Меню

Схема полупроводникового реле тока

Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Общие сведения.

В настоящее время выпускается большое количество статических реле различных модификаций. Однако принцип их действия практически одинаков и сводится к сравнению подводимого измеряемого сигнала с опорным (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема статического реле защиты

Реле состоит из следующих основных блоков:

1. Входной преобразователь ВП содержит измерительный преобразователь, на вход которого подается сигнал от трансформаторов тока защищаемого объекта. Измерительные преобразователи представляют собой промежуточные трансформаторы или трансреакторы, которые трансформируют входной сигнал до величины, определяемой условиями управления операционными усилителями.

Одновременно преобразователи отделяют полупроводниковую часть реле от вторичных цепей защищаемого объекта. Наряду с основными функциями они решают задачу защиты реле от высокочастотных наводок. Пример простейшего преобразователя тока представлен на Рис.2.

Рис.2 Преобразователь тока с выпрямителем

2. Для получения нужной характеристики реле выходной сигнал, подаваемый с преобразователя, необходимо подвергнуть специальной обработке в узле формирования УФ. Способ и объем такой обработки определяется конкретным типом реле.

Типовые звенья УФ и их характеристики:

— Повторитель напряжения. Повторитель напряжения образуется путем соединения выхода операционного усилителя с его инвертирущим входом (Рис.3).Подобный вид обратной связи называют 100% отрицательной обратной связью. Для схемы характерно высокое входное сопротивление и малое выходное. Повторитель напряжения обычно включают между источником сигнала и нагрузкой с целью исключить влияние нагрузки на выходное напряжение источника.

Рис.3 Повторитель напряжения

Коэффициент усиления повторителя напряжения KU = Uвых/Uвх = 1.

— Инвертирующий усилитель. Схема простейшего инвертирующего усилителя показана на Рис.4.

Рис.4 Инвертирующий усилитель

Коэффициент усиления схемы определяется соотношением сопротивлений в цепях входа и обратной связи KU=-R2/R1. Это соотношение с достаточной степенью точности может быть применено к реальным операционным усилителям.

Инвертирующий усилитель применяется в основном в тех случаях, когда нужен усилитель, к которому не предъявляются требования высокого входного сопротивления, и когда нужно проинвертировать или просуммировать несколько входных сигналов.

— Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя показана на Рис.5.

Рис.5 Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью отрицательной обратной связи и резистивного делителя. Коэффициент усиления схемы с идеальным операционным усилителем может быть определен из выражения KU = 1 + R2 / R1.

Благодаря высокому входному сопротивлению неинвертирующий усилитель часто применяют в качестве масштабирующего усилителя.

— Усилители-ограничители. В реле защиты часто требуется ограничить уровень выходного напряжения. Ограничения можно выполнить за счет включения в цепь обратной связи параллельно сопротивлению двух встречно включенных стабилитронов (Рис.6).

При подъеме выходного напряжения более UСТ + 0,7 В сопротивление обратной связи шунтируется и рост выходного напряжения прекращается.

Рис.6 Усилитель-ограничитель

— Схемы сумматоров. Выходное напряжение в схеме сумматора пропорционально сумме входных напряжений. Они обладают малым собственным потреблением и успешно применяются в схемах формирователей сигналов. В качестве примера на Рис.7 показана схема сумматора для трех сигналов на основе инвертирующего усилителя.

Рис.7 Схема сумматора

Выходное напряжение для этой схемы

— Активные фильтры. Активные фильтры часто применяются в технике релейной защиты в силу свей простоты при настройке, отсутствии нелинейных индуктивностей, малых габаритов и потребления.

В силу своего назначения могут выполняться как фильтры нижних частот ФНЧ, фильтры верхних частот ФВЧ, полосовые фильтры ПФ, режекторные фильтры РФ. На Рис.8 показаны примеры амплитудно-частотных характеристик таких фильтров, представляющих собой зависимость выходного напряжения от частоты входного.

Рис.8 Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров

На каждой их характеристик могут быть выделены три полосы частот: а – полоса пропускания, где выходное напряжение имеет наибольшее значение; с — полоса подавление, где выходное напряжение минимально; b — переходная полоса частот в пределах которой выходное напряжение меняется от максимального до минимального значения или наоборот. Чем уже переходная характеристика, тем ближе характеристика фильтра к идеальной.

Описанные схемы охватывают только часть наиболее часто встречающихся вариантов выполнения блоков узла формирования

3. В схеме сравнения СС сформированные сигналы измерительного тракта сравниваются с опорным напряжением, называемым уставкой реле. Для срабатывания реле необходимо, чтобы входной сигнал превысил заданное значение опорного сигнала. В релейной защите в качестве элементов схемы сравнении широко используются компараторы. Напряжение на выходе компаратора находится на одном из двух фиксированных уровней: на верхнем, если напряжение на неинвертирующем входе компаратора больше напряжения на инвертирующем входе; и на нижнем, при противоположных соотношениях напряжений.

Для работы в качестве компаратора может быть применен обычный операционный усилитель. Одна из типовых схем компаратора приведена на Рис.9.

