Многофазное реле минимального и максимального напряжения

Номер патента: 904069

Авторы: Перфильев, Федоров

ZIP архив

Текст

Союз СфветсиикСецкаттисттечасиаовтес вттбюас ОП ИСАЙИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 904 О 69(53) УДК 621. 316. 925(088.8) оо делам нзооретеиий и открытийДата опубликования описания 07,.01 т,32(72) Авторы изобретени федор Перфильев Заявитель(54) МНОГОФАЗНОЕ РЕЛЕ МИНИМАЛЬНОГО И МАКСИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯП апряжения в заданного ри понижении из фаз ниже уров литроном и перем ройство срабатыв устройство подкл ноиабизащиащите движустроиства астности к энергии пе плексов от от номинал а именно кматики, в технике ты и ав отреби ых апп нным резист уст- ьное ет и исполнит чает потребит елеи электр ратурных ко отклонений и н и нед наы ь, т, е.ижениепогрешменяющемсяонтролируа входего-либо ность в срабатыва5коэффициенте формемого напряжения,схемы не предусмоквадратирующего уК недостаткам ии при и кривойтак ено к ройст кже отнес я в уст-.емени но тем,ляется врере Изобретение относится к элект пряжения сети,Известно устройство для обнаружения отклонений напряжения в сетяхмногофазного тока, содержащее на входе трехфазный выпрямитель, выполненный на трех диодах, схему сравнениянапряжений, включающую в себя входныерезисторы и потенциометр, стабилитрони входнсрЬнзистор трехкаскадногоусилитедУ, трехкаскадный усилитель,устройство выдержки времени, состоящее из конденсатора и регулируемогорезистора, и исполнительное устройство, состоящее из двухтранзисторногоусилителя, на выходе которого включено электромеханическое реле. Контрольнапряжения произвтодоится по его мгновенному значению. резервному источнику питания.Выдержка времени обеспециваес помощью цепочки из конденсаторезистора 1 11.Недостатками этого устройств яются его однопозиционнос оно реагирует только на п напряжения в сети, больша ти невозможность обеспечен ройстве больших выдержек в срабатывания. Это обусловл что выдержка времени опред менем разряда конденсатора3 9006зистор, величина сопротивления которого выбирается из условия обеспечения необходимой величины тока базыпервого транзистора выходного двухтранзисторного усилителя и поэтомуне может быть больше определенной величины,В связи с.этим и величина выдержкивремени определяется в основном величиной емкости времязадающего конден- рсатора, при этом существенного увеличения выдержек времени за счет увеличения емкости конденсатора достичьневозможно, так как при этом значительно возрастают габариты и вес конденсатора,Известно устройство регистрации .минимального напряжения в многофазныхсистемах состоящее из трехфазноговыпрямителя, схемы сравнения напряжений, включающей в себя резистор, потенциометр., стабилитрон и транзисторный ключ, накопительного конденсатора,второго стабилитрона, выходного усилительного каскада на транзисторе и д 5сглаживающего Фильтра на конденсаторе При снижении напряжения в одной из Фаз ниже допустимого значения заряд накопительного конденсатора проЗО исходит более продолжительное время и уровень напряжения на нем успевает достигнуть напряжения пробоя второго стабилитрона, что приводит к появлению пульсирующего тока в базе транзистора выходного усилительного каскада, при этом напряжение на выходе усилителя сглаживается конденсаторным фильтром и может быть подано далее на исполнительное устройство.Устройство реагирует на понижение ам- плитуды напряжения (в любой из трех Фаз) ниже уровня, заданного потенциометром и первым стабилитроном 2.Недостатком устройства является его низкая надежность и сложность настройки. Это связано с тем, что вход со всех фаз после диодов объединен, поэтому устройство в некоторых случаях может вообще не сработать, например при понижении напряжения в одной из Фаз и одновременном повышении напряжения в двух других фазах.Устройство может не сработать или сработает ложно при изменении емкости накопительного конденсатора, на пример от воздействия температуры.Другим недостатком устройства является его однопозиционность. 9 4Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсятрехфазное реле минимального и максимального напряжения, содержащеетри трансформаторно-выпрямительныхблока и два реле напряжения, входныекаскады которых выполнены на дифференциальных усилителях, осуществленных на транзисторах разного типа проводимости, базы которых соединеныпопарно с выходами трансформаторновыпрямительных блоков. Выходы реленапряжения через транзисторные клюцисоединены далее с исполнительнымиустройствами.