RU2115973C1

RU2115973C1 - Electronic frequency relay

Info

Publication number: RU2115973C1
Application number: RU97106151A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Корсаков; Н.И. Лютиков; С.В. Маршов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Транспортные системы безопасности"
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; alarm and automatic-control systems responding to frequency variations to ensure safety of equipment and electric circuits. SUBSTANCE: relay has matching unit, amplifier, band C-filter, first rectifier, storage capacitor, square-pulse shaper and frequency divider, power transistor, second rectifier, output filter, and comparison circuit. EFFECT: improved safety of equipment being protected due to adequate protection against false enable signal in case of failure of any kind in circuit proper and in input signals arriving at circuit with high loading capacity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах сигнализации и автоматического управления для формирования сигнала при отклонении частоты от заданного значения, а именно в системах, предназначенных для обеспечения безопасного функционирования устройств при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, в частности в системах автоматической локомотивной сигнализации для управления исполнительным органом, например электропневматическим клапаном (ЭПК). The invention relates to electrical engineering and can be used in signaling and automatic control systems for generating a signal when the frequency deviates from the set value, namely in systems designed to ensure the safe operation of devices for various malfunctions of the circuit itself and the input signals arriving at this circuit, in particular, in systems of automatic locomotive signaling for controlling an executive body, for example, an electro-pneumatic valve (EPC).

Известно селективное электронное реле, содержащее полосовой LC-фильтр, транзисторный ключ, диодный выпрямитель и электромагнитное реле [1]. Known selective electronic relay containing a band-pass LC filter, a transistor switch, a diode rectifier and an electromagnetic relay [1].

Недостатком устройства является низкая надежность за счет недостаточной защищенности от ложного разрешающего выходного сигнала при неисправности или изменении параметров элементов устройства. The disadvantage of this device is its low reliability due to insufficient protection from a false enable output signal in case of a malfunction or a change in the parameters of the elements of the device.

Из известных устройств наиболее близким является частотное электронное реле, содержащее последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, первый выпрямитель, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора и шины источника питания постоянного тока [2]. Of the known devices, the closest is a frequency electronic relay containing a series-connected amplifier, a band-pass filter, a first rectifier, the first and second outputs of which are connected to the corresponding terminals of the storage capacitor and bus DC power supply [2].

Недостатком данного устройства является наличие большого по габаритам реле 1-го класса надежности. The disadvantage of this device is the presence of a large-sized relay of the 1st reliability class.

Задачей изобретения является исключение выходного реле при сохранении выходной мощности устройства с обеспечением безопасного функционирования устройства при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему. The objective of the invention is the exclusion of the output relay while maintaining the output power of the device while ensuring the safe operation of the device with various malfunctions of the circuit itself and the input signals supplied to this circuit.

Поставленная задача реализуется следующим образом. The task is implemented as follows.

В частотное электронное реле, содержащее последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, первый выпрямитель, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора, и шины источника питания постоянного тока, введены блок согласования, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу усилителя, формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, выход которого подключен к затвору силового транзистора, исток которого соединен с первым выводом накопительного конденсатора и отрицательной шиной источника питания постоянного тока, а сток через первичную обмотку силового трансформатора соединен с положительной шиной источника питания постоянного тока, вторичная обмотка силового трансформатора подключена параллельно входам второго выпрямителя, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам выходного фильтра, соответствующим входам схемы сравнения, и являются первым и вторым выходами частотного электронного реле, при этом выход схемы сравнения подключен к входу сброса делителя частоты, выход полосового фильтра подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов, а первый и второй выводы накопительного конденсатора подключены к параллельно соединенным шинам питания формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты. In the frequency electronic relay containing a series-connected amplifier, a bandpass filter, a first rectifier, the first and second outputs of which are connected to the corresponding terminals of the storage capacitor, and the bus of the DC power supply, a matching unit is introduced, the input of which is connected to the input bus, and the output is connected to the amplifier input, a rectangular pulse shaper, the output of which is connected to the counting input of the frequency divider, the output of which is connected to the gate of the power transistor, the source of which is connected inen with the first output of the storage capacitor and the negative bus of the DC power supply, and the drain through the primary winding of the power transformer is connected to the positive bus of the DC power supply, the secondary winding of the power transformer is connected in parallel with the inputs of the second rectifier, the first and second outputs of which are connected to the corresponding outputs of the output filter corresponding to the inputs of the comparison circuit, and are the first and second outputs of the frequency electronic relay, while the output we are connected to the reset input of the frequency divider, the output of the bandpass filter is connected to the input of the square-wave pulse shaper, and the first and second conclusions of the storage capacitor are connected to parallel-connected power buses of the square-wave pulse shaper and the frequency divider.

