RU2244977C1

RU2244977C1 - Frequency relay

Info

Publication number: RU2244977C1
Application number: RU2003115628/09A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Варганов (RU); Г.П. Варганов; Р.З. Розенблюм (RU); Р.З. Розенблюм
Original assignee: ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; electronic frequency relays.

SUBSTANCE: proposed frequency relay that performs dual function of frequency increase and decrease has frequency-dependent component, adder, five threshold units, two AND gates, final component, clock generator, pulse frequency divider, and monostable multivibrator; input of frequency-dependent component functions as input of signal under check and input of monostable multivibrator, as trigger input of frequency relay.

EFFECT: enlarged functional capabilities.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле частоты.The invention relates to electrical engineering and can be used as an electronic 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 являются 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, выполненный в виде выпрямителя, 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 connected to the output of the frequency filter, a second pulse shaper and a short pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the BAN element, as well as a starting element made in the form of a rectifier, the input of which is connected to the output of the isolation transformer, and the output is connected to the second input of the pulse expander [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие 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 the relatively narrow functionality, 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 execution of the functions of the relay increase and decrease frequency.

Этот технический результат достигается тем, что в реле частоты, содержащее исполнительный элемент и частотно-зависимый элемент, сдвиг фазы выходного сигнала которого относительно фазы его входного сигнала пропорционален отклонению частоты контролируемого сигнала от заданной эталонной частоты, введены первый и второй элементы И, сумматор, реверсивный счетчик, одновибратор, первый, второй, третий, четвертый и пятый пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом вход частотно-зависимого элемента является входом контролируемого сигнала и соединен с входом четвертого порогового блока, выход “больше” которого соединен с первым входом сумматора, выход частотно-зависимого элемента соединен с входом пятого порогового блока, выход “меньше” которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом делителя частоты, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле частоты.This technical result is achieved by the fact that in the frequency relay containing the actuator and the frequency-dependent element, the phase shift of the output signal of which relative to the phase of its input signal is proportional to the deviation of the frequency of the monitored signal from the given reference frequency, the first and second elements And, the adder, are reversed counter, one-shot, first, second, third, fourth and fifth threshold blocks and series-connected clock generator and frequency divider, while the frequency-dependent input of this element is the input of the monitored signal and is connected to the input of the fourth threshold block, the output of “more” of which is connected to the first input of the adder, the output of the frequency-dependent element is connected to the input of the fifth threshold block, the output of “less” of which is connected to the second input of the adder, the output of which connected to the input of the first threshold block, the inputs of addition and subtraction of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements And, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output “Less” than the first threshold block, with an output “greater” of which the first direct input of the second element And is connected, the second direct input of the first element And is connected to the output of the frequency divider, and the second direct input of the second element And is connected to the output of the clock, the output of the reverse counter connected to the input of the actuating element and to the inputs of the second and third threshold blocks, the output is “greater than” the second threshold block and the output is “less” of the third threshold block is connected to the inverse inputs of the first and second elements Comrade And, accordingly, the output of the single-shot is connected to the input of the initial installation of the reverse counter and to the start input of the clock generator, the input of the single-shot is the input of the start of the frequency relay.

Кроме того, исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен с входом реле с замыкающими контактами.In addition, the actuator contains a threshold block, the input of which is the input of the actuator, and the output is connected directly or through an amplifier to the relay input with make contacts.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле частоты, 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.

Реле частоты (фиг.1) содержит четвертый пороговый блок 1, вход которого является входом контролируемой частоты, а выход “больше” - соединен с первым входом сумматора 2, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3, первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” первого порогового блока 3, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И, соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4, а также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле частоты, а выход соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика бис входом запуска ГТИ 10. При этом, исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами. Устройство кроме того, содержит частотно-зависимый элемент 14, вход которого соединен с входом четвертого порогового блока 1, а выход - соединен с входом пятого порогового блока 15, выход “меньше” которого соединен со вторым входом сумматора 2.The frequency relay (figure 1) contains a fourth threshold block 1, the input of which is the input of the monitored frequency, and the output “greater” is connected to the first input of the adder 2, the output of which is connected to the input of the first threshold block 3, the first 4 and second 5 elements And , the first inputs of which are connected respectively to the output “less” and the output “more” of the first threshold block 3, a reverse counter 6, the addition input and the subtraction input of which are connected to the output of the first 4 and second 5 elements AND, respectively, the second 7 and third 8 threshold blocks exits which are connected to the inverse inputs of the first 4 and second 5 elements And, respectively, and the actuator 9, the input of which is connected to the output of the reversible counter 6. The device also contains a series-connected generator 10 clock pulses (GTI), the output of which is connected to the second input of the second element And 5, and a pulse frequency divider 11, the output of which is connected to the second input of the first element And 4, as well as a one-shot 12, whose input is the input of the frequency relay start, and the output is connected to the initial installation input a reversible counter bis by the start input of the GTI 10. Moreover, the actuator 9 can be made in the form of a threshold unit 13, the input of which is the input of the actuator, and the output directly or through an amplifying element is connected to the input of the actuator relay with make contacts. The device also contains a frequency-dependent element 14, the input of which is connected to the input of the fourth threshold block 1, and the output is connected to the input of the fifth threshold block 15, the output of which is “less” is connected to the second input of the adder 2.