Рис.9 Пример выполнения компаратора для однополярных сигналов

На первый вход подается измеряемый сигнал, на второй — опорный. Если измеряемое напряжение меньше опорного, то на выходе схемы держится максимальное выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным. Как только измеряемое напряжение превысит опорное полярность выходного сигнала меняется на противоположную. Диоды защищают входы операционного усилителя от повышенных значений разности сравниваемых напряжений.

Приведенная схема обладает существенным недостатком, который проявляется в случае примерного равенства сравниваемых напряжений – неустойчивого опрокидывания. Для устранения «дребезга» компаратора широко применяется схема инвертирующего триггера Шмитта, Рис.10. Триггер Шмитта представляет собой компаратор с одним заземленным входом, заданным опорным напряжением и положительной обратной связью.

Рис.10 Триггер Шмита и его передаточная характеристика

Передаточная характеристика такой схемы имеет четко выраженный «релейный» характер.

4. Выходная часть ВЧ выполняется с помощью электромагнитного или герконового реле. Одна из возможных схем выходной части статического реле показана на Рис.11. На один из концов обмотки реле К1 подается «плюс» оперативного тока 220 В, а другой подключается к коллектору транзистора VT1. Транзистор управляется сигналом от схемы сравнения.

Рис.11 Схема выходной части статического реле

5. Для питания полупроводниковых элементов на схему реле должно быть подано напряжение ±15В. Если источником оперативного питания является аккумуляторная батарея на 220 В, то применяются специальные интегральные микросхемы, или питание может быть организовано с помощью стабилитронов, Рис. 12.

Рис.12 Схема питания реле от сети постоянного оперативного тока 220В

Список используемой литературы

1. «Релейная защита. Принципы выполнения и применения» В.Н. Копьев Томск 2006

2. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ЛЭП: Методические указания к лабораторным работам / Л.Л. Богатырев, Л.Ф. Богданова, В.П. Федотов, А.А. Суворов. Екатеринбург 2006.

3. «Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электрических станций и сетей» Часть 3 Статические реле под ред. Б.А. Алексеева Москва 2000

4. Методические указания по техническому обслуживанию реле тока РСТ11-РСТ14, реле напряжения РСН14-РСН17 И РСН11, РСН12, РСН18 РД 34.35.644-97 Исполнители Ф.Д. Кузнецов (ОРГРЭС), Г.П. Варганов, С.Г. Николаев (ЧЭАЗ) Утверждено Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» 03.11.97 г

Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Общие сведения.

В настоящее время выпускается большое количество статических реле различных модификаций. Однако принцип их действия практически одинаков и сводится к сравнению подводимого измеряемого сигнала с опорным (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема статического реле защиты

Реле состоит из следующих основных блоков:

1. Входной преобразователь ВП содержит измерительный преобразователь, на вход которого подается сигнал от трансформаторов тока защищаемого объекта. Измерительные преобразователи представляют собой промежуточные трансформаторы или трансреакторы, которые трансформируют входной сигнал до величины, определяемой условиями управления операционными усилителями.

Одновременно преобразователи отделяют полупроводниковую часть реле от вторичных цепей защищаемого объекта. Наряду с основными функциями они решают задачу защиты реле от высокочастотных наводок. Пример простейшего преобразователя тока представлен на Рис.2.

Рис.2 Преобразователь тока с выпрямителем

2. Для получения нужной характеристики реле выходной сигнал, подаваемый с преобразователя, необходимо подвергнуть специальной обработке в узле формирования УФ. Способ и объем такой обработки определяется конкретным типом реле.

Типовые звенья УФ и их характеристики:

— Повторитель напряжения. Повторитель напряжения образуется путем соединения выхода операционного усилителя с его инвертирущим входом (Рис.3).Подобный вид обратной связи называют 100% отрицательной обратной связью. Для схемы характерно высокое входное сопротивление и малое выходное. Повторитель напряжения обычно включают между источником сигнала и нагрузкой с целью исключить влияние нагрузки на выходное напряжение источника.

Рис.3 Повторитель напряжения

Коэффициент усиления повторителя напряжения KU = Uвых/Uвх = 1.

— Инвертирующий усилитель. Схема простейшего инвертирующего усилителя показана на Рис.4.

Рис.4 Инвертирующий усилитель

Коэффициент усиления схемы определяется соотношением сопротивлений в цепях входа и обратной связи KU=-R2/R1. Это соотношение с достаточной степенью точности может быть применено к реальным операционным усилителям.

Инвертирующий усилитель применяется в основном в тех случаях, когда нужен усилитель, к которому не предъявляются требования высокого входного сопротивления, и когда нужно проинвертировать или просуммировать несколько входных сигналов.

— Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя показана на Рис.5.

Рис.5 Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью отрицательной обратной связи и резистивного делителя. Коэффициент усиления схемы с идеальным операционным усилителем может быть определен из выражения KU = 1 + R2 / R1.

Благодаря высокому входному сопротивлению неинвертирующий усилитель часто применяют в качестве масштабирующего усилителя.

— Усилители-ограничители. В реле защиты часто требуется ограничить уровень выходного напряжения. Ограничения можно выполнить за счет включения в цепь обратной связи параллельно сопротивлению двух встречно включенных стабилитронов (Рис.6).

Читайте также:  Конвекционные токи воздуха это

При подъеме выходного напряжения более UСТ + 0,7 В сопротивление обратной связи шунтируется и рост выходного напряжения прекращается.