Дифференциальная схема включениятранзисторов применена в реле для повышения точности его срабатыванияпри изменении температуры окружающейсреды 3.Однако такая частичная взаимнаякомпенсация падений напряжений напереходах база - эмиттер транзисторов не обеспечивает полного исключения разброса величин падений напряжений на этих переходах, который всегда имеет место при изменении температуры даже у индивидуально подобранныхтранзисторов одного и того же типа.Существенным недостатком известного реле является то, что в нем не обеспечивается возможность независимойрегулировки ширины зоны нечувствительности раздельно в каждой фазе, ,так как для каждой фазы в реле имеется только один задающий потенциометри используются общие для всех фаздва опорных напряжения, что не позволяет устанавливать в каждой Фазе своюширину зоны нечувствительности, а этосужает возможности данного реле напряжения при использовании его в сетях с несимметричной и нестабильнойнагрузкой, где оно не может в полноймере использоваться как многофазное,так как при работе от такой сети однофазных потребителей с разными допустимыми отклонениями напряжения питания пришлось бы настраивать реле попотребителю с наименьшей величинойдопустимого отклонения напряжения,что вызвало бы слишком частое (не оптимальное ) срабатывание реле напряжения,Недостатком этого реле является также наличие трансформаторов на входе, за счет которых увеличиваются вес и габариты устройства.Кроме того известно, что обычные трансформаторы при изменении температуры окружающей среды сами вносят дополнительные искажения формы кривойвходного напряжения, которые приводят к увеличению погрешности срабатывания реле.При этом необходимо отметить, чтоприменение специальных измерительныхтрансформаторов также не всегда воз- Оможно, так как они не рассчитаны наработу в широком диапазоне температур и при воздействии вибраций и также имеют большие габариты и вес.К недостатку схемы следует также 15отнести низкое входное сопротивлениевходных усилителей, Этот фактор приводит к необходимости снижения сопротивления и соответственно увеличения мощности резисторов измеритель ного органа для согласования его с низким входным сопротивлением усилителей для сохранения требуемой точности срабатывания реле, что, в свою очередь, приводит к увеличению емкости входных конденсаторов и соответственно к увеличению габаритов устройства;В данном устройстве также недостаточно точно вопроизводится квадратическая зависимость тока заряда конденсатора от величины входного напряжения вследствие того, что в реле напряжения применено простейшее квадратируащее устройство, работа которого основана на принципе линейно-кусочной аппооксимации, при этом воспроизводится кривая в виде ломаной, состоящей всего иэ двух отрезков прямых, которую лишь очень приближенно можно при нять за параболу, в результате чего не обеспечивается требуемая точность срабатывания реле при значительных изменениях формы кривой входного на. пряжения.В реле напряжения отсутствует устройство временной задержки срабатывания, что исключает возможность. применения его в сетях, где возможны кратковременные продалы напряжения.Для питания схемы реле напряжения требуется дополнительный источник питания, что не всегда возможно и удобно на практике.Цель изобретения - расширение55 функциональных возможностей и повышение точности.Поставленная цель достигается тем, что многофазное реле минимального и максимального напряжения,. содержащеевыпрямители, выходы которых подключены к входам квадраторов, выполненныхв виде двуплечих делителей напряжения, параллельно одному из плеч кОторых подключен конденсатор, органысраднения напряжений, выполненныекаждый на двух усилителях, подключенных попарно к выходам каждого квадратора, а выходы органов сравнения через транзисторные ключи связанысисполнительным органом и источникопорного напряжения, дополнительноснабжено регулируемым элементом выдержки времени, входы выпрямителей надиодах подключены каждый к соответст-вующей фазе, а другим выводом соединены с соответствующим квадратором,в каждом из которых сопротивление одного из плеч делителя напряжения выполнено в целом нелинейным, а второелинейным,Одни выводы нелинейных плеч соединены с выходами выпрямителей, адругие с линейными плечами и конденсаторами, