Реле сопротивления на операционных усилителях

В.К. Ванин Таджибае ический а Ленина лолитеИ.И. Калинина орд имЗаявитель 54) РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХессо 9 ля Реле сопротивления на операциой= :йых усилителях относится к автоматизации энергетических систем и может быть использовано для релейной защиты электротехнических установок.Известны реле сопротивления, основанные на сравнении электрических ве-. личин по абсолютному значению и содер жащие цепи формирования электрических величин, сравнения их по. абсолютному значению и сглаживающегофильтра 1И 2 1 аОбщим недостатком этого тва является значительное вр батывания из-за переходных проц вв сглаживающем фильтре.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяреле сопротивления на операционныхусилителях (ОУ), содержащее преобрзователь ток-напряжение, выходом псоединенный через первое масштабирщее звено к входу первого однополуприодного формирователя моду , чер последовательно соединенное второе масштабирующее звено - к входу фазоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу нторого однополупериодного формирователя модуля, вторым входом - к выходу фазоповоротного блока, иннертирующий ОУ со сглаживающей НС-цепью н обратной связи, входом подсоединенный через первый резистор к первому выходу, а через второй резистор - к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через третий реэистор - к первому ныходу, а через четвертый и пятый резисторы - к первому и второму входам второго однополупериодно го формирователя модуля, выход иннертирующего ОУ подсоединен к первоу компаратора, к второму нхорподсоединен блок смещения 3о наличие н отрицательнойсвязи иннертирующео ОУ8689 3сглаживакнцей ЙС-цепи преследует своей 1целью обеспечение устойчивого срабатывания компаратора при коротких замыканиях на границе зоны срабатывания реле сопротивления. При этом, чем более высокая степень сглаживания, тем более устойчивое срабатывание компаратора, Вместе с тем увеличение сглаживания приводит к снижению быстродействия из-за увеличения 1 ц времени переходного процесса в сглаживающей цепи.Цель изобретения - повышение быстродействия.цель достигается тем 5 что в известное реле сопротивления, дополнительно введены два сумматора, в обратные связи которых включены вторая и третья сглаживающие ЯС-цепи, и две дифференцирующие цепи, причем вход инвертирующего ОУ через первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, входы первого сумматора подсоединены ко вто-рому выходу и к входу первого однополупериодного формирователя модуля, а входы второго сумматора - к второму выходу и первому и второму входам второго однонолупериодного формирователя модуля.На чертеже представлена схема предлагаемого реле сопротивления на операционных усилителях.Схема содержит преобразователи ток-напряжение 1 и напряжение-напря- З 5 жение 2, масштабирующие звенья 3-5 однополупериодные формирователи 6 и 7 модуля, фазоповоротный блок 8, включающий инвертирукнций усилитель 9, фазоповоротный блок выполненный на 40 ОУ 10, и переключатель 11, сумматор 12 - на ОУ 3, в обратную связь которого включена сглаживающая цепочка ЙС - 14 и 15, сумматор 16 - на ОУ 17, в обратную связь которого включена 45 сглаживающая Ю-цепочка 18 и 19, инвертируннций ОУ 20, сглаживающая ВС-цепь 21 в обратной связи ОУ 20, резисторы 22-26,дифференцирующие цепи 27 и 28, компаратор 29 и блок 30 50 смещения.Напряжение, пропорциональное току 1, с выхода преобразователя ток-напряжение 1 подается на входы масштабирующих звеньев 3 и 4. Коэффициент 55 передачи масштабирующих звеньев регулируется изменением сопротивления в цепи отрицательной обратной связи О 4ОУ. На выходе масштабирующего, звена 3 формируется напряжение с 1,Д=Е где 1. - коэффициент преобразования 4 реобразователя, ток-напряжение; Ь 4 - коэффициент преобразования масштабирующего звена 4, которое подается на вход фазоповоротного блока 8. Изменение фазы входного сигнала осуществляется плавно с помощью переменного резистора фаэовращателя, построенного на ОУ 1 О, и ступенчато путем подключения фазовращателя к выходу масштабирующего звена 4 или инвертирующего усилителя 9 с помощью переключателя 11. фазоповоротный блок 8 позволяет менять фазу выходного сигнала относительно входного от 0 до 360 . В результате на выходе блока 8 напряжение равногде М 2 - комплексный коэффициент преобразования, модуль которого регулируется с помощью масшта.бирующего звена 4, а фазы - фазоповоротным блоком 8, Напряжение с выхода преобразователя напряжение-напряжение 2 поступает на вход масштабирующего звена 5, на выходе которого4Формируется сигналсО , где коэффициент преобразования преобразователя напряжение-напряжение; с 4 - коэффициент преобразования масштабирующего звена 5.Напряжение Е поступает на вход однополупериодного формирователя 6 модуля выполненного на ОУ, причем положительные полуволны с первого выхода формирователя 6 преобразовываются в соответствии с коэффициентом передачи, определяемым соотношением операционного сопротивления 21 в цепи отрицательной обратной связи инвертирующего ОУ 20 и входного резистора 26. Отрицательные полуволны поступают на первый вход сумматора 12. Кроме того, напряжение с выхода масштабирующего звена 3 поступает на второй вход сумматора 12, где суммируется с отрицательными полуволнами с выходом блока 6. На выходе сумматора 2 формируется средневыпрямленное напряжение, которое отфильтровывается с помощью сглаживающей цепочки С 4 К , включенной в обратную связь ОУ 13.