Рис.6 Усилитель-ограничитель

— Схемы сумматоров. Выходное напряжение в схеме сумматора пропорционально сумме входных напряжений. Они обладают малым собственным потреблением и успешно применяются в схемах формирователей сигналов. В качестве примера на Рис.7 показана схема сумматора для трех сигналов на основе инвертирующего усилителя.

Рис.7 Схема сумматора

Выходное напряжение для этой схемы

— Активные фильтры. Активные фильтры часто применяются в технике релейной защиты в силу свей простоты при настройке, отсутствии нелинейных индуктивностей, малых габаритов и потребления.

В силу своего назначения могут выполняться как фильтры нижних частот ФНЧ, фильтры верхних частот ФВЧ, полосовые фильтры ПФ, режекторные фильтры РФ. На Рис.8 показаны примеры амплитудно-частотных характеристик таких фильтров, представляющих собой зависимость выходного напряжения от частоты входного.

Рис.8 Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров

На каждой их характеристик могут быть выделены три полосы частот: а – полоса пропускания, где выходное напряжение имеет наибольшее значение; с — полоса подавление, где выходное напряжение минимально; b — переходная полоса частот в пределах которой выходное напряжение меняется от максимального до минимального значения или наоборот. Чем уже переходная характеристика, тем ближе характеристика фильтра к идеальной.

Описанные схемы охватывают только часть наиболее часто встречающихся вариантов выполнения блоков узла формирования

3. В схеме сравнения СС сформированные сигналы измерительного тракта сравниваются с опорным напряжением, называемым уставкой реле. Для срабатывания реле необходимо, чтобы входной сигнал превысил заданное значение опорного сигнала. В релейной защите в качестве элементов схемы сравнении широко используются компараторы. Напряжение на выходе компаратора находится на одном из двух фиксированных уровней: на верхнем, если напряжение на неинвертирующем входе компаратора больше напряжения на инвертирующем входе; и на нижнем, при противоположных соотношениях напряжений.

Для работы в качестве компаратора может быть применен обычный операционный усилитель. Одна из типовых схем компаратора приведена на Рис.9.

Рис.9 Пример выполнения компаратора для однополярных сигналов

На первый вход подается измеряемый сигнал, на второй — опорный. Если измеряемое напряжение меньше опорного, то на выходе схемы держится максимальное выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным. Как только измеряемое напряжение превысит опорное полярность выходного сигнала меняется на противоположную. Диоды защищают входы операционного усилителя от повышенных значений разности сравниваемых напряжений.

Приведенная схема обладает существенным недостатком, который проявляется в случае примерного равенства сравниваемых напряжений – неустойчивого опрокидывания. Для устранения «дребезга» компаратора широко применяется схема инвертирующего триггера Шмитта, Рис.10. Триггер Шмитта представляет собой компаратор с одним заземленным входом, заданным опорным напряжением и положительной обратной связью.

Рис.10 Триггер Шмита и его передаточная характеристика

Передаточная характеристика такой схемы имеет четко выраженный «релейный» характер.

4. Выходная часть ВЧ выполняется с помощью электромагнитного или герконового реле. Одна из возможных схем выходной части статического реле показана на Рис.11. На один из концов обмотки реле К1 подается «плюс» оперативного тока 220 В, а другой подключается к коллектору транзистора VT1. Транзистор управляется сигналом от схемы сравнения.

Рис.11 Схема выходной части статического реле

5. Для питания полупроводниковых элементов на схему реле должно быть подано напряжение ±15В. Если источником оперативного питания является аккумуляторная батарея на 220 В, то применяются специальные интегральные микросхемы, или питание может быть организовано с помощью стабилитронов, Рис. 12.

Рис.12 Схема питания реле от сети постоянного оперативного тока 220В

Источник

Полупроводниковые реле

Общие сведения. Полупроводниковые реле в отноше­нии быстродействия, чувствительности, селективности и на­дежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые реле обладают характеристиками, ко­торые невозможно получить с помощью электромагнитных реле.

Полупроводниковые реле защиты содержат измерительный орган и логическую часть.

В измерительном органе непрерывные выходные величины преобразуются в дискретный выходной сигнал.

Дискретный выходной сигнал посту­пает на вход логической части, выдающей управляющий сигнал чаще всего на электромагнитное реле.

Измерительный орган полупроводникового реле тока обычно имеет на входе трансформатор тока, нагруженный на малое активное сопротивление. Напряжение на этом сопротивлении пропорционально первичному току в контро­лируемой сети.

В измерительных органах используются следующие три принципа:

1) сравнение однородных физических величин, напри­мер напряжений. В момент равенства измеряемого и опор­ного напряжений на выходе появляется нулевой сигнал, который приводит к срабатыванию нуль-органа. На выходе появляется дискретный сигнал. Регулируя опорное напря­жение, можно менять уставку срабатывания. Реализация такого принципа показана на рис. 8.11. Выпрямленный сигнал, пропорциональный напряжению или току, по­дается на мост R1, R2, R3, VD1. В момент равенства на­пряжений на R2 и VD1 на выходе моста появляется нуле­вой сигнал, который приводит в действие нуль-орган. Глав­ным источником погрешности полупроводниковых реле яв­ляется зависимость параметров полупроводниковых прибо­ров от температуры. Поэтому в схемы вводится темпера­турная компенсация. В данной схеме для температурной компенсации последовательно со стабилитроном VD1 вклю­чается в прямом направлении диод. С ростом температуры у стабилитрона падение напряжения растет, а у диода в проводящем направлении падает;

2) проявление физического эффекта, возникающего, при определенном значении измеряемого напряжения, — скачок в нелинейной характеристике туннельного диода, релейная характеристика триггера Шмидта и др.;

3) преобразование непрерывного входного сигнала и опорного напряжения в цифровую форму. После этого производится сравнение входного сигнала с опорным на­пряжением.

Обработка входного сигнала в цифровой фор­ме может производиться по требуемому алгоритму вычисли­тельного устройства. Последний принцип наиболее перспек­тивен ввиду высокой универсальности и стремительного развития вычислительной техники.

Реле тока. Функциональная схема трехфазного полупроводниково­го реле тока представлена на рис. 8.12. Пропорциональ­ные токам напряжения трех фаз подводятся к промежуточ­ным трансформаторам Т1—ТЗ. Между первичной и вторич­ной обмотками установлен экран. На выходе трансформа­торов включены нелинейные резисторы. Эти меры защищают усилители ОУ Al—A3 от перенапряжений. Сигнал со вторичных обмоток трансформаторов, пропорциональный контролируемому току, подается на входы ОУ Al—A3. На эти же усилители подается опорное напряжение с резисто­ра R. Входные и опорные напряжения сравниваются между собой. При их равенстве на выходе усилителей Al—A3 появляется выходной сигнал, который через элемент ИЛИ, блок расширения импульса А5 и оконечный усилитель А4 подается на исполнительный орган. В блоке А5 кратковременный импульс преобразуется в импульс большой дли-тельности. Светоизлучающие диоды VD1 – VD3 сигнализируют о фазе, в которой произошла перегрузка.

Для того чтобы схема не реагировала на кратковременные и безопасные для защищаемой цепи перегрузки, вводится выдержка времени (рис. 8.13). Для этого один сигнал с элемента ИЛИ подается на элемент И непосредственно, второй – с выдержкой времени, определяемой цепочкой R1, C1. Сигнал на выходе реле появляется только тогда, когда на элемент И придут оба сигнала.

Реле напряжения. В схеме трехфазного реле напряжения (рис. 8.14.) напряжение срабатывания регулируется резистором R1.

Реле может работать как максимальное (переключатель S в положении 1) и как минимальное (переключатель S в положении 2). Коэффициент возврата реле регулируется в широком диапазоне с помощью резистора R2, которым изменяется коэффициент положительной обратной связи в усилителях А1, А2, А3.

Логический элемент И обеспечивает срабатывание реле в случае, когда напряжение хотя бы в одной фазе падает ниже допустимого значения (переключатель S в положении 2).

Источник



Полупроводниковые и комбинированные реле

date image2015-04-12
views image1157

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Полупроводниковое реле тока обычно содержит полупроводниковый ключ (импульсный усилитель) в составе исполнительного устройства, измерительный преобразователь, а также элементы логики в составе устройства управления (см. [1] п. 6.1 … 6.4). Полупроводниковое реле называют также электронным реле [2]. С помощью электронного чаще всего транзисторного ключа осуществляется включение и отключение выходного электромагнитного реле напряжения, которое конструктивно объединяют с полупроводниковым реле. Упрощенная функциональная схема полупроводникового реле переменного тока показана на рис. 4.7 [9].

Измерительный преобразователь (ИП) обычно имеет на входе трансформатор тока (ТА), нагруженный на малое по величине активное сопротивление R. Падение напряжения на этом сопротивлении пропорционально первичному току в контролируемой цепи (ЭЦ1). Напряжение, снимаемое с сопротивления R, выпрямляется (UZ) и сравнивается в компараторе 1 (пороговым элементом А) с опорным напряжением, от величины которого зависит ток срабатывания реле. В качестве компаратора обычно используют операционный усилитель 2 с положительной обратной связью. Характеристику управления компаратора можно представить по табл. 4.1 нелинейностью 2 (первый квадрант), если под А понимать опорное напряжение и под d — напряжение на выходе компаратора.

Сигнал с компаратора передается на формирователь импульсов управления (ФИУ) электронным ключом (ЭК). Когда ток в контролируемой цепи превысит значение уставки, заданной опорным напряжением, электронный ключ откроется по сигналу с компаратора, снизив сопротивление в коммутируемой цепи (ЭЦ2) от большого значения до малого значения. Ключ изменяет свое состояние, если к цепи подведено от источника электрической энергиии необходимое по величине напряжение U. Если в цепи ЭЦ2 установлено контактное выходное реле (точнее его включающая катушка), то выходное реле сработает. Уменьшение тока в контролируемой цепи ниже определенного значения вызовет переход электронного ключа в непроводящее состояние и отключение выходного реле в цепи ЭЦ2.

Читайте также:  Apa2614 уменьшить ток подсветки

В некоторых полупроводниковых реле предусматривают элементы (например, тиристорные оптопары), обеспечивающие гальваническую развязку электрических цепей ЭЦ1 и ЭЦ2.