Первый 3, второй 7, третий 8, четвертый 1 и пятый 15 пороговые блоки, а также пороговый блок 13 могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик 6 - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Частотно-зависимый элемент 14 может быть выполнен, например, в виде резонансного контура [2, стр. 52, рис. 1.14].The first 3, second 7, third 8, fourth 1 and fifth 15 threshold blocks, as well as threshold block 13 can be made in the form of standard comparators, the reverse counter 6 according to the scheme presented in [3, p. 177, 187], divider 11 - in the form of a binary counter. The frequency-dependent element 14 can be made, for example, in the form of a resonant circuit [2, p. 52, Fig. 1.14].

Входы четвертого порогового блока 1 и частотно-зависимого элемента 14 объединены и являются входом контролируемой частоты, а вход одновибратора 12 - является входом запуска реле частоты.The inputs of the fourth threshold unit 1 and the frequency-dependent element 14 are combined and are the input of the monitored frequency, and the input of the single-shot 12 is the input of the start of the frequency relay.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2,а - сигнал U₁ напряжения на выходе четвертого порогового блока 1, на фиг.2,б - сигнал U₁₅ на выходе пятого порогового блока 15 при равенстве контролируемой частоты номинальной частоте, на фиг.2,в - сигнал U₁₅ на выходе пятого порогового блока 15, когда сдвиг контролируемой частоты относительно эталонной, например, равной частоте сети, приводит к отставанию фазы при прохождении сигнала контролируемой частоты через частотно-зависимый элемент, на фиг.2,г - сигнал U₁₅ на выходе пятого порогового блока 15, когда сдвиг контролируемой частоты относительно эталонной приводит к опережению фазы при прохождении сигнала контролируемой частоты через частотно-зависимый элемент, на фиг.2,д - сигнал U₂ на выходе сумматора 2 (для случая отставания фазы), на фиг.2,е - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,ж - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13.Figure 2 presents the following timing diagrams: in figure 2, a - voltage signal U ₁ at the output of the fourth threshold block 1, figure 2, b - signal U ₁₅ at the output of the fifth threshold block 15 when the controlled frequency is equal to the nominal frequency, figure 2, c - the signal U ₁₅ at the output of the fifth threshold block 15, when the shift of the controlled frequency relative to the reference, for example, equal to the frequency of the network, leads to phase lag during the passage of the signal of the controlled frequency through the frequency-dependent element, in figure 2, d - signal U ₁₅ at the output of the fifth porogovog unit 15 when the shift controlled with respect to a reference frequency leads to the phase advancing passage at controlled frequency signal through frequency-dependent element 2, q - ₂ U signal at the output of the adder 2 (for the case of phase lag) 2, e - signal E ₆ at the output of the reversible counter 6 in analog form, figure 2, g - signal U ₁₃ at the output of the threshold unit 13.

Реле частоты работает следующим образом.The frequency relay operates as follows.

При включении устройства питание подается на все его элементы в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывается импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента U_иэ (фиг.2,е). На входы четвертого порогового блока 1 и частотно-зависимого элемента 14, которые являются входом контролируемой частоты реле частоты, поступает входной сигнал. На выходе четвертого порогового блока 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне напряжения контролируемой частоты (фиг.2,а), а на выходе пятого порогового блока 15 сигнал логической единицы при отрицательной полуволне напряжения контролируемой частоты (фиг.2,б, в, г), который может совпадать, опережать или отставать по фазе в зависимости от величины и знака отклонения от номинальной частоты. Сигналы с выходов пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков поступают на вход сумматора 2, формирующего суммарный сигнал (фиг.2,д). Это напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_oп. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент И 5 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на вход сложения счетчика 6 (фиг.2,б) после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов. В результате, при увеличении амплитуды выходного сигнала сумматора 2 выше уровня U_оп, что соответствует расфазировке сигналов на выходах четвертого 1 и пятого 15 пороговых блоков, сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента U_иэ, что приведет к формированию на выходе порогового блока 13 уровня логической единицы и срабатыванию замыкающего контакта исполнительного реле.When the device is turned on, power is supplied to all its elements, including the start input of the one-shot 12, which generates a pulse that goes to the installation input in the initial state of the reverse counter 6 and to the start input of the GTI 10. It is advisable to set the initial state of the counter to or slightly higher than the threshold level the actuator U _IE ( _figure 2, e). The inputs of the fourth threshold block 1 and the frequency-dependent element 14, which are the input of the controlled frequency of the frequency relay, receives an input signal. The output of the fourth threshold block 1 generates a signal of a logical unit with a positive half-wave of voltage of the controlled frequency (Fig. 2, a), and the output of the fifth threshold block 15 produces a signal of a logical unit with a negative half-wave of voltage of a controlled frequency (Fig. 2, b, c, d ), which may coincide, be ahead or lag behind in phase depending on the size and sign of deviation from the nominal frequency. The signals from the outputs of the fifth 14 and fourth 1 threshold blocks are fed to the input of the adder 2, forming the total signal (figure 2, d). This voltage is compared in the first threshold block 3 with the reference level U _op. If the voltage is greater than the reference level, then the level of the logic unit is formed at the output “more” than the first threshold block 3, otherwise, at the output it is “less”. In the first case, the pulses of the GTI 10 through the second element And 5 go to the input of the subtraction of the reversible counter 6, in the second case, the pulses of the GTI 10 through the first element And 4 go to the input of the addition of the counter 6 (Fig.2, b) after reducing the frequency of the pulses in the divider 11 pulse frequencies. As a result, with an increase in the amplitude of the output signal of the adder 2 above the level of U _op , which corresponds to the out-of-phase signals at the outputs of the fourth 1 and fifth 15 threshold blocks, the signal at the output of the reversible counter 6 relatively quickly becomes lower than the threshold level of the actuator U _ue , which will lead to the formation at the output of the threshold unit 13 of the logical unit level and the operation of the closing contact of the Executive relay.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле частоты. При длительной работе в нормальном режиме, когда выходной сигнал сумматора 2 находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала Uп+ реверсивного счетчика, при длительном недопустимо большом уровне выходного сигнала сумматора 2 - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала Uп-.The second 7 and third 8 threshold blocks ensure the stability of the frequency relay. During long-term operation in normal mode, when the output signal of adder 2 is within acceptable limits, they do not allow to exceed the maximum preset signal level Uп + of the reverse counter, while long-term unacceptably high output signal of adder 2 does not allow to become less than the minimum preset signal level Uп- .

Тем самым расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку реле реагирует как на повышение, так и на снижение контролируемой частоты.Thus, the functionality of the frequency relay is expanded, since the relay responds to both an increase and a decrease in the monitored frequency.

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. Electrical reference book, in 4 volumes, t.2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimov 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).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.3. Bukreev and others. Microelectronic circuits of digital devices. - M .: Soviet Radio, 1975.

Claims

A frequency relay containing an actuator and a frequency-dependent element, the phase shift of the output signal relative to the phase of its input signal is proportional to the deviation of the frequency of the monitored signal from a given reference frequency, characterized in that the first and second elements And, adder, reversible counter, one-shot, are introduced, the first, second, third, fourth and fifth threshold blocks and a series-connected clock and a frequency divider, while the input of the frequency-dependent element is input the house of the signal being monitored and connected to the input of the fourth threshold block, the “More” output of which is connected to the first input of the adder, the output of the frequency-dependent element is connected to the input of the fifth threshold block, the “Less” output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the input the first threshold block, the inputs of addition and subtraction of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements And, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output “Less” of the first threshold block, with the output “More” of which the first direct input of the second element And is connected, the second direct input of the first element And is connected to the output of the frequency divider, and the second direct input of the second element And is connected to the output of the clock generator, the output of the reverse counter is connected to the input of the actuating element and with the inputs of the second and third threshold blocks, the output “More” of the second threshold block and the output “Less” of the third threshold block are connected to the inverse inputs of the first and second elements And, accordingly, the output about the one-shot is connected to the input of the initial installation of the reverse counter and to the start input of the clock generator, the input of the single-shot is the input of the start of the frequency relay.