Электрические аппараты конспект лекций (11 - 22 лекции )
Страница 2 из 9
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.
