнительный орган 13 не срабатывает.

При увеличении частоты входного сигнала с fci 4j 2 TF - ) D-триггер 10 перекинется из состояния «О в состояние «1 (фиг. 2 ж) и будет сохранять это положение, пока f С2 f ci

При уменьшении частоты входного сигнала ниже значения 2 соответствии с условием работы D-триггера состояние триггера 10 изменится из «1 в «О.

Если частота сигнала уменьшится с fci 1 до fcj -| (фиг. 2 з), то D-триггер 11 изменит в момент tj свое состояние с «1 в «О, а его инверсный выход с «О в «1 (фиг. 2 и). С увеличением частоты сигнала выше значения Ц восстановится исходное положение D -триггера 11. Таким образом реле выполняет функции как реле понижения частоты, так и реле повышения частоты.

Частота и тип задающего генератора выбираются исходя из требуемой точности срабатывания реле.

В этом случае максимальная погрешность максимального и минимального периода уставок равна периоду задающего генератора Тр , а максимальные относительные погрешности периодов уставок соответственно равны

In

4 1.

Реле частоты может работать в диапазоне уставок частот от 2Гс.до -s-fc, где fe - номинальная частота входного сигнала (при fc 50 Гц от 100 Гц до 25 Гц). Емкость счетчика 5 (число разрядов) выбирается исходя из максимально возможного периода уставки NK N2.

Реле частоты может работать при любой форме входного напряжения - синусоидальном напряжении, одно- или двухполярном импульсном напряжении с синусоидальными, прямоугольными, экспоненциальными и другими формами полуволн. Формирователь 1 не обязательно должен иметь нулевой порог срабатывания.

В качестве формирователя могут быть использованы пороговые устройства, триггеры Шмитта ч др.

Формула изобретения

Реле чартоты, содержащее формирователь импульсов, вход которого подключен к датчику напряжения, а выход - к входу счетного триггера, счетчик импульсов, к одному входу которого подключен задающий генератор, а k другому -; выход блока сброса, вход которого соединен с выходом счетного триггера, два дешифратора, входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, двухвходовой усилитель, выход которого соединен со входом исполнительного органа,отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем контроля напряжения несинусоидальной формы, в него введены первый и второй

SR-триггеры и первый и второй D-триггеры, причем выходы дешифраторов подключены к R-входам SR-триггеров, выход блока сброса соединен с S-входами SR-триггеров, выходы первого и второго SR-триггеров

подключены соответственно к D-входам первого и второго D-триГгеров, входы синхронизации которых соединены с выходом счетного триггера, а выход первого и инверсный выход второго D-триггеров подключены ко входам двухвходового усилителя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

а

I

б

5 г д

ч t

t - t

/

t

ж

t

.2

t/ 2

5