Сегодня: 30 | 10 | 2020

Электрические аппараты конспект лекций (11 - 22 лекции )

ЛЕКЦИЯ № 13

6 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЛЕ НА ТРАНЗИСТОРАХ

К полупроводниковым реле на транзисторах относятся реле защиты от замыкания на землю, трёхфазное реле напряжения, полупроводниковое реле времени.

РЕЛЕ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Реле применяется в схемах защиты при замыкании на землю генераторов, двигателей, линии с малыми токами замыкания на землю. Основные параметры реле: ток срабатывания регулируется в пределах 0,02-0,12 А; коэффициент возврата не менее 0,93; коммутируемое напряжение не более 250 В; механическая износостойкость 104 циклов; электрическая износостойкость не менее 103 циклов.

Схема реле представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1– Реле защиты от замыканий на землю

Измерительный орган реле содержит промежуточный трансформатор ТА и резисторы R2-R7, которые вместе с Выключателями SB1-SB5 служат для дискретной регулировки тока срабатывания. При отключенных выключателях ток срабатывания реле минимален. По мере включения R2-R7 уменьшается напряжение на выходе операционного усилителя А1 и ток срабатывания увеличивается. Диоды VА1- VА4 служат для ограничения сигнале входе А1. При большом входном сигнале трансформатор ТА насыщается и его входное сопротивление падает. Кl ограничивает ток в цепи трансформатора ТА.

Операционный усилитель Аl работает как активный фильтр. Многоконтурная отрицательная обратная связь с помощью резисторов RB, R9, R l0 и конденсаторов Сl, С2 позволяет отфильтровать высшие гармоники в сигнале и оставить основную частоту 50 Гц.

Сравнивающая часть реле состоит из порогового элемента на операционные усилители А2, времяизмерительной цепи VD5, R15, R16, С8 и триггера Шмидта на операционном усилителе А3. Конденсаторы С3-С10 служат для стабилизации работы усилителя. Исключая его самовозбуждение. 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 U=220 B и 4, 2 при U=110 B) 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 операционного усилителя.

Порог срабатывания порогового элемента определяется резисторами R11 - R14. Настройка реле на min установку производится резисторами R11.

ТРЕХФАЗНОЕ РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ

В схеме Трехфазного реле напряжения (рисунок 2.2.) напряжение срабатывания регулируется резистором R 1.

Рисунок 6.2 – Трёхфазное реле напряжения

Реле может работать как максимальное (переключатель S 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 (при S в положении 2).

Для защиты электродвигателей, тиристорных преобразователей, других трехфазных потребителей при недопустимом снижении симметричного напряжения, асимметрии междуфазных напряжений, обратном чередовании фаз служит реле ЕА-10-1 (с выдержкой времени). Структурная схема на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 – Структурная схема реле напряжения

На входе реле включены пороговые элементы ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3, образующие пороговый блок ПБ. С выхода ПБ система полученных в нем прямоугольных импульсов поступает в логический блок ЛБ на триггеры Т1, Т2 и логический элемент И. Полученная в ЛС система прямоугольных импульсов через дифференцирующую цепочку RC подается на схему временной установки 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 изменение трёхфазного напряжения или порядка чередования фаз выходят за пределы допустимых, на выходе ЛС исчезает последовательность импульсов. При этом по истечении выдержки времени в СВУ выдаётся сигнал на ВУ и выходное реле срабатывает. Допустим, исчезло напряжение в фазе А. При этом перестает работать триггер Т1 и на выходе логического элемента И появится логический 0. Т2 тоже перестает переключаться. На входе RC - 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% при в остальных. При отрыве двух или трех фаз одновременно или при обратном следовании фаз реле срабатывает при напряжении 70-75% . Коэффициент возврата реле не менее 0,9. Время срабатывания ЕЛ-10-1 не выше 5с. Реле не срабатывает при колебании симметричного напряжения в пределах 85-110% .