1. Компаратор – устройство сравнения двух копий одних и тех же данных с целью проверки их корректности, идентичности. — см. Терминологический словарь по автоматике, информатике и вычислительной технике/ В. В. Зотов, Ю. Н. Маслов, А. Е. Пядочкин и др. – М.: Высш. шк., 1989.

2. Операционный усилитель (ОУ) – усилитель постоянного тока интегрального исполнения с большим коэффициентом усиления по напряжению (до 10 5 ). Напряжение на выходе ОУ изменяется в диапазоне, ограниченном двумя фиксированными значениями напряжения разного знака.

У реле постоянного тока в составе измерительного преобразователя применяют шунт и специальную схему преобразования напряжения, снимаемого с шунта.

Полупроводниковое реле напряжения имеет в своем составе измерительный преобразователь, логические элементы, электронный ключ. Оно может быть представлено функциональной схемой как на рис. 4.7 с той лишь разницей, что вместо трансформатора тока в измерительном преобразователе используется трансформатор напряжения.

На рис. 4.8 приведена упрощенная функциональная схема трехфазного реле минимального напряжения [9].

С помощью трехфазного реле минимального напряжения осуществляется защита трехфазных приемников электрической энергии при недопустимом снижении симметричного фазного или линейного напряжения в контролируемых цепях ЭЦ1А, ЭЦ1В, ЭЦ1С.

Уставка напряжения отпускания реле Uот задается с помощью резистора Rо одинаковой для всех трех контролируемых напряжений UА, UВ, UС. Величины UА, UВ, UС сравниваются компараторами (нелинейными элементами) с уставкой Uот. По результатам сравнения каждый компаратор формирует на своем выходе сигнал, уровень которого соответствует логической единице или логическому нулю. Любой кратковременный сигнал на выходе компаратора, вызванный провалом напряжения, преобразуется в сигнал большей длительности и подается в логическую схему И-НЕ. Появление нулевого сигнала на входе схемы И-НЕ вызывается снижением напряжения UА, UВ или UС за порог Uот. Тогда по единичному сигналу с выхода логической схемы И-НЕ формирователь импульсов управления ФИУ откроет электронный ключ ЭК. Сопротивление в управляемой электрической цепи ЭЦ2 будет скачком снижено им до минимального значения. Если, например, в этой цепи предусмотрено выходное электромагнитное реле, то оно сработает и подаст команду на отключение приемника электрической энергии (электродвигателя) от питания по всем контролируемым цепям ЭЦ1А, ЭЦ1В, ЭЦ1С.

Для защиты электродвигателей, тиристорных преобразователей или других трехфазных потребителей при снижении симметричного напряжения, асимметрии междуфазных напряжений и обратном чередовании фаз применяют полупроводниковые реле ЕЛ-10-1, ЕЛ-10-2. В каждом из них предусматривается выходное электромагнитное реле, которое срабатывает, при снижении напряжения в одной из фаз до 55…65% Uном. При обрыве двух или трех фаз одновременно или при обратном следовании фаз реле срабатывает при напряжении 70…75% Uном. Коэффициент возврата реле не менее 0,9. Время срабатывания реле ЕЛ-10-1 не превышает 5 с. Реле не срабатывает при колебаниях симметричного напряжения в пределах (0,85…1,10)Uном.

Полупроводниковое комбинированное реле времени (типа ВЛ) создает выдержку времени (0,1…200 с и более до 100 ч) с помощью электронного устройства замедления. В качестве исполнительного элемента используется малогабаритное выходное электромагнитное реле. Структурная схема полупроводникового комбинированного реле времени приведена на рис. 4.9а.

Сигнал хл передается из электрической цепи ЭЦ1 в цепь ЭЦ2 с задержкой времени τср (рис. 4.9б). Выходной сигнал dл формирует электромагнитное реле напряжения (РН), катушка которого подключается под напряжение U цепи ЭЦ3 выходным сигналом ул электронного устройства задержки (УЗЭ).

В реле времени типов ВЛ-43, ВЛ-44, ВЛ-48 выдержка времени (до 200 с) создается с помощью цепочки R-С, обеспечивающей экспоненциальное возрастание напряжения UС на конденсаторе С после подачи по цепи ЭЦ1 напряжения на вход устройства задержки. Выходной сигнал ул формируется компаратором устройства задержки на основе сравнения UС с заданной величиной.

В реле времени типов ВЛ-45, ВЛ-46, ВЛ-47 создаются большие выдержки времени (до 10 ч) с помощью цифрового устройства задержки, в составе которого предусматривается генератор импульсов и счетчик импульсов. Импульсы отсчитываются счетчиком до тех пор, пока их число не будет соответствовать уставке времени замедления срабатывания. Тогда счетчик останавливается и открывается транзисторный ключ, обеспечивая подключение катушки реле РН под напряжение U в цепи ЭЦ3 (см. рис. 4.7а).

Источник

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЛЕ

Полупроводниковые реле. Устройство, параметры.

Лекция №15.

Реле с электромагнитным замедлением РЭ-100­­ – РЭ-570.

Принцип электромагнитного замедления используется в ря­де конструкций реле (реле типа РЭ-100, РЭ-180, РЭ-500, РЭ-570 и др.). Реле типа РЭ имеют магнитную систему кла­панного типа с короткозамкнутым витком (втулкой), и только реле РЭ-100 может выполняться и без короткозамкнутого витка. Эти реле выпускаются на напряжения 48, 110 и 220В. Мощность, потребляемая обмотками, 20—25 Вт,мощность кон­тактов реле дана в табл. 1.

При работе реле используется выдержка времени, давае­мая ими при отпускании якоря. Для реле РЭ-100 и РЭ-500 может быть получена выдержка порядка 0,25—0,9 сек. Для реле РЭ-180 и РЭ-560 выдержка времени 1—3 и 3—5 сек.

Собственное время притяжения якоря реле при наличии короткозамкнутого витка примерно в 3 раза больше, чем без него.

Тема лекции:

а) Общие сведения. Полупроводниковые реле в отноше­нии быстродействия, чувствительности, селективности и на­дежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые реле обладают характеристиками, ко­торые невозможно получить с помощью электромагнитных реле.

Полупроводниковые реле защиты содержат измеритель­ный орган и логическую часть. В измерительном органе непрерывные входные величины преобразуются в дискрет­ный выходной сигнал. Дискретный выходной сигнал посту­пает на вход логической части, выдающей управляющий сигнал чаще всего на электромагнитное реле.

Измерительный орган полупроводникового реле тока обычно имеет на входе трансформатор тока, нагруженный на малое активное сопротивление. Напряжение на этом сопротивлении пропорционально первичному току в контро­лируемой сети.

В измерительных органах используются следующие три принципа:

1) сравнение однородных физических величин, напри­мер напряжений. В момент равенства измеряемого и опор­ного напряжений на выходе появляется нулевой сигнал, который приводит к срабатыванию нуль-органа. На выходе появляется дискретный сигнал. Регулируя опорное напря­жение, можно менять уставку срабатывания. Реализация такого принципа показана на рис. 15.1. Выпрямлен­ный сигнал, пропорциональный напряжению или току, по­дается на мост RJ, R2, R3, VD1. В момент равенства на­пряжений на R2 и VDI на выходе моста появляется нуле­вой сигнал, который приводит в действие нуль-орган. Глав­ным источником погрешности полупроводниковых реле яв­ляется зависимость параметров полупроводниковых прибо­ров от температуры. Поэтому в схемы вводится темпера­турная компенсация. В данной схеме для температурной компенсации последовательно со стабилитроном VD1 вклю­чается в прямом направлении диод. С ростом температуры у стабилитрона падение напряжения растет, а у диода в проводящем направлении падает;

Рис. 15.1. Измерительный орган со стабилитроном

2) проявление физического эффекта, возникающего при определенном значении измеряемого напряжения, — скачок в нелинейной характеристике туннельного диода, релейная характеристика триггера Шмидта и др.;

3)преобразование непрерывного входного сигнала и опорного напряжения в цифровую форму. После этого производится сравнение входного сигнала с опорным на­пряжением. Обработка входного сигнала в цифровой фор­ме может производиться по требуемому алгоритму вычисли­тельного устройства. Последний принцип наиболее перспек­тивен ввиду высокой универсальности и развития вычислительной техники.

Функциональная схема трехфазного полупроводниково­го реле тока представлена на рис. 15.2. Пропорциональ­ные токам напряжения трех фаз подводятся к промежуточ­ным трансформаторам Т1ТЗ. Между первичной и вторич­ной обмотками установлен экран. На выходе трансформа­торов включены нелинейные резисторы. Эти мероприятия защищают усилители ОУ от перенапряжений. Сигнал со вторичных обмоток трансформаторов, пропорциональный контролируемому току, подается на входы ОУ А1A3. На эти же усилители подается опорное напряжение с резисто­ра R. Входные и опорные напряжения сравнива ются между собой. При их равенстве на выходе усилителей А1A3 появляется выходной сигнал, который через эле­мент ИЛИ (§ 12.6), блок расширения импульса А5 и око­нечный усилитель А4 подается на исполнительный орган. В блоке А5 кратковременный импульс преобразуется в им­пульс большей длительности. Светоизлучаюшие диоды VD1VD3 сигнализируют о фазе, в которой произошла перегрузка.

Рис. 15.2. Трехфазное полупроводниковое реле тока

Для того чтобы схема не реагировала на кратковремен­ные и безопасные для защищаемой цепи перегрузки, вводится выдержка времени (рис. 15.3). Для этого один сигнал с элемента ИЛИ подается на элемент И непосредственно, второй — с выдержкой времени, определяемой цепоч­кой Rl, C1. Сигнал на выходе реле появляется только тог­да, когда на элемент И придут оба сигнала.

Рис. 15.3. Реле тока с выдержкой времени

б) Реле тока с выдержкой времени, зависящей от тока. В таких реле используются и аналоговые, и дискретные схемы. На рис. 15.4 в качестве примера показана функ­циональная схема полупроводникового токового расцепителя автоматического выключателя серии «Электрон». На­пряжения, пропорциональные токам в фазах, через проме­жуточные трансформаторы подаются на выпрямитель, после чего поступают на резисторы Rl, R2, R4. Пропор­циональный току сигнал И (I) с Rl подается на сумми­рующий блок , на который приходит сигнал U(t), сни­маемый с цепочки временной задержки R3, С1. Канал сиг­нала U(t) начинает работать, когда под действием тока перегрузки срабатывает полупроводниковое реле К1. Ког­да суммарный сигнал достигает порога срабатывания полупроводникового реле КЗ, оно выдает сигнал на тиристорный усилитель А, воздействующий на обмотку электро­магнита расцепителя К5.

