Способ дискретного выявления разности частот двух электрических сигналов и устройство для его осуществления

О П И Ю А НА.В Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республин(22) Заявлено 140378 (21) 2590237/24-07с присоединением заявки Ио(51)И. Кл. Н 02 Н 3136 Н 02 ) 9/06 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Л.Б. Паперно, В,В. Крочакевич и Н.Е. Епарская Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехнический ститут( 5 4 ) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО БЬЯВЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Изобретение относится к областипротивоаварийной автоматики энергосистем переменного тока любой частотыи может быть использовано, например,в качестве частотного пускового органа автоматического включения резерва(АВР) питания. В частности, при питании раздельной синхронной нагрузкиот двух секций шин и при исчезновении питания на одной из секций сже Оние напряжения на этой секции из-заподпитки вращающимися по инерциисинхронными двигателями происходитмедленно, Действие АВР с пуском отреле минимального напряжения затягивается, В то же время снижение частоты напряжения этой секции происходит сравнительно быстро. В таких случаях целесообразно в качестве пускового органа АВР испольэовать реле 2 Оразности частот с селектором той секции, где частота меньше,Йзвестны способы дискретного выявления разности частот для создания реле разности частот 1 Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является реле раэнОсти частот,реализующее способ, по которомусравниваемые по частоте электричес- Зо ъке сигналы подводят каждый к своему формирователю импульсов, на выходах которых получают прямоугольые импульсы частот соответствующихподведенных сигналов, импульсы обеихчастот подводят к схеме ИЛИ черезреверсвкый счетчик для выделениясигнала разности частоты, Длителькость периода сигнала разкостнойчастоты сравнзают в блоке сравнеэталокым интерваломи по результатам сравнения управляют выходым устройством а срабатывание либо кесрабатывание по величе разности частот. Длительностьпериодов двух частот последовательно сравнивают между собой в счетномблоке и по результату сравнения управляют выходным блоком указания знака разности частот.Устройство, реализующее способ,состоит из двух формирователей импульсов на входе, на которые подаютсигналы двух сравниваемых частот,триггера, блока сравнения, в котором длительность эталонного интервала времени задается параметрамиВС-цепи, реверсивного счетчика с дополнительной схемой ИЛИ и выходныхУстроиств 2 1, Недостстком изв(лстного УОТРОЙства является то, что наличие в егоблОке ОРавессния ХРОниОУЮЩеЙ С-вепРОГраНИЧРнаЕг ТОЧНОСТЬ И СтабИЛЬНОСтвуставки сра.батываниЯ реле кОне"нымизна еениями разброса номиналов и, 1дреифоных параметров элементовсхемы.Недостатками известного сгоссбаЯВЛЯЕтос НО-ПЕРВЫХ, тО, ЧтО ПРИрезкОЙ смене фа.зОВОГО УГла. Между сиг"налами сравниваемых частот, но присохранении равенства этих астот,на.выходах реверсивного счет 11 ка получают лОжный (ИГнал 0 наичии раз е 10 с -ти часто: так, как на реверсивномсчетчике последовательно сравнивают 5между собой длительности отдельныхПЕРИОДОВ ДВУХ ЧаСТОТ и., К-К СЛЕП, -ствие этого, пр; равенстве сравнивсаекелх чОТО"периОпич,г:;ко." 3(олеба"НИИ фаЗ СлГПЭЛОВ Этйк Частот т,Е, ЭДПРИ НЕЗМЕННОМ (ОЕДН(с.": "3 а. ЕсЕКОТОРОЕВРЕМЯ:3 наЧЕ 1 ИИ 311 ТЕЛГЬ(3 С Г ПЕРРЕОПа гНО НС ")анной ТЕЛТЕЬЕОСТ СГсЕ "г(НЕЗХ ПЕ -РИОЦОВ ( 5 ЕИОаИ 5 ОДс,. 3 ДВУХ И 1 И- г.КаЖДОГО Н ОТДЕЛЬНОСТИ Сиа 1 ОН НаВЫХОТ( СХЕЕЬ НПН ПОЛ,гс са(33. ПСОИОДИческР.Р сиг 1 са 1 ас 3303 ыОпабания фазПо иллож(агногбг с:особу напичис раз -ости часто" и коллбс;и( гс:3 эг ктриЧЕГг( С 1 Г 1 слог ПОС ИсЕ(И( НЕ РаЗЛР ".Ос,Ч - с:г П с 3 г З О г;,;",; ; Г:-г- ,з . астс: то . ззваи( . "; "ТОДЛЯ С.ан Е;И:;1 т "( г) НО( 1 3 ,Е 33 Ера З;Ос"1(И . - с 3 С.30:, 3 СГс 333 Л- 1 с -ЛГУ 1.Ыг Паосгзжчт(33( ВР:.,И". 3 , Из:.:Е 1 ча 3(тгл" Н .Г 3 ,Е 1 Е, ;с с г рг л г,530 -Н (.013 ГИЕ(Т.:.010 ИИ=Г "НЯ .ЗЧ".ИН Е са 3МЬХ а Гтот ОГ 1 0 Ч" Г Г " "л=Е -НИЮ абСОпчтнсй рсЕ Н.;.:. :ас . От ЕООТВЕТСТБУЮ";.3п". г.ИЫ и;и "НОТЕОСИТЕЬНОЙ Оа -4";ЭТО ОГРанхсйа т . г". , .-,. . ЕНЕНИЯ УстРОЙС ГВ;., - :, ЕСТ: - ,.-, ги ПЕПОЗОГГЯГ.сГ 1 ,Г; Г 1, З(3:С П ЧГГ 3(ОО.уетаНОНКах, ГПЕ Са( О"г.30 цЕЕСЕЭКСзгуатапи 1;ос"т -Угсс: 1 Псл -Мг. НвтЬСЯ г ННГ:РИМЗР З -ОПОЬ 1 лЕГэнергосистемах.Це.-,ьс изобре.ения является поныШЕНИЕ ТосНОСТ л СТЗГаигЬЕ,Рг тн,ПОСТаВЛЕННЯ 1 Е,ГЬ ЦО.;Тл 3 аз;(.Н .ЕМ,ЧТО В СГОСОбЕ ДИСКО"гНОГО НЫЯВ, в ;ЕНИЯра.ЗНОСТИ Чс Стот Пн,гх;,г;Е;(тоил.с:1 уСИГНаЛО 3 ПУТЕс фОМИОО - .1 аР -, лЗ ЭТР 1(сигналов прямоугольных 1.иульсов,сравнения длител:ности их периодови формирования сзлективиого по знаку 3(разности частот сигнал соабатыванияВ ЗаВИСР 1 МОСТИ От г,Огг Е. гия ЭтиХдлительностей, пр , сравнении длительНОСТИ ПЕРИОДОВ ПРЯМОУГОЛЬсЫХ ИМПУЛЬ СОВ ОДНОВРЕлЕЕНО ЗЧРсЮТ СЧЕТ КОличестна 51 импульсов и М+М импульсон каждой частоты определяют очередность окончания процессов счетаМ импульсов одной частоты и 14+И импульсов другой частоты, по результатам определения очередности выясняют характер соотношения вг.:ичинсуммарной елРтельностР 4 периодовсигнала одной частс ты, и суммарнойдлительности 4+И периодов сигналадругой частоты, а формирование селек.тинного сигнала срабатывания производят в случае отставания моментаокончания процесса счета 4 импульсоводной частоты От мсмента окончанияпроцесса счета 4+И импульсов другойчастоты,Устройство для реализации способасодерж;т два входных формирователяимпульсов, соединенных через блоксравнения частот с выходным блоком,блок сравнения частот содержит узелсинхронизации и два одинаковых каСлвта ИМУЛЬСОВ, В домКОТОРс,:Х УСТаНОВЛЕН СЧЕТЧИК М ИМПУЛЬсонг счетчик 4 РИ импульсов и динамичес:(ий триггер, причем выход формиРСВаОЛЯ ИМПУЛЬСОВ КажДОй ЧаотОтЫподключен к динамическим входам счетчеков своего канала, гыходы счетчиг(ов ,4 И РипульсОв Обоих кандлОВ при -соеди;ены к входам узла синхронизации, зыход которого соединен с уста.ОВО.НЫМИ ВХОдаМИ СсстЧИКОВ, ВЫХОДс"тчика 4 импульсов присоединен к,гпнсМИЧЕСКОМУ ВХОДУ трИГГЕра СВОЕГО;(ане;а, информационный вход этогог,пггера присоединен к выходу счетКа г 4+И И.ПУЛЬСОВ ДруГОГО КанаЛа,а ВЬ:,(Оп -.3 РлгГЕРа Ка(ДОГО КаиаЛа ПОД;.3:(3 е к соответствующему выходномуОЛОКУг уть изобретения заключается вОМ тО, Н ОтгИЧИЕ От ИЗВЕСТНЫХ:ехгических решений, предусматривающих сравнееие ка(им в ли образомгор 3;ро 3 анной из входных сигналоввеличины с параметрического харак ЕРа. 13 ТсЛОНгОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ПРЕДЛаГаЕ -МОЕ тсхнисЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПРЕДУСмаТРИ.ает взаимное сравнение двух велиин, еезавРсиио сформированных извходньх сигналов, таким образом,чтоОдна величина служит эталоном сравн - . Пия для другой ве.ичины, и наоборотПри этом, Отсутствие эталона параметрического характера позволяет существенно улучшить точность измеренияа црейфовые параметры техническиххарактеристик вообще исключаются.,",ействительно, точность срабатываеИя устройетва по предложенному способу ее зависит От аналоговых пара -метров элементов схемы,а Определяется соотношением чисел 4,М и велисилгьЫ СИСтЕматИЧЕСКОЙ 3 ОГрЕШНОСтИпри этом стабильность уставки срабатгвания пРинЦипиалио неогРаничет,к,. Усанка срабатынания апре.ЗО 3 40 45 50 4 О деляется исключительно соотношениемцелых чисел И и И, которые заданыструктурно и не подверг(ены изменениюпод воэдеЙствием дестабилизирующихфакторов, таких, как, например, температура окружающей среды, длительность наработки, нестабильность напряжения питания и др,Схема устройства приведена на чертеже.Устройство содержит входные формирователи импульсов 1 и 2, выходныеблоки 3 и 4, блок сравнения частот5, содержащий узел синхронизации би два одинаковых канала счета импульсов 7 и 8, в каждом из которыхустановлены счетчик И импульсов 9(10)счетчик И+И импульсов 11(12) и триггер 13(14), при этом выход формирователя импульсов 1 присоединен к динамическим входам счетчика 9 и 11,а выход формирователя импульсов 2присоединен к динамическим входамсчетчиков 10 и 12, выходы счетчиков11 и 12 подведены ко входам узласинхронизации б, выход которого присоединен к установочным входам всехсчетчиков (9,10,11,12), при этом выход счетчика 9 присоединен к динамическому входу триггера 13, в товремя как информационный вход триггера 13 присоединен к выходу счетчика12, аналогично выход счетчика 10присоединен к динамическому входутриггера 14, в то время, как информационный вход триггера 14 присоединен к выходу счетчика 11, причем выход динамического триггера 13 подведен к выходному блоку 3, а выходтриггера 14 подведен к выходномублоку 4.Устройство работает следующимобразом.Формирователи импульсов 1 и 2преобразуют форму входных сигналов,не изменяя их частоты, таким образом, что на выходе формирователя1 присутствуют прямоугольные импульсы частоты Г , а на выходе формирователя 2 присутствуют прямоугольныеимпульсы частоты Г , Импульсами свыхода формирователя 1 тактируютсясчетчики 9 и 11 канала 7, а импульсами с выхода формирователя 2 тактируются счетчики 10 и 12 каналов 8.Все счетчики (9,10,11,12) одновременно включаются импульсом с выходаузла синхронизации б и начинаютсчет тактовых импульсов, подведенныхк их динамическим входам, независимо друг от друга. При заполнениидо своего полного объема каждыйсчетчик выключается, т.е, счетчик 9выключается с приходом И-ого импульса частоты Г и счетчик 11 выключается с приходом И+И-го импульса .этой же частоты, аналогично, счетчик10 выключается с приходом И-ого импульса частоты 1 и счетчик 12 выклю чается с прихОт 10 м И+И-Га им-,ульса этой же часта;ы. При оканВнии счета И+И импульсов своих част 0 т в каждом 7(8) КВНВЛЕ СИГНаЛЫ О ВЬКЛЮЧЕНИ счетчиков 11 и 12 поступают на вход узла синхронизации б, который по логическому признаку И наличия обоих этих сигналов формирует очередной импульс, по которому все счетчики (9-12) срабатываются в ноль и одновременно включаются, начиная новый цие(л счета, каждый от нуля до заполнения сваега полного Объема И импульсов или И+И импульсов, Циклы счета чередуются непрерывно и независимо ат действия динамических триггеров 13,14 и выходных блоков 3,4. При равенстве сравниваемых частот Г и Е цикл счета И импульсов2одной частоты заканчивается раны(1 е, чем цикл счета И+И импух(ьсав ДруГОЙ частоты и томет пОявлсния как Од ного, так 11 Другага сигнала об окон- Ч В Н И И С Ч Е Т В Ет ИЕ 1 П;тт Ь С 0 В О П Е рЕЖ В Е Т е(амее(т появлент:я сигналов об окончаии счета И+, импульсов. Если например, частота ", оказалась ниже час 2.готы Г на валчину превышающую уставку срабатывВния устрОйства га момент г 1011 ее 11 ч сигнала об оконаии счет(1 1, отстает ат момента поНВЛЕНИя СИГЕа 1(1 аб аКОНЧВНИИ СЧЕта И-.М импульсов Встаты " , в та время,Х как мОмент аканчаИЯ счета И импульсов частоты е прсдалжает опережать МОМЕЕтт ЕЕОСТ П.т;Е 11 Я СИГНВЛВ Об ОКОНВНИИ СЧ(тВ Н-:."-ИМПУЛЬСОВ ВСТОТЫ ВЬ 1 яз 11 Э 1 т(Е (В - . т 1 ОНВЛЕия СЕ-НатОВ аб окончании счета И импульсов одной Ч В С Т О Т Ы И Ет + т 1 М и и Л Ь С О Б Д Р и Г О Й Ч В С готы в описываемом устройстве выполняют динами; в .01(ие триггеры 13 и 14, 1 ГР 1 ЭТОМ Иста.ЬЭЕТСЯ СВОЙСТВО ДИ - НВМИЧЕСКОГС ГРИГГЕРВ ПЕРЕКтГЮЧатЬСЯ нэ адага состояия в другое исклю- ЧЕТЕЛЬНО Г; МОМЕНТ ИЭМЕЕтЕНИЯ ПОТЕЕ 1- ;: Вла (срабатывант(е "па фрату" или срабатыван:1"-" 10 скату тае(тавага ИМПУЛЬС В т Н тзт Эга ДИН ВМ 11 ЧЕСКОМ ( Тат(ТО" вам) входе э определенной зависимосги ат потенциала на информационном входе. Так 11 образом, если на момент выключег 1 я счет гика 9 (момент ИЗМЕНЕ 1 Я. Е 1:.ШВЛВ НВ. ДИНВМИЧЕС ком входе грит-ера 1 т) счетчик 1 еще е вьн(лЕВчился (адин потенциал на информациснам входе 1, то трйгГер 13 остается па выходу в "нуле" или переключается иэ 1" в "0", если да этапа ан находился включенным. Наабсрат, если на момент выключения счетчика. 9 счетчик 12 УЖЕ ВЫКЛЮЧ 1 т и (ДРУГОЙ ПОТЕНЦИВЛ На 1;Е 1 фаР;1 В 1.110 НОМ ВХОДЕ ) ТРИГ 1 ЕР Ос"Вет я в "единице ", если ла эта а аН НаХОЦИЛСЯ ВКЛЮЧЕННЫМ, Эта ЗНВЕИТ,. Чта ПРИ РВВЕНСТВЕ ЧаСтО: Г И тт в "нуле ; в .: ходятся оба триггера13 и 14 и выходные блоки 3 и 4 выключены, при Г К с КФ К (где К - уставка срабатывания) триггер 13 переключается в "единицу" и включает выходной блок 3, одновременно триггер 14 продолжает оставаться в нуле и держать выходной блок 4 выключенным, при этом триггер 13 продолжает оставаться в единице до тех пор, пока 1 ( К Г , и переключается обратно в "ноль" .по окончании того цикла счета, который выявит нарушение этого неравенства при снижении разности частот 1 и 1 до величины ниже условия срабатывания. Аналогичным образом, при 1 ( КТ выходной блок 4 включен триггером 14, а выходной блок 3 остается выключенным, Таким образом достигается селективное по знаку разности частот действие устройства на срабатывание по превышению относительной разности частот уставочной величины, В качестве счетчиков 9-12 могут быть использованы, например, делители частоты с фазоимпульсным представлением информации, а н качестне триггеров 13 и 14-динамические О- триггеры.Условие обрабатывания устройства может быть сформулировано какТ Г 4 )Т (М + М+с,1 2. сгде Т и " - периоды сигналов соот 1 1.ветстненно частот Г, ид, - систематическая погрешность срабатывания устройства по относительной величине разностичастот, при этом она зависит от соотношения фазисходных сигналов частоти Т на момент началакаждого цикла счета иможет произвольно изменяться на каждый отдельный цикл счета как познаку, так и по величине в пределах от О до 1,Высокая точность и стабильностьустройства позволит повысить эффективность действия протиноаварийнойавтоматики, в частности АВР.Формула изобретения1. Способ дискретного выявленияразности частот двух электрических сигналов путем формирования из этихсигналов прямоугольных импульсов,сравнения длительности их периодови формирования селективного по знакуразности частот сигнала срабатыванияв зависимости от соотношения этихдлительностей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности и стабильности, при сравнении длительности периодов прямоугольных импульсов одновременно начинаютсчет количества И импульсов и И+Иимпульсов каждой частоты, определяюточередность окончания процесса счетай импульсов одной частоты и И+И импульсов другой частоты, по результатам определения очередности выясняютхарактер соотношения величин суммарной длительности й периодов сигналаодной частоты и суммарной длительности И+И периодов сигнала другой частоты, а формирование селективногосигнала срабатывания производят вслучае отставания момента окончанияпроцесса счета И импульсов одной частоты от момента окончания процессасчета И+И импульсов другой частоты,2. Устройстно для реализации способа по п.1, содержащее два входныхформирователя импульсов, соединенныхчерез блок сравнения частот с нходными блоками, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок сравнения частотсодержит узел синхронизации и дваодинаковых канала счета импульсов, нкаждом из которых установлены счетчик И импульсов, счетчик И+И импульсов и динамический триггер, причемвыход формирователя импульсов каждойчастоты подключен к динамическимвходам счетчикон своего канала,выходы счетчиков И+И импульсов обоих каналов присоединены к входам узласинхронизации, выход которого соединен с установочными входами счетчиков, выход счетчика М импульсов присоединен к динамическому входу триггера сноего канала, информационныйвход этого триггера присоединен квыходу счетчика И+И импульсов другогоканала, а выход триггера каждого канала подключен к соответствующему выходному блоку.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Барзам А.Б, Системная автоматика, М., "Энергия", 1973, с, 226.2, Авторское снидетельстно СССРР 195538, кл. Н 02 Н 3,36, 1965.775612 ставитель Г хред Н. Бабу Дамская а Кор едактор В. Левят тор В. Синиц каэ 7778/6 Тирам 783 ПодлисноеПИ Государственного комитета Сделам иэобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д 13035 л ППП Патент", г. Уагород, ул. Проектная,4