Сопоставительный анализ заявленного изобретения с наиболее близким аналогом выявил отличия, указанные в отличительной части формулы изобретения, что свидетельствует об удовлетворении изобретения условию патентоспособности "новизна". A comparative analysis of the claimed invention with the closest analogue revealed the differences indicated in the characterizing part of the claims, which indicates the satisfaction of the invention, the condition of patentability "novelty".

Проведенный патентный поиск в данной области техники не выявил технических решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения и обеспечивающие указанный технический результат, что свидетельствует об удовлетворении изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень". A patent search in the art did not reveal technical solutions having features matching the distinguishing features of the invention and providing the specified technical result, which indicates the satisfaction of the invention patentability condition "inventive step".

Устройство позволяет обеспечить безопасное функционирование при различных неисправностях самой схемы и входных сигналов, поступающих на данную схему, при большой нагрузочной мощности. The device allows for safe operation in case of various malfunctions of the circuit itself and the input signals arriving at this circuit at high load power.

Предполагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена функциональная схема устройства. The alleged invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the device.

Частотное электронное реле содержит блок согласования 1, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу усилителя 2, выход которого подключен к входу полосового LC-фильтра 3, выход которого подключен к входу первого выпрямителя 4, плюсовой и минусовой выводы которого подключены к соответствующим выводам накопительного конденсатора 5, и параллельно соединенным шинам питания формирователя прямоугольных импульсов 6 и делителя частоты 7, при этом выход полосового фильтра 3 подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов 6, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты 7, выход которого подключен к затвору силового транзистора 8, исток которого соединен с отрицательной шиной источника питания и с минусовым выводом первого выпрямителя 4, а сток соединен с первым выводом первичной обмотки силового трансформатора 9, второй вывод которой соединен с положительной шиной источника питания, вторичная обмотка силового трансформатора 9 подключена параллельно входам переменного тока второго выпрямителя 10, плюсовой и минусовой выводы которого подключены к соответствующим выводам выходного фильтра 11, соответствующим входам схемы сравнения 12, и являются первым и вторым выходами частотного электронного реле, при этом выход схемы сравнения 12 подключен к входу сброса делителя частоты 7. The frequency electronic relay contains a matching unit 1, the input of which is connected to the input bus, and the output is connected to the input of the amplifier 2, the output of which is connected to the input of the bandpass LC filter 3, the output of which is connected to the input of the first rectifier 4, the positive and negative outputs of which are connected to the corresponding conclusions of the storage capacitor 5, and parallel connected power lines of the rectangular pulse shaper 6 and the frequency divider 7, while the output of the bandpass filter 3 is connected to the input of the rectangular pulse shaper owls 6, the output of which is connected to the counting input of the frequency divider 7, the output of which is connected to the gate of the power transistor 8, whose source is connected to the negative bus of the power source and to the negative terminal of the first rectifier 4, and the drain is connected to the first terminal of the primary winding of the power transformer 9, the second terminal of which is connected to the positive bus of the power source, the secondary winding of the power transformer 9 is connected in parallel with the AC inputs of the second rectifier 10, the positive and negative terminals of which are connected cheny to respective terminals of the output filter 11, respective inputs of the comparator circuit 12, and are first and second outputs of the frequency of the electronic switch, the output of the comparison circuit 12 is connected to the reset input of the frequency divider 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

