RU2231853C1

RU2231853C1 - Frequency relay

Info

Publication number: RU2231853C1
Application number: RU2002133105/09A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Кычкин (RU); В.Ф. Кычкин
Original assignee: ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: given frequency relay incorporates isolation transformer, frequency filter, two pulse formers, two formers of short pulses by difference of input voltage, five AND gates, frequency-dependent element, two NOT gates, two actuating elements, two pulse stretchers. Frequency-dependent element is intended to form signal which amplitude decreases proportionally to value of modulus of deviation of frequency of input voltage from nominal and phase changes proportionally to value and sign of deviation of frequency of input voltage from nominal.

EFFECT: expanded functional capabilities of frequency relay.

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 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 формирователь импульсов, 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 формирователя импульсов, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй формирователь импульсов и формирователь коротких импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ЗАПРЕТ, 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 pulse shaper, an element BAN, a pulse expander, an amplifier and an actuator, 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 pulse shaper, a voltage divider connected in series, the input of which oedinen yield a frequency filter, a pulse shaper and the second short-pulse, the output of which is connected to a second inverted input element as well as 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 raising and lowering the frequency.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, частотно-зависимый элемент и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные второй формирователь импульсов и первый формирователь коротких импульсов, кроме того, первый исполнительный элемент, введены последовательно соединенные второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход - со входом первого расширителя импульсов, выход которого через первый элемент НЕ соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные третий элемент И и второй расширитель импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, а также последовательно соединенные второй элемент НЕ, вход которого соединен с входом первого формирователя коротких импульсов и с первым входом третьего элемента И, четвертый элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход четвертого элемента И соединен со входом третьего расширителя импульсов, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, а выход - со входом второго исполнительного элемента, при этом, выход частотного фильтра соединен с входом второго формирователя импульсов, при этом частотно-зависимый элемент предназначен для формирования сигнала, амплитуда которого уменьшается пропорционально величине модуля отклонения частоты входного напряжения от номинальной, а фаза изменяется пропорционально величине и знаку отклонения частоты входного напряжения от номинальной.This technical result is achieved by the fact that in a device containing a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a frequency-dependent element and a first pulse shaper, a second pulse shaper and a first short pulse shaper are connected in series, in addition, the first actuator is connected in series with the second short pulse shaper, the input of which is connected to the output of the first pulse shaper, and the output is connected to the first input of the first ele ment And, the second input of which is connected to the output of the first short pulse shaper, and the output - with the input of the first pulse expander, the output of which through the first element is NOT connected to the first input of the second element And, the output of which is connected to the input of the first actuating element, the third element is connected in series And the second pulse extender, the output of which is connected to the second input of the second element And, as well as the second element NOT connected in series, the input of which is connected to the input of the first driver short pulses and with the first input of the third element And, the fourth element And, the first input of which is connected to the output of the second element NOT, the second input of which is connected to the second input of the third element And with the output of the second shaper, and the output of the fourth element And is connected to the input a third pulse expander, the output of which is connected to the first input of the fifth element AND, the second input of which is connected to the output of the first element NOT, and the output - to the input of the second actuator, while the output of the frequency phi tra connected to the input of the second pulse generator, wherein the frequency dependent element is designed to generate a signal whose amplitude is reduced in proportion to the magnitude of the input voltage of the module of the frequency deviation from nominal, and the phase changes in proportion to the magnitude and sign of the frequency deviation from the nominal input voltage.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема частотного реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Figure 1 presents the electrical structural diagram of a frequency relay, figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

Частотное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2, частотно-зависимый элемент 3 и первый формирователь 4 импульсов, последовательно соединенные второй формирователь 5 импульсов и первый формирователь 6 коротких импульсов, а также первый исполнительный элемент 7, последовательно соединенные второй формирователь 8 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого формирователя 4 импульсов, первый элемент И 9, первый расширитель 10 импульсов, первый элемент НЕ 11 и второй элемент И 12, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента 7, последовательно соединенные третий элемент И 13 и второй расширитель 14 импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 12, а также последовательно соединенные второй элемент НЕ 15, вход которого соединен с входом первого формирователя 6 коротких импульсов, с выходом второго формирователя 5 импульсов и с первым входом третьего элемента И 13, четвертый элемент И 16, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И 13 и с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, третий расширитель 17 импульсов, пятый элемент И 18, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ 4, и второй исполнительный элемент 19, при этом, выход частотного фильтра 2 соединен с входом второго формирователя 5 импульсов.The frequency relay (Fig. 1) contains a series-connected isolation transformer 1, a frequency filter 2, a frequency-dependent element 3 and a first pulse shaper 4, serially connected a second pulse shaper 5 and a first short pulse shaper 6, as well as a first actuator 7, in series connected to the second driver 8 short pulses, the input of which is connected to the output of the first driver 4 pulses, the first element And 9, the first expander 10 pulses, the first element is NOT 11 and the second electronic element And 12, the output of which is connected to the input of the first actuating element 7, the third element And 13 and the second pulse expander 14 connected in series, the output of which is connected to the second input of the second element And 12, as well as the second element HE 15 connected in series, the input of which is connected to the input of the first driver 6 short pulses, with the output of the second driver 5 pulses and with the first input of the third element And 13, the fourth element And 16, the second input of which is connected to the second input of the third element And 13 and the output to the second shaper 8 short pulses, the third expander 17 pulses, the fifth element And 18, the second input of which is connected to the output of the first element HE 4, and the second actuator 19, while the output of the frequency filter 2 is connected to the input of the second shaper 5 pulses.

Исполнительные элементы 7 и 19 могут быть выполнены в виде реле, обмотки которых непосредственно или через усилитель соединены с выходами второго 12 и пятого 18 элементов И, соответственно. Первый 4 и второй 5 формирователи импульсов могут быть выполнены в виде компараторов с нулевым порогом. Первый 6 и второй 8 формирователи коротких импульсов вырабатывают на своем выходе короткий импульс по перепаду входного напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Длительность импульса пропорциональна допустимой величине сдвига частоты входного напряжения от своего номинального значения. Первый 10, второй 14 и третий 17 расширители импульсов формируют на своем выходе импульсы длительностью в период частоты входного напряжения. Разделительный трансформатор 1, частотный фильтр 2 могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе, а пример конструктивного выполнения частотно-зависимого элемента 3 приведен в [2, стр.52, рис.1.14]. Остальные блоки являются стандартными элементами электронной техники.Actuators 7 and 19 can be made in the form of relays, the windings of which are directly or through an amplifier connected to the outputs of the second 12 and fifth 18 elements And, respectively. The first 4 and second 5 pulse shapers can be made in the form of comparators with a zero threshold. The first 6 and second 8 short-pulse shapers generate at their output a short pulse by the difference in input voltage from the level of logical zero to the level of a logical unit. The pulse duration is proportional to the permissible value of the frequency shift of the input voltage from its nominal value. The first 10, second 14 and third 17 pulse expanders generate pulses of output duration in the period of the input voltage frequency at their output. Isolation transformer 1, frequency filter 2 can have the same design as in the prototype, and an example of the structural implementation of the frequency-dependent element 3 is given in [2, p. 52, Fig. 1.14]. The remaining blocks are standard elements of electronic technology.

На фиг.2 представлены сигналы U5 на выходе второго формирователя 5 (фиг 2, а), U4 на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, б) при совпадении частоты входного напряжения с номинальной частотой, на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, в) при отклонении частоты входного напряжения от номинальной частоты в сторону увеличения, на выходе первого формирователя 4 (фиг 2, г) при отклонении частоты входного напряжения от номинальной частоты в сторону уменьшения. Заштрихованные части импульсов соответствуют длительности и временному положению импульсов, вырабатываемых формирователями 6 и 8 коротких импульсов, установленных на выходах соответствующих формирователей 5 и 4.Figure 2 presents the signals U5 at the output of the second shaper 5 (Fig 2, a), U4 at the output of the first shaper 4 (Fig 2, b) when the input voltage frequency coincides with the rated frequency, at the output of the first shaper 4 (Fig 2, c ) when the frequency of the input voltage deviates from the nominal frequency in the direction of increase, at the output of the first driver 4 (Fig. 2d) when the frequency of the input voltage deviates from the nominal frequency in the direction of decrease. The shaded parts of the pulses correspond to the duration and temporary position of the pulses generated by the shapers 6 and 8 of short pulses installed at the outputs of the respective shapers 5 and 4.

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

На вход разделительного трансформатора 1 поступает входное напряжение, частота которого в нормальных условиях соответствует требуемой номинальной частоте. Частотный фильтр 2 устраняет влияние высших гармоник, поэтому на выходе первого формирователя 5 (например, компаратора с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2, а), длительность которых равна половине периода входного напряжения.An input voltage is supplied to the input of the isolation transformer 1, the frequency of which under normal conditions corresponds to the required nominal frequency. The frequency filter 2 eliminates the influence of higher harmonics, therefore, at the output of the first driver 5 (for example, a comparator with a zero threshold level) a sequence of rectangular pulses is formed (Fig. 2, a), the duration of which is equal to half the period of the input voltage.

Одновременно с этим выходной сигнал частотного фильтра 2 поступает на вход частотно-зависимого элемента 3. В зависимости от отклонения частоты первой гармоники входного сигнала от номинальной, частотно-зависимый элемент 3 производит сдвиг фазы напряжения в сторону отставания или опережения. Примером выполнения такого частотно-зависимого элемента является контур, резонансная частота которого соответствует номинальной частоте. Поэтому на выходе первого формирователя 4 (например, компаратора с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность импульсов (фиг.2, б-г), которая в случае отклонения частоты от номинальной может отличаться от последовательности импульсов на выходе второго формирователя 5 положением на временной оси.At the same time, the output signal of the frequency filter 2 is fed to the input of the frequency-dependent element 3. Depending on the deviation of the frequency of the first harmonic of the input signal from the nominal, the frequency-dependent element 3 produces a phase shift of the voltage in the direction of lagging or leading. An example of such a frequency-dependent element is a circuit whose resonant frequency corresponds to the nominal frequency. Therefore, at the output of the first driver 4 (for example, a comparator with a zero threshold level), a pulse sequence is formed (Fig. 2, b-d), which in the case of a frequency deviation from the nominal one may differ from the pulse sequence at the output of the second driver 5 by the position on the time axis.

По фронту каждого из импульсов на выходах первого 4 и второго 5 формирователей в соответствующем втором 8 и первом 6 формирователях вырабатываются импульсы, длительность которых пропорциональна допустимому значению отклонения частоты входного напряжения от номинальной (заштрихованные части сигналов на фиг.2).On the front of each of the pulses at the outputs of the first 4 and second 5 shapers, pulses are generated in the corresponding second 8 and first 6 shapers, the duration of which is proportional to the permissible value of the deviation of the input voltage frequency from the nominal one (shaded parts of the signals in Fig. 2).

При совпадении временных положений импульсов, например на фиг.2, а и фиг.2, б, что соответствует совпадению или незначительному рассогласованию фаз импульсов, на выходе первого элемента И 9 формируется импульс, который расширяется первым расширителем 10 и преобразуется в уровень логического нуля элементом первым элементом НЕ 11. Поэтому первый 7 и второй 19 исполнительные элементы не срабатывают.If the temporal positions of the pulses coincide, for example, in Fig. 2, a and Fig. 2, b, which corresponds to a coincidence or insignificant mismatch of the phases of the pulses, a pulse is generated at the output of the first element And 9, which is expanded by the first expander 10 and converted to a logic zero level by the element the first element is NOT 11. Therefore, the first 7 and second 19 actuators do not work.

При сдвиге частоты входного напряжения более допустимого предела в большую или меньшую сторону, импульсы с выхода второго формирователя 8 перестают совпадать во времени даже частично с импульсами, формируемыми на выходе первого формирователя 6, поэтому на выходе первого элемента И 9 не формируется соответствующего импульса совпадения и на выходе первого расширителя 10 не будет наблюдаться уровень логической единицы, который инвертируется первым элементом НЕ 11. В этом случае на выходе первого элемента И 9 будет формироваться уровень логического нуля, который преобразуется в уровень логической единицы первым инвертором 11.When the frequency of the input voltage is shifted more or less to the larger or smaller side, the pulses from the output of the second driver 8 cease to coincide in time even partially with the pulses generated at the output of the first driver 6, therefore, the corresponding coincidence pulse is not generated at the output of the first element And 9 either the output of the first expander 10 will not observe the level of a logical unit, which is inverted by the first element NOT 11. In this case, the logic level will be formed at the output of the first element And 9 black zero, which is converted to the level of the logical unit by the first inverter 11.

При этом, если сигнал на выходе первого формирователя 4 будет отставать (фиг.2, г) от сигнала на выходе второго формирователя 5 (фиг.2, а), то короткий импульс с выхода второго формирователя 8 будет совпадать с импульсом на выходе второго формирователя 5 и на выходе третьего элемента И 13 будет сформирован импульс совпадения, который расширится вторым расширителем 14. Этот сигнал логической единицы поступит на второй вход второго элемента И 12, что приведет к срабатыванию первого исполнительного элемента 7, который, например, управляет регулировкой частоты входного напряжения в сторону увеличения.Moreover, if the signal at the output of the first driver 4 will lag (FIG. 2, d) from the signal at the output of the second driver 5 (FIG. 2, a), then the short pulse from the output of the second driver 8 will coincide with the pulse at the output of the second driver 5 and at the output of the third element And 13, a coincidence pulse will be generated, which will be expanded by the second expander 14. This signal of the logical unit will go to the second input of the second element And 12, which will lead to the operation of the first actuator 7, which, for example, controls the adjustment frequency of the input voltage being increased.

Если же сигнал на выходе первого формирователя 4 будет опережать (фиг.2, в) сигнал на выходе второго формирователя 5 (фиг.2, а), то короткий импульс с выхода второго формирователя 8 не будет совпадать с импульсом на выходе первого формирователя 6, но будет совпадать с импульсом на выходе второго элемента НЕ 15, поэтому и на выходе четвертого элемента И 16 будет сформирован импульс совпадения, который расширится третьим расширителем 17. Этот сигнал логической единицы поступит на второй вход пятого элемента И, что приведет к срабатыванию второго исполнительного элемента 19, который, например, управляет регулировкой частоты входного напряжения в сторону уменьшения.If the signal at the output of the first shaper 4 is ahead (Fig. 2, c) of the signal at the output of the second shaper 5 (Fig. 2, a), then the short pulse from the output of the second shaper 8 will not coincide with the pulse at the output of the first shaper 6, but it will coincide with the pulse at the output of the second element NOT 15, therefore, a coincidence pulse will be generated at the output of the fourth element And 16, which will be expanded by the third expander 17. This signal of the logical unit will go to the second input of the fifth element And, which will cause the second an additional element 19, which, for example, controls the frequency regulation of the input voltage in the direction of reduction.

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, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

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.35.10.1. Electrotechnical directory, in 4 volumes, vol. 2, Electrotechnical products and devices. / Under the general editorship of V.G. Gerasimov and others. - M .: MEI Publishing House, 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

A frequency relay comprising a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a frequency-dependent element and a first pulse shaper, a second pulse shaper and a first short pulse shaper connected to the input voltage drop, in addition, a first actuator, characterized in that a second shaper is introduced short pulses on the input voltage drop, the input of which is connected to the output of the first pulse shaper, and the output to the first input the first element And, the second input of which is connected to the output of the first driver of short pulses by the input voltage drop, and the output - to the input of the first pulse expander, the output of which through the first element is NOT connected to the first input of the second element And, the output of which is connected to the input of the first actuator connected in series to the third element And and the second pulse expander, the output of which is connected to the second input of the second element And, as well as the second element NOT, the input of which is connected to the input of the first the world of short pulses for the input voltage drop and with the first input of the third AND element, the fourth element And, the first input of which is connected to the output of the second element NOT, the second input of which is connected to the second input of the third AND element and with the output of the second short pulse shaper for the input voltage difference , and the output of the fourth element And is connected to the input of the third pulse expander, the output of which is connected to the first input of the fifth element And, the second input of which is connected to the output of the first element NOT, and the output od - with the input of the second actuating element, while the output of the frequency filter is connected to the input of the second pulse shaper, while the frequency-dependent element is designed to generate a signal whose amplitude decreases in proportion to the magnitude of the module deviation of the frequency of the input voltage from the nominal, and the phase changes in proportion to and the sign of the deviation of the input voltage frequency from the nominal.