RU2208864C1

RU2208864C1 - Frequency relay

Info

Publication number: RU2208864C1
Application number: RU2002104466/09A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Варганов
Original assignee: ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: relay that functions as frequency-raising and frequency-reducing apparatus has series-connected isolating transformer, frequency filter, voltage divider, first zero-level threshold unit, differentiating member, first pulse shaper producing pulses whose length equals reference-frequency signal quarter- cycle, and first AND gate; series-connected frequency-dependent phase-shifting member whose input is connected to output of frequency filter and second zero-level threshold unit; second AND gate; reference-frequency signal quarter-cycle delay circuit; series- connected reversing counter whose addition input is connected to output of AND gate, subtracter whose input is connected to output of second AND gate, and memory register whose output is connected through double-threshold comparator to input of final element. Device also has series-connected monostable multivibrator whose output is connected to input of memory register zero-setting input, and clock generator, as well as series- connected second pulse shaper and second OR gate. EFFECT: enlarged functional capabilities. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле частоты. The invention relates to electrical engineering and can be used as a frequency relay.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1]. A device is known that contains a series-connected clock pulse generator, a binary pulse counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле частоты. The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow its use as a frequency relay.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, первый частотно-зависимый элемент, первый пороговый блок, элемент ЗАПРЕТ, расширитель импульсов, усилитель и исполнительный элемент, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, а выход - через ключ соединен со вторым входом первого порогового блока, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй пороговый блок и дифференцирующий элемент, выход которого соединен со вторым входом дифференцирующего элемента, а также пусковой элемент, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход - соединен со вторым входом расширителя импульсов [2]. The closest in technical essence to the claimed is a device containing a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a first frequency-dependent element, a first threshold block, an element BAN, a pulse expander, an amplifier and an executive element, a second frequency-dependent element, the input of which is connected to the output of the frequency filter, and the output through the key is connected to the second input of the first threshold block, a voltage divider connected in series, the input of which is connected to the output a frequency filter, a second threshold unit and differentiating element, the output of which is connected to the second input of the differentiating element and the trigger element having an input connected to the output isolation transformer and an output - is connected to the second input of the pulse expander [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты. The disadvantage of the closest technical solution is its relatively functional capabilities, since it can simultaneously operate either as a frequency lowering relay or as a frequency increasing relay.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты. The required technical result is to expand the functionality by ensuring the simultaneous performance of the functions of the relay increase and decrease frequency.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, делитель напряжения, первый пороговый блок с нулевым пороговым уровнем и дифференцирующий элемент, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, и второй пороговый блок с нулевым пороговым уровнем, кроме того, исполнительный элемент, введены первый формирователь импульсов с длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты, вход синхронизации которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, а выход - с первым входом первого элемента И, и элементом задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а второй вход - с выходом упомянутого второго порогового блока и со вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, а вход вычитания - с выходом второго элемента И, регистр памяти, двухпороговый компаратор и исполнительный элемент, последовательно соединенные одновибратор, вход которого соединен с входом запуска реле, а выход - со входом установки в ноль регистра памяти и вторым входом первого элемента ИЛИ, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, кроме того, второй формирователь импульсов по заднему фронту его входных сигналов, вход которого соединен с выходом упомянутого элемента задержки, а выход - с входом управления записью регистра памяти и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика. Кроме того, двухпороговый компаратор содержит третий и четвертый пороговые блоки и второй элемент ИЛИ, выход которого является выходом двухпорогового компаратора, а его первый и второй входы соединены с выходами третьего и четвертого пороговых блоков, соответственно, входы которых объединены и образуют вход двухпорогового компаратора. Кроме того, между выходом первого элемента ИЛИ и входом установки в ноль реверсивного счетчика введен дополнительный элемент задержки. Кроме того, установка реверсивного счетчика в ноль осуществляется по заднему фронту импульса с выхода упомянутого второго формирователя импульсов, а управлению записью регистра памяти - передним фронтом указанного импульса. Кроме того, исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом двухпорогового компаратора. This technical result is achieved by the fact that in a device containing a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a voltage divider, a first threshold block with a zero threshold level and a differentiating element, series-connected frequency-dependent phase-shifting element, the input of which is connected to the output of the frequency filter, and a second threshold block with a zero threshold level, in addition, an actuator, a first pulse shaper with a duration of a quarter period from a reference frequency needle whose synchronization input is connected to the output of the differentiating element, and the output is connected to the first input of the first element And, and a delay element for a quarter of the period of the signal of the reference frequency, the second element And, the first input of which is connected to the output of the said delay element, and the second input - with the output of the said second threshold block and with the second input of the first element And, a reversible counter is connected in series, the addition of which is connected to the output of the first element And, and the subtraction input is connected to the output m of the second AND element, a memory register, a two-threshold comparator and an actuator, a one-shot oscillator connected in series, the input of which is connected to the relay start input, and the output - with the memory input set to zero and the second input of the first OR element, and a clock pulse generator, the output of which connected to the third inputs of the first and second elements And, in addition, the second pulse shaper on the trailing edge of its input signals, the input of which is connected to the output of the delay element, and the output to the input of the control Lenia recording memory register and a first input of a first OR gate whose output is connected to an input of setting to zero the down counter. In addition, the two-threshold comparator contains a third and fourth threshold blocks and a second OR element, the output of which is the output of the two-threshold comparator, and its first and second inputs are connected to the outputs of the third and fourth threshold blocks, respectively, whose inputs are combined and form the input of the two-threshold comparator. In addition, an additional delay element is introduced between the output of the first OR element and the input of the zero setting of the reverse counter. In addition, the installation of the reverse counter to zero is carried out on the trailing edge of the pulse from the output of the second pulse shaper, and the memory register is controlled by the leading edge of the specified pulse. In addition, the actuating element is made in the form of a relay with a make contact, the winding of which is directly or through an amplifier connected to the output of a two-threshold comparator.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема частотного реле; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 is an electrical block diagram of a frequency relay; figure 2 - timing diagrams explaining his work.

Частотное реле (фиг. 1) содержит последовательно соединенные разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2, делитель 3 напряжения, первый пороговый блок 4 с нулевым пороговым уровнем, дифференцирующий элемент 5, первый формирователь 6 импульсов длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты и первый элемент 7 И, последовательно соединенные частотно-зависимый фазосдвигающий элемент 8, вход которого соединен с выходом частотного фильтра 2 и второй пороговый блок 9 с нулевым пороговым уровнем, второй элемент 10 И, первый вход которого через элемент 11 задержки на четверть периода сигнала эталонной частоты соединен с выходом первого формирователя 6 импульсов, а второй вход соединен со вторым входом первого элемента 7 И и с выходом второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем, последовательно соединенные реверсивный счетчик 12, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента 7 И, а вход вычитания - соединен с выходом второго элемента И 10, регистр 13 памяти, выход которого через двухпороговый компаратор 14 соединен со входом исполнительного элемента 15. Двухпороговый компаратор 14 включает третий 16 и четвертый 17 пороговые блоки, входы которых соединены с выходом регистра 13 памяти, а выходы соединены с первым и вторым входами второго элемента 18 ИЛИ, выход которого соединен со входом исполнительного элемента 15. Устройство также содержит последовательно соединенные одновибратор 19, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра 13 памяти, и генератор 20 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен с третьими входами первого 7 и второго 10 элементов И, а также последовательно соединенные второй формирователь 21 импульсов, вход которого соединен с выходом элемента 11 задержки, а выход - соединен с входом управления записью регистра 13 памяти, и первый элемент ИЛИ 22, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 19 и входом установки в ноль регистра 13 памяти, а выход - соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 12. The frequency relay (Fig. 1) contains a series-connected isolation transformer 1, a frequency filter 2, a voltage divider 3, a first threshold unit 4 with a zero threshold level, a differentiating element 5, a first pulse shaper 6 of a quarter-period of the signal of the reference frequency and the first element 7 And, the frequency-dependent phase-shifting element 8, the input of which is connected to the output of the frequency filter 2 and the second threshold block 9 with a zero threshold level, the second element 10 AND, the first input or through a delay element 11 for a quarter of the period of the signal, the reference frequency is connected to the output of the first pulse shaper 6, and the second input is connected to the second input of the first element 7 AND and to the output of the second threshold block 9 with a zero threshold level, the reversible counter 12 is connected in series, the addition input which is connected to the output of the first element 7 And, and the subtraction input is connected to the output of the second element And 10, the memory register 13, the output of which through a two-threshold comparator 14 is connected to the input of the actuating element 1 5. The two-threshold comparator 14 includes a third 16 and a fourth 17 threshold blocks, the inputs of which are connected to the output of the memory register 13, and the outputs are connected to the first and second inputs of the second OR element 18, the output of which is connected to the input of the actuating element 15. The device also contains series-connected a single vibrator 19, the output of which is connected to the zero setting of the memory register 13, and a clock generator 20 (GTI), the output of which is connected to the third inputs of the first 7 and second 10 I elements, and also in series with the second pulse shaper 21, the input of which is connected to the output of the delay element 11, and the output is connected to the recording control input of the memory register 13, and the first OR element 22, the second input of which is connected to the output of the one-shot 19 and the input of the zero register 13 of the memory, and the output is connected to the installation input to zero of the reverse counter 12.