Рисунок 6.3, а – К работе схемы рисунка 6.3

Схема полупроводниковых реле времени (рисунок 6. 4.) и процесс заряда конденсатора. Поскольку U на базе транзистора стабилизировано, то коллекторный ток не зависит от U на коллекторе (генератор тока). Ток заряда устанавливается резистором R1. Чем больше ток заряда, тем меньше выдержка времени t. Стабилитрон VD делает неизменным напряжение на R1, что позволяет получить постоянное время срабатывания при данном положении движка потенциометра.

Рисунок 6.4 – Полупроводниковое реле времени с зарядом конденсатора от источника тока (а) и процесс заряда конденсатора (б).

С целью увеличения выдержки времени можно использовать заряд конденсатора от источника импульсного напряжения.

7 ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

Полупроводниковое реле времени относится к числу вспомогательных реле, служащее для замедления времени защиты, служащие для замедления времени защиты.

В схеме простейшего полупроводникового реле времени (рисунок 7.1.) при замыкании контакта 1 напряжение на конденсаторе С растёт по экспоненте с постоянной времени T=RC. Напряжение подается на пороговый элемент. При появлении пороговому напряжению пороговый элемент срабатывает и выдержкой времени выдает сигнал на усилитель мощности, который управляет выходным электромагнитным реле. Возможно использование разряда конденсатора (замыкается контакт 2).

Рисунок 7.1 – Полупроводниковое реле времени :

А – принципиальная схема;

Б – процессы заряда 1 и заряда 2 конденсатора С.

Процесс разряда идёт по кривой 2 (рисунок 7.1., а). Реле работают на начальных участках кривых 1 и 2. Выдержку времени регулируют за счёт изменения сопротивления R и ёмкости конденсатора С. Предельная выдержка времени – до 10 сек. Для повышения точности заряд конденсатора производят через токостабилизирующее устройство. Напряжение на конденсаторе определяется уравнением:


Где - начальное напряжение на конденсаторе; I - ток заряда.

Напряжение на базе транзистора стабилизировано, коллекторный ток не зависит от напряжения на коллекторе. Ток заряда устанавливается резистором R l. Чем больше ток заряда, тем меньше выдержка , стабилитрон VD делает неизменным напряжение на резисторе R l, что позволяет получить постоянное время срабатывания при данном положении движка потенциометра.

Рисунок - 7.2. Полупроводниковое реле времени с зарядом конденсатора от источника тока (а) и процесс заряда конденсатора (б)

Для увеличения выдержки времени используется заряд конденсатора от источника импульсного напряжения (рисунок 7.3 а).

Рисунок 7.3 - Полупроводниковое реле времени (а) и диаграмма его работы (б)

На цепочку R l, С2 подаётся напряжение прямоугольной формы. При каждом импульсе U на конденсаторе поднимается на небольшую величину, после чего во время паузы остается неизменным приложено к пороговому элементу. Когда реле срабатывает. Чем больше скважность импульса тем большая выдержка может быть получена.

ЦИФРОВЫЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

Рисунок 7.4 - Цифровые реле времени

Управляющее устройство УУ запускает генератор G. Импульсы от генератора G подаются на вход не синхронизируемого двоичного счётчика. В момент совпадения кода времени с заданной установкой сигнал дешифратора DC скачкообразно меняется и выходной импульс подается на усилители А1 А2, АЗ. После каждого цикла счётчик приводится в нуль. Возможны цифровые реле времени без дешифраторов.

Электронные реле времени типов ВЛ могут использоваться как реле времени и программные устройства. Диапазон выдержек времени реле от 0,1 с до 10 мин. При подаче U на блок питания БП начинается заряд конденсатора С1 через резистор R1. Опорное напряжение на инверсный вход операционного усилителя А, работающего в режиме компаратора, подается от делителя R1-R5. когда U на конденсаторе сравняется с опорным, компаратор А выдает сигнал на выходной усилитель ВУ, который питает выходное реле К. Регулирование выдержки времени производится за счет изменения опорного U на инверсном входе А. После отключения БП конденсатор С1 разряжается через диод VD на резисторы R2-R5. Погрешность реле времени не превышает 5%. Коммутационная износостойкость ‑ не менее 4х 106 циклов.