Читайте также:  Метр измерение силы тока

в) Реле защиты от замыканий на землю. Реле применя­ется в схемах защиты при замыканиях на землю генерато­ров, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю. Основные параметры реле: ток срабатывания j регулируется в пределах 0,02—0,12 А; коэффициент возвврата не менее 0,93; коммутируемое напряжение не более 250 В; механическая износостойкость 10 4 циклов; электрическая износостойкость не менее 10 3 циклов.

Рис. 15.4. Полупроводниковый расцепитель для управления автомати­ческим выключателем серии «Электрон»

Схема реле представлена на рис. 15.5. Измерительный орган реле содержит промежуточный трансформатор ТА и резисторы R2R7, которые вместе с выключателями SB1SB5 служат для дискретной регулировки тока сраба­тывания. При отключенных выключателях ток срабатыва­ния реле минимален. По мере включения R3—R7 уменьша­ется напряжение на выходе операционного усилителя А1. и ток срабатывания увеличивается. Диоды VD1VD4 слу­жат для ограничения сигнала на входе А1. При большом входном сигнале трансформатор ТА насыщается и его входное сопротивление падает. Резистор R1 ограничивает ток в цепи трансформатора, ТА.

Операционный усилитель А1 работает как активный фильтр. Многоконтурная отрицательная обратная связь с помощью резисторов R8, R9, R10 и конденсаторов CI, C2 позволяет отфильтровать высшие гармоники в сигнале и оставить основную частоту 50 Гц.

Сравнивающая часть реле состоит из порогового эле­мента на операционном усилителе А2, время-измерительной цепи. VD5, R15, R16, С8 и триггера Шмидта на операцион­ном усилителе A3. Конденсаторы СЗ—С10 служат для ста­билизации работы усилителя, исключая его самовозбужде­ние. Резистор R17 создает положительную обратную связь. Выходной каскад реле выполнен на транзисторе VT1, в цепь коллектора которого включено быстродействующее электромагнитное реле К.

Питание схемы осуществляется от сети постоянного тока (контакты 4, 1 при напряжении 220 В и 4, 2 при на­пряжении 110 В) или от сети переменного тока 100 В (кон­такты 4, 3). С помощью стабилитронов VD6 и VD7 получа­ются два симметричных напряжения —15 В и +15 В для питания операционных усилителей.

Порог срабатывания порогового элемента определяется резисторами R11—R14. Настройка реле на минимальную уставку производится резистором R11.

Рис. 15.5. Реле защиты от замыканий на землю

г) Реле защиты асинхронных двигателей (РЗД). Реле (рис. 15.6) обеспечивает защиту асинхронных двигателей от больших перегрузок и неполнофазных режимов. В цепи вторичных обмоток трансформаторов тока через мосты VI—V3 включены нагрузочные резисторы, напряжения на которых пропорциональны токам двигателя. Конденсаторы С/—СЗ сглаживают пульсации напряжения. Эти напряже­ния через диоды VD1—VD3 приложены к потенциометру Rl, напряжение с которого поступает на пороговый эле­мент К1. Если токи в фазах двигателя не превышают но­минальное значение, то напряжение на входе К.1 недоста­точно для его срабатывания. Если токовая перегрузка превышает допустимую, то К1 срабатывает и запускает промежуточное реле К4, которое подает сигнал на цепь задержки R4, С4. Напряжение с конденсатора С4 пода­йся на пороговый элемент КЗ, усилитель А и выходное электромагнитное реле К, контакты которого включены в цепь катушки пускателя или электромагнитного расцепителя автомата.

Если длительность перегрузки меньше, чем время за­держки в цепи R4, С4, то двигатель не отключается. При нормальном пуске или допустимой технологической перегрузке благодаря наличию цепи задержки двигатель не отключается. Если длительность перегрузки больше, чем время задержки, то двигатель обесточивается. При обрыве одной фазы, например фазы А, пропадает напряжение на нагрузочном резисторе R3 этой фазы. Поскольку фазы В и С остались под током, то на выходе MN имеется напря жение Вых указанной полярности. Под действием этого напряжения протекает ток через резистор R3, диод VD4, который открывается, и потенциометр R2. Напряжение с потенциометра R2 прикладывается к пороговому эле­менту К2, который срабатывает. После этого действует цепочка К4, R4, С4, КЗ, А, К и происходит отключение двигателя.

Рис. 15.6. Реле защиты асинхронных двигателей

д) Трехфазные реле напряжения. В схеме трехфазного реле напряжения (рис. 15.7) напряжение срабатывания регулируется резистором R1. Реле может работать как максимальное (переключатель S в положении /) и как ми­нимальное (переключатель 5 в положении 2). Коэффициент возврата реле регулируется в широком диапазоне с по­мощью резистора R2, которым изменяется коэффициент положительной обратной связи в усилителях AI, A2, A3. Логический элемент И обеспечивает срабатывание реле в случае, когда напряжение хотя бы в одной фазе падает ниже допустимого (при S в положении 2).