Напряжение с выхода фазоповоротного блока 8 поступает на первый вход второго однопшлупериодного формирователя 7 модуля, на второй нход которого поступает напряжение с выхода масштабирующего звена 5. На первомМ 8910 выход 6 юка 7 Формируется отрицательное однополупериодное напряжение суьиы входных сигналов и на втором выходе - положительное однополупериодное напряжение суммы этих же сигналон.Па входы сумматора 16 поступают напряжения с выхода фазоповоротного блока 8, масштабирующего звена 5 и положительные полуволны - с второго 1 О выхода блока 7. Сумматор выполнен на ОУ 7, в обратную связь которого включена сглаживающая цепочка К С 48 На его выходе формируется средчевыпря мленное напряжение суммь(411 О +11%1) 15 Напряжения с выходов блоков 3, 8 и 5 и перных выходов формирователей 6 и 7 модуля преобразовываются в соответствии с коэффициентом, определяемым отношением операционного сопротивления 21 обратной связи ичвертирующего ОУ 20 к соответствующему резистору к В 2, напряжения с выходов сумматоров 12 и 16 - с коэффициентами, определяемыми отношением операционного сопротивления 21 к соответствующему сопротивлению дифференцирующей цепочки 27 и 28.В установившемся режиме средне- выпрямленные сигналы с выходов30 сумматоров 12 и 16 не трансформи.руются на выход ОУ 20, так как для низкочастотных составляющих коэффи,циенты преобразования определяемые отношением операционного сопротивления 2 к 27 и 28, соответствуют дифференциатору. Сигнал на выходе ОУ 20 в этом случае определяется разностью 1Реле сопротинления на операционных усилителяхОУ), содержащее преобра. зователь ток-напряжение, выходом присоединенный через пернос масштабирующее звено к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через последовательно соединенные второе масштабирующее звено - к входу фаэоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу второго однополупериодного формирователя модуля, вторым входом подсоединенного к выходу фазоповоротного блока, инвертирующий операционный усилитель с первой сглаживающей ВС-цепью в обратной связи, входом подсоединенный через первый резистор к первому выходу, а через второй резистор - к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через третий резистор - к первому выходу, а через четвертый и пятый резисторы - к первому и второму входам второго однополупериодного формирователя модуля, ныход инвертирующего ОУ подсоединен к первому входу компаратора, к второму входу которого/Е / - /Е / Если разность отрицательна, то компаратор 29 находится в режиме положительного ограничения срабатывания); если разность положительна, то компаратор 29 находится в режиме отрицательного ограничения 1 несрабатывания)При коротком замыкании в первичной сети происходит резкое изменение входных тока 1 и напряжения О " Время переходного процесса реэультиурющего напряжения на выходе ОУ 20 определяется не только постоянной времени сглаживающей ЙС-цепи в об 35 40 45 56 55 ратной связи, но и сигналами, преобраэуемыми с выходов сумматоров 2и 16, Учитывая дифференцирующие свойства каналов преобразования, определяемые цепями 27 и 28, процесс установления на выходе ОУ 20 форсируется в переходном режиме. На второйвход компаратора подается напряжениес выхода блока 30 смешения, что позволяет регулировать уровень срабатывания компаратора, с целью компенсации дрейфа нуля усилителей. Предлагаемое реле сопротивления имеет широкие воэможности в отноше-. нии получения характеристик срабатывания в плоскости комплексного параметра. Оно позволяет регулировать конфигурацию и положение характеристик срабатывания путем изменения сопротивления резисторов. Такое реле сопротивления выполненное на ОУ, имеет малое потребление мощности, Введение дополнительных блоков, а также их соответствующее подключение к цепям реле сопротивления позволяет унеличить быстродействие по сравнению с известным реле на 30 м. Формула изобретения10 подсоединен блок смещения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповыщения быстродействия, дополнительно введены два сумматора, в обрат.ные авязи которых включены вторая итретья сглаживающие ВС"цепи, и две,дифференцирующие цепи, причем входинвертирующего операционного усилителя через первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второгосумматоров, входы первого сумматораподсоединены ко второму выходу и квходу первого однополупериодного формирователя модуля, а входы второгосумматора " к второму выходу и пер" вому и второму входам второго однополупериодного Формирователя модуля е Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРВ 477485, Кл. Н 02 Н 3/40, 975.2, Ванин В,К, Енин А.С., Рузин Я.Л.,Сафонов А.И. Построение устройств защиты на аналоговых решающих элементах.Сборник "Электроэнергетика". ТрудыЛПИ В 340, 1974. с. 71-75.3. Авторское свидетельство СССРВ 615562, кл. Н 02 Н 3/40,Н 01 Н 83/16, 1978,