Исполнительный элемент 15 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом первого элемента ИЛИ 18. Первый формирователь 6 импульсов длительностью в четверть периода сигнала эталонной частоты по короткому импульсу с выхода дифференцирующего элемента 5 формирует на своем выходе импульс, длительностью половину периода промышленной частоты. Второй формирователь 20 импульсов формирует короткий импульс по заднему фронту импульса, поступающего на его вход с выхода элемента 11 задержки. Разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2 и делитель напряжения 3 могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе, а пример конструктивного выполнения частотно-зависимого фазосдвигающего элемента 8 приведен в [2, стр. 52, рис. 1.14]. Первый 4 и второй 9 пороговые блоки с нулевым пороговым уровнем являются аналоговыми компараторами, а третий 16 и четвертый 17 пороговые блоки - цифровыми компараторами. Остальные блоки являются стандартными элементами электронной техники. The actuating element 15 can be made in the form of a relay with a make contact, the winding of which is directly or through an amplifier connected to the output of the first OR element 18. The first pulse shaper 6 lasting a quarter of the period of the reference frequency signal for a short pulse from the output of the differentiating element 5 generates at its output impulse, half the period of industrial frequency. The second pulse shaper 20 generates a short pulse at the trailing edge of the pulse received at its input from the output of the delay element 11. The isolation transformer 1, the frequency filter 2 and the voltage divider 3 can have the same design as in the prototype, and an example of the design of the frequency-dependent phase-shifting element 8 is given in [2, p. 52, Fig. 1.14]. The first 4 and second 9 threshold blocks with a zero threshold level are analog comparators, and the third 16 and fourth 17 threshold blocks are digital comparators. The remaining blocks are standard elements of electronic equipment.

На фиг.2 представлены сигналы на выходе частотного фильтра 2 (фиг.2,а), на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем (фиг.2,б), на выходе второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем (фиг.2,в), на выходе реверсивного счетчика 12 (фиг.2,г) и второго элемента ИЛИ 18 (фиг. 2,д). Figure 2 presents the signals at the output of the frequency filter 2 (Fig. 2, a), at the output of the first threshold block 4 with a zero threshold level (Fig. 2, b), at the output of the second threshold block 9 with a zero threshold level (Fig. 2c), at the output of the reversible counter 12 (FIG. 2, d) and the second element OR 18 (FIG. 2, d).

Частотное реле работает следующим образом. The frequency relay operates as follows.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе, на вход одновибратора 19, который вырабатывается одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 20, на вход установки в нулевое состояние регистра 13 памяти и через первый элемент ИЛИ 22 - на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12. When you turn on the device, power is supplied to all its elements, including the input of a single-shot 19, which produces a single pulse, which is input to the start of the GTI 20, to the input of the unit to the zero state of memory register 13 and through the first element OR 22 to the installation input to zero of the reverse counter 12.

На вход разделительного трансформатора 1 поступает входной сигнал, из которого частотный фильтр 2 устраняет влияние высших гармоник (фиг.2,а). Поэтому на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2,б), длительность которых равна четверти периода входного сигнала, равного или близкого промышленной частоте. Дифференцирующий элемент 5 формирует короткие импульсы из передних фронтов его входной последовательности, а первый формирователь 6 импульсов преобразует их в импульсы длительностью в четверть периода сигнала промышленной частоты. Сформированные импульсы поступают на вход первого элемента И 7. Те же импульсы, но сдвинутые на четверть периода элементом задержки 11, поступают на вход второго элемента И 10. At the input of the isolation transformer 1 receives an input signal from which the frequency filter 2 eliminates the influence of higher harmonics (figure 2, a). Therefore, at the output of the first threshold block 4 with a zero threshold level, a sequence of rectangular pulses is formed (Fig. 2, b), the duration of which is equal to a quarter of the period of the input signal equal to or close to the industrial frequency. The differentiating element 5 generates short pulses from the leading edges of its input sequence, and the first pulse shaper 6 converts them into pulses lasting a quarter of the period of the industrial frequency signal. The generated pulses are fed to the input of the first element And 7. The same pulses, but shifted by a quarter of the period by the delay element 11, are fed to the input of the second element And 10.

Одновременно с этим выходной сигнал частотного фильтра 2 поступает на вход частотно-зависимого фазосдвигающего элемента 8. В зависимости от отклонения частоты первой гармоники входного сигнала от промышленной частоты, частотно-зависимый фазосдвигающий элемент 8 производит сдвиг фазы сигнала в положительную или отрицательную сторону, поэтому на выходе второго порогового блока 9 с нулевым пороговым уровнем формируется последовательность импульсов (фиг.2,в), которая отличается от последовательности импульсов на выходе первого порогового блока 4 с нулевым пороговым уровнем положением на временной оси относительно импульсов входной последовательности. At the same time, the output signal of the frequency filter 2 is fed to the input of a frequency-dependent phase-shifting element 8. Depending on the deviation of the frequency of the first harmonic of the input signal from the industrial frequency, the frequency-dependent phase-shifting element 8 shifts the phase of the signal in the positive or negative direction, therefore, at the output a second threshold block 9 with a zero threshold level, a pulse sequence is formed (figure 2, c), which differs from the pulse sequence at the output of the first threshold block 4 with a zero threshold level position on the time axis relative to the pulses of the input sequence.

В результате, через первый элемент И 7 на суммирующий вход реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы ГТИ 20 в течение интервала совпадения первой половины полупериода входного сигнала со сдинутым (частотно-зависимым фазосдвигающим элементом 8) сигналом. Аналогично на вычитающий вход реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы ГТИ 20 в течение интервала совпадения второй половины полупериода входного сигнала со сдинутым (частотно-зависимым фазосдвигающим элементом 8) сигналом. В зависимости от направления сдвига частоты входного сигнала по окончании второй половины полупериода входного сигнала на выходе реверсивного счетчика 12 сформируется положительный или отрицательный сигнал, амплитуда которого пропорциональна сдвигу частоты входного сигнала от номинальной промышленной частоты. Сформированный в реверсивном счетчике 12 сигнал в цифровом виде переписывается в регистр 13 памяти, а содержимое реверсивного счетчика 12 обнуляется. Это осуществляется по сигналу второго формирователя 21, который вырабатывает короткий импульс по заднему фронту импульса с выхода элемента 11 задержки. Этот импульс поступает на вход управления записью регистра 13 памяти и через первый элемент ИЛИ 22 на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12. Для синхронного управления процессами записи и обнуления, соответствующие управляющие входы возбуждаются либо разными фронтами импульса, либо на входе установки в ноль реверсивного счетчика 12 вводится элемент задержки. As a result, through the first element And 7, the counting pulses of the GTI 20 arrive at the summing input of the reverse counter 12 during the interval of coincidence of the first half of the input signal half-period with the shifted (frequency-dependent phase-shifting element 8) signal. Similarly, the subtracting input of the reversible counter 12 receives the counting pulses of the GTI 20 during the interval of coincidence of the second half of the input signal half-cycle with the shifted (frequency-dependent phase-shifting element 8) signal. Depending on the direction of the frequency shift of the input signal, at the end of the second half of the input signal half-cycle, a positive or negative signal will be generated at the output of the counter 12, the amplitude of which is proportional to the frequency shift of the input signal from the rated industrial frequency. The signal generated in the reverse counter 12 is digitally written into the memory register 13, and the contents of the reverse counter 12 are reset. This is carried out by the signal of the second driver 21, which generates a short pulse along the trailing edge of the pulse from the output of the delay element 11. This pulse is fed to the recording control input terminal of memory register 13 and through the first OR element 22 to the zero input of the reversible counter 12. For synchronous control of the recording and zeroing processes, the corresponding control inputs are excited either by different edges of the pulse or at the zero of the reverse counter by the installation 12, a delay element is introduced.

Сигнал регистра 13 памяти сравнивается с верхним пороговым уровнем в третьем пороговом блоке 16 и с нижним пороговым уровнем в четвертом пороговом блоке 17. При выходе сигнала регистра 13 памяти за эти пороги на выходе третьего порогового блока 16 или четвертого порогового блока 17 формируется сигнал с уровнем логической единицы, который проходит через второй элемент ИЛИ 18 на вход исполнительного элемента 15. Реле частоты срабатывает. При возвращении частоты входного сигнала в допустимые пределы отклонения от промышленной частоты на выходах третьего 16 или четвертого 17 пороговых блоков сигналы с уровнем логической единицы не образуются и реле частоты переходит или остается в исходном состоянии. The signal of the memory register 13 is compared with the upper threshold level in the third threshold block 16 and with the lower threshold level in the fourth threshold block 17. Upon the output of the signal of the memory register 13 for these thresholds, a signal with a logic level is generated at the output of the third threshold block 16 or the fourth threshold block 17 unit that passes through the second element OR 18 to the input of the actuating element 15. The frequency relay is tripped. When the frequency of the input signal returns to the acceptable limits of deviation from the industrial frequency at the outputs of the third 16 or fourth 17 threshold blocks, signals with a logic unit level are not generated and the frequency relay switches or remains in its original state.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку оно позволяет одновременно реагировать на недопустимые отклонения частоты входного сигнала как в сторону повышения, так и в сторону понижения. Thus, thanks to the introduction of new blocks and connections, the functionality of the frequency relay is expanded, since it allows you to simultaneously respond to unacceptable deviations of the frequency of the input signal both upward and downward.

Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. /Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с. 390, рис. 35.10.Sources of information
1. Electrical reference book, in 4 volumes, t.2. Electrical products and devices. / Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - M.: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, fig. 35.10.

2. В. А. Андреев. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, 1991, с.122, рис.3.29 (прототип). 2. V. A. Andreev. Relay protection and automation of power supply systems. M .: Higher school, 1991, p.122, fig.3.29 (prototype).

Claims

1. A frequency relay comprising a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a voltage divider, a first threshold block with a zero threshold level and a differentiating element, series-connected frequency-dependent phase-shifting element, the input of which is connected to the output of the frequency filter, and a second threshold block with a zero threshold level, in addition, an actuator, characterized in that the first pulse shaper is introduced with a duration of a quarter of the period of the signal of the reference frequency the synchronization input of which is connected to the output of the differentiating element, and the output - with the first input of the first element And and the delay element for a quarter of the period of the signal of the reference frequency, the second element And, the first input of which is connected to the output of the said delay element, and the second input - with the output of the aforementioned the second threshold block and with the second input of the first element And, a reversible counter connected in series, the addition of which is connected to the output of the first element And, and the subtraction input - with the output of the second element And, reg a memory page, a two-threshold comparator and an actuator, a second pulse shaper on the trailing edge of its input signals, the input of which is connected to the output of the delay element, and the output is to the memory register write control input and to the first input of the first OR element, the output of which is connected to the input setting the reverse counter to zero, in addition, one-shot in series, the input of which is connected to the relay start input, and the output - with the setting input to zero memory register and the second input of the first e ementa OR, and clock generator, whose output is connected to the third inputs of the first and second elements I.

2. The relay according to claim 1, characterized in that the two-threshold comparator contains a third and fourth threshold blocks and a second OR element, the output of which is the output of a two-threshold comparator, and its first and second inputs are connected to the outputs of the third and fourth threshold blocks, respectively, the inputs which are combined and form the input of a two-threshold comparator.

3. The relay according to claim 1 or 2, characterized in that an additional delay element is introduced between the output of the first OR element and the installation input to zero of the reverse counter.

4. The relay according to claim 1 or 2, characterized in that the reverse counter is set to zero on the trailing edge of the pulse from the output of the second pulse shaper, and the memory register is controlled by the leading edge of the specified pulse.

5. Relay according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the actuating element is made in the form of a relay with a make contact, the winding of which is directly or through an amplifier connected to the output of a two-threshold comparator.