Для защиты электродвигателей, тиристорных преобра­зователей, других трехфазных потребителей при недопу стимом снижении симметричного напряжения, асимметрии междуфазных напряжений, обратном чередовании фаз служит реле ЕЛ-10-1 (с выдержкой времени) и ЕЛ-10-2 (без выдержки времени). Структурная схема этого реле приведена на рис. 15.8. На входе реле включены порого­вые элементы ПЭ1, ПЭ2, ПЭЗ, образующие пороговый блок ПБ. С выхода ПБ система полученных в нем прямоуголь­ных импульсов (рис. 12.23) поступает в логический блок ЛС, на триггеры 77, Т2 и логический элемент И. Полученная в ЛС система прямоугольных импульсов через дифференцирующую цепочку RC подается на схему временной уставки СВУ, которая с выдержкой времени от­крывает транзистор VT выходного усилителя ВУ. Если контролируемое напряжение симметрично и близко к но­минальному значению, то выходные импульсы ЛБ не при­водят к срабатыванию СВУ и ВУ.

Когда изменения трехфазного напряжения или порядка чередования фаз выходят за пределы допустимых, на вы­ходе ЛС исчезает показанная на рис. 12.23 последователь­ность импульсов. При этом по истечении выдержки време­ни в СВУ выдается сигнал на ВУ и выходное реле срабаты­вает. Допустим, исчезло напряжение в фазе А. При этом перестает работать триггерТ1и на выходе логического элемента И появится логический 0. Триггер Т2 тоже перестает переключаться. На выходе -цепочки сигнал пропадает, на вход СВУ и ВУ не подается сигнал ЛС, и реле К отключает цепь. Реле срабатывает при снижении напряжения в одной из фаз до 55 — 65 % Uном при номи­нальном напряжении в остальных. При обрыве двух или трех фаз одновременно или при обратном следовании фаз реле срабатывает при напряжении 70 — 75 % Uном. Коэф фициент возврата реле не менее 0,9. Время срабатыва­ния реле ЕЛ-10-1 не превышает 5 с. Реле не срабаты­вает при колебании симметричного напряжения в пределах 85—110 % Iном.

е) Полупроводниковые реле времени. Благодаря боль­шому диапазону выдержек времени (от 0,1 с до 100 ч), вы­сокой надежности и точности, а также малым габаритам в настоящее время эти реле широко распространены. В схе­ме простейшего полупроводникового реле времени 15.9 при замыкании контакта 1напряжение на конденсаторе С растет по экспоненте с постоянной времени Т=RC. Напряжение Uc подается на пороговый элемент. При равенстве Uc пороговому напряжению Uппороговый эле­мент срабатывает и с выдержкой времени tср выдает сиг­нал на усилитель мощности, который управляет выходным электромагнитным реле. Возможно использование разряда конденсатора (замыкается контакт 2). Процесс разряда идет по кривой 2 (рис. 15.9,б). Такие реле работают на начальных участках кривых 1 и 2. Выдержку времени регулируют за счет изменения сопротивления R (плавно) и емкости конденсатора С (скачкообразно). Предельная вы­держка времени — до 10 с.

Рис. 15.7. Трехфазное реле напряжения

Рис. 15.8. Структурная схема реле напряжения

При больших выдержках вре­мени погрешность реле возрастает, так как экспонента ста­новится пологой. Этим ограничивается выдержка времени таких реле. Для повышения точности заряд конденсатора производят через токостабилизирующее устройство.Схема реле и процесс заряда конденсатора показаны на рис. 15.9. Поскольку напряжение на базе транзистора стабилизировано, то коллекторный ток не зависит от на­пряжения на коллекторе (генератор тока). Ток заряда устанавливается резистором R1. Чем больше ток заряда, тем меньше выдержка времени. Стабилитрон VD дела­ет неизменным напряжение на резисторе R1, что позволяет получить постоянное время срабатывания при данном по­ложении движка потенциометра.

Рис. 15.9. Полупроводниковое реле времени:

в — принципиальная схема; б — процессы заряда / и разряда 2 конденса­тора

С целью увеличения выдержки времени можно исполь­зовать заряд конденсатора от источника импульсного на­пряжения. При каждом импульсе на­пряжение на конденсаторе поднимается на небольшую величину, после чего во время паузы остается неизменным. Такое реле позво­ляет увеличить выдержку времени. Дело в том, что во время паузы напряжение на емкости не меняется и это время паузы входит в выдержку времени реле. Тем самым уменьшается погрешность за счет нелинейности кривой за­ряда.

ж) Цифровые реле времени. В цифровом реле времени управляющее устройство запускает гене­ратор. Импульсы от генератора подаются на вход не-синхронизируемого двоичного счетчика. В момент совпа­дения кода времени с заданной уставкой сигнал дешифра­тора скачкообразно меняется и выходной импульс подается на усилители.

После каждого цикла счетчик переводится в нуль. Приведенная погрешность описанных реле времени не превышает 5 %. Коммутационная износостойкость состав­ляет не менее 4*10 6 циклов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник