RU2231157C1 - Реле разности частот - Google Patents

Abstract

Использование: в качестве реле разности частот при подстройке синхронизируемого сигнала к входному. Сущность изобретения - реле разности частот содержит измеритель частоты входного сигнала, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, умножитель на постоянный коэффициент, два компаратора, два исполнительных элемента, измерители амплитуды синхронизируемого и входного сигналов, алгебраический сумматор, инвертор, делитель, перемножитель. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, поскольку реле реагирует на относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов, и в повышении точности, поскольку исключается влияние нестабильности амплитуд синхронизируемого и входного сигналов. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности частот сети и генератора, работающего, в частности, в условиях нестабильности амплитуды сигнала сети и генератора.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности частот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполняющие функции измерителя амплитуды напряжения, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются соответственно клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся соответственно инвертором и компаратором, входы которых соединены с выходом алгебраического сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей, соответственно умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, и первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго операционных усилителей [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки частоты генератора к частоте сети, но не вырабатывает сигналов недопустимого рассогласования частот входного и синхронизируемого сигналов при заданной относительной допустимой величине их рассогласования. Кроме того, известное устройство обладает относительно низкой точностью в условиях нестабильности напряжения сети и генератора.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход “меньше” соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом выход “больше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

U₀=A₀/f₀, U₁=A₁/f₁,

где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала;

U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала;

f₀ - частота входного сигнала;

f₁ - частота синхронизируемого сигнала;

A₀, A₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно, а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигнал в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и A₁ соответственно.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот; на фиг.2 - то же измерителя частоты.

Реле разности частот (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала, умножитель 2 на постоянный коэффициент, первый компаратора 3 и первый исполнительный элемент 4, последовательно соединенные измеритель 5 частоты синхронизируемого сигнала, блок деления 6 и перемножитель 7, алгебраический сумматор 8, вход сложения и вход вычитания которого соединены соответственно с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала и выходом перемножителя 7, последовательно соединенные инвертор 9, вход которого соединен с выходом умножителя 2 на постоянный коэффициент, второй компаратор 10, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора 3 и выходом алгебраического сумматора 8, и второй исполнительный элемент 11, а также измеритель 12 амплитуды входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 1 частоты входного сигнала, а выход соединен с вторым входом перемножителя 7, и измеритель 13 амплитуды синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя 5 частоты синхронизируемого сигнала, а выход соединен со вторым входом блока деления 6, который является входом делителя.

Измерители 1 и 5 частоты (фиг.2) могут быть выполнены в виде усилителя 14, в выходной цепи которого включен резонансный контур 15, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви (спада) его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала.

Первый 4 и второй 5 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего компаратора 3, 10.

Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания элементов на чертеже не показаны как несущественные в рамках данной заявки.

Работает реле разности частот следующим образом.

При включении реле на выходе измерителя 1 формируется сигнал U₀=A₀/f₀, величина которого обратно пропорциональна частоте входного сигнала 1/f₀, а на выходе измерителя 5 - сигнал U₁=A₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. Одновременно с этим измеритель 12 вырабатывает сигнал, пропорциональный A₀, а измеритель 13 - пропорционально амплитуде A₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 8 формируется относительная величина разности частот

A₀/f₀-A₁А₀/A₁f₁=A₀(f₁-f₀)/f₀·f₁ ≈ A₀(f₁-f₀)/f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ , так как f₀ ≈ f₁.

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в умножителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Тогда в первом компараторе 3 сравниваются величины A₀(f₁-f₀)/f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ и A₀K/f₀, а во втором компараторе 10 сравниваются величины А₀(f₁-f₀)/f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ и A₀K/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 9 значение сигнала с выхода умножителя 2.

Первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота синхронизируемого сигнала f₁ превысит допустимое отклонение от частоты входного f₀ в большую сторону на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 11 - когда частота входного сигнала недопустимо отклонится в меньшую сторону.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно реагирует на недопустимое относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов, а не только на абсолютные величины рассогласований, что необходимо для ряда технологических процессов. Кроме того, повышается точность работы реле, поскольку исключается влияние нестабильности амплитуды синхронизируемого и входного сигналов.

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.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 355, рис. 12.16.

Claims (1)

1. Реле разности частот, содержащее измеритель амплитуды синхронизируемого сигнала, измеритель амплитуды входного сигнала, алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, отличающееся тем, что введены измеритель частоты входного сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с входом сложения алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, вход которого соединен с входом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с входом делимого блока деления, вход делителя которого соединен с выходом измерителя амплитуды синхронизируемого сигнала, а выход - с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя амплитуды входного сигнала, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход “Меньше” соединен с входом второго исполнительного элемента, при этом выход “Больше” первого компаратора соединен с входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями

   U₀=A₀/f₀; U₁=A₁/f₁,

   где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала;

   U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала;

   f_о - частота входного сигнала;

   f₁ - частота синхронизируемого сигнала;

   А₀, А₁ - масштабные коэффициенты, пропорциональные амплитудам входного и синхронизируемого сигналов соответственно,

   а измерители амплитуды входного и синхронизируемого сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в величины, пропорциональные их амплитудам и равные масштабным коэффициентам А₀ и А₁ соответственно.

Images