На вход блока согласования 1 поступает сигнал определенной частоты, соответствующей середине полосы пропускания LC-фильтра 3, и скважности, равной 2. Этот сигнал усиливается усилителем 2, проходит через LC-фильтр 3 с минимальным затуханием и через первый выпрямитель 4 заряжает накопительный конденсатор 5, от которого запитывается схема управления силовым ключом, состоящая из формирователя прямоугольных импульсов 6 и делителя частоты 7. С выхода LC-фильтра 3 сигнал поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов 6, с выхода формирователя прямоугольных импульсов 6 сигнал поступает на вход делителя частоты 7, на выходе делителя частоты 7 формируются сигналы, управляющие силовым транзистором 8. Силовой транзистор 8 совместно с силовым трансформатором 9, вторым выпрямителем 10 и выходным фильтром 11 работают в качестве усилителя мощности. The input of the matching unit 1 receives a signal of a certain frequency corresponding to the middle of the passband of the LC filter 3 and a duty cycle of 2. This signal is amplified by amplifier 2, passes through the LC filter 3 with minimal attenuation, and charges the storage capacitor 5 through the first rectifier 4, from which the power key control circuit is powered, consisting of a rectangular pulse shaper 6 and a frequency divider 7. From the output of the LC filter 3, the signal is fed to the input of a rectangular pulse shaper 6, from the output of the shaper rectangular pulses 6, the signal is fed to the input of the frequency divider 7, the signals that control the power transistor 8 are formed at the output of the frequency divider 7. The power transistor 8 together with the power transformer 9, the second rectifier 10 and the output filter 11 work as a power amplifier.

Ввиду того, что устройство отвечает за безопасность движения поездов, в нем обеспечивается повышенная защищенность от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменениях параметров элементов схемы. Due to the fact that the device is responsible for the safety of train traffic, it provides increased protection against a false enable output signal in case of failures and changes in the parameters of circuit elements.

Полосовой LC-фильтр 3 выполнен по схеме со связанными контурами и является вполне надежным элементом, так как при неисправности любого из элементов его схемы сопротивление передачи фильтра резко увеличивается, выходной сигнал устройства становится близким к 0 и устройство переходит в состояние защитного отключения. При исправном LC-фильтре 3 устройство имеет нормальный выходной сигнал на входе формирователя прямоугольных импульсов 6, если он соответствует по частоте полосе пропускания LC-фильтра 3 и скважность его близка к 2, а накопительный конденсатор 5 питания схемы управления силовым ключом заряжен до номинального напряжения. Необходимый уровень напряжения на этом накопительном конденсаторе 5 позволяет работать силовому транзистору 8 от сигналов делителя частоты 7 и преобразовывать энергию через силовой трансформатор 9, второй выпрямитель 10 и выходной фильтр 11 в нагрузку. The band-pass LC filter 3 is made according to a circuit with connected circuits and is a completely reliable element, since if any of the elements of its circuit malfunctions, the filter transmission resistance increases sharply, the output signal of the device becomes close to 0 and the device goes into a protective shutdown state. With a working LC filter 3, the device has a normal output signal at the input of the rectangular pulse shaper 6 if it corresponds in frequency to the passband of the LC filter 3 and its duty cycle is close to 2, and the storage capacitor 5 of the power supply of the power switch control circuit is charged to the rated voltage. The required voltage level on this storage capacitor 5 allows the power transistor 8 to work from the signals of the frequency divider 7 and convert the energy through the power transformer 9, the second rectifier 10 and the output filter 11 into the load.

Чтобы усилитель мощности мог выдавать в нагрузку номинальную мощность, необходимо осуществление двух условий - емкость накопительного конденсатора 5 должна быть заряжена до номинального напряжения и сигнал на входе формирователя прямоугольных импульсов 6 должен соответствовать по частоте полосе пропускания LC-фильтра 3. При невыполнении любого из этих условий схема управления силовым ключом перейдет в состояние защитного отключения и на выходе устройства не будет разрешающего сигнала. In order for the power amplifier to deliver rated power to the load, two conditions must be met: the storage capacitor 5 must be charged to its rated voltage and the signal at the input of the square-wave pulse former 6 must correspond in frequency to the passband of the LC filter 3. If any of these conditions is not met the power switch control circuit will go into a protective shutdown state and there will be no enable signal at the device output.

При превышении выходного напряжения выше определенной нормы срабатывает схема сравнения 12 и с ее выхода поступает сигнал на вход сброса делителя частоты 7 для уменьшения вырабатываемой мощности усилителем мощности. When the output voltage exceeds a certain norm, a comparison circuit 12 is triggered and a signal is output from its output to the reset input of the frequency divider 7 to reduce the power generated by the power amplifier.

Для обеспечивания повышенной защищенности от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменениях параметров элементов схемы между блоками схемы осуществлена гальваническая развязка сигналов: между блоком согласования 1 и усилителем 2 - оптронная, между усилителем 2 с LC-фильтром 3 и формирователем прямоугольных импульсов 6 - трансформаторная, между LC-фильтром 3 и первым выпрямителем 4 - трансформаторная, между схемой управления силовым ключом с силовым транзистором 8 и вторым выпрямителем 10 с выходным фильтром 11 - трансформаторная, между выходным фильтром 11 и схемой сравнения 12 - оптронная. To provide increased protection against a false enable output signal in case of failures and changes in the parameters of circuit elements between the circuit blocks, the signals were galvanically isolated: between the matching unit 1 and the amplifier 2 - optocoupler, between the amplifier 2 with an LC filter 3 and a square-wave pulse shaper 6 - transformer, between the LC filter 3 and the first rectifier 4 - transformer, between the control circuit of the power switch with a power transistor 8 and the second rectifier 10 with the output filter 11 - transformer oh, between the output filter 11 and the comparison circuit 12 - optocoupler.

При неисправностях элементов схемы устройства, в частности обрывах, коротких замыканиях, увеличении сопротивлений резисторов, генерации на высокой частоте неисправных усилительных элементов происходит изменение параметров частотного сигнала, приводящее к переходу устройства в состояние защитного отключения. In case of malfunctions of the circuit elements of the device, in particular breaks, short circuits, an increase in the resistance of the resistors, generation of high-frequency faulty amplifying elements, a change in the frequency signal parameters occurs, which leads to the transition of the device into a protective shutdown state.

Чувствительность схемы устройства к изменению параметров частотного сигнала обеспечена за счет узкой полосы LC-фильтра и крутой зависимости работы схемы управления силовым ключом от частоты сигнала на его входе. Схема управления силовым ключом выполнена на микросхемах 564ЛН2, 564ТМ2. Силовой транзистор типа КП707А. Блок согласования выполнен на оптроне АОД101Е. The sensitivity of the device circuit to changes in the parameters of the frequency signal is provided due to the narrow band of the LC filter and the steep dependence of the operation of the power key control circuit on the frequency of the signal at its input. The power switch control circuit is made on 564LN2, 564TM2 microcircuits. Power transistor type KP707A. The matching unit is made on an AOD101E optocoupler.

Claims

A frequency electronic relay containing a series-connected amplifier, a bandpass filter, a first rectifier, the first and second outputs of which are connected to the corresponding terminals of the storage capacitor, and a DC power supply bus, characterized in that a matching unit is inserted into it, the input of which is connected to the input bus and the output is connected to the input of the amplifier, a rectangular pulse shaper, the output of which is connected to the counting input of the frequency divider, the output of which is connected to the gate of the power trans a store, the source of which is connected to the first output of the storage capacitor and the negative bus of the DC power supply, and the drain through the primary winding of the power transformer is connected to the positive bus of the DC power supply, the secondary winding of the power transformer is connected in parallel with the inputs of the second rectifier, the first and second outputs of which are connected to the corresponding outputs of the output filter, the corresponding inputs of the comparison circuit and are the first and second outputs of the frequency electronic the relay, while the output of the comparison circuit is connected to the reset input of the frequency divider, the output of the bandpass filter is connected to the input of the square-wave pulse generator, and the first and second conclusions of the storage capacitor are connected to parallel-connected power buses of the square-wave pulse generator and the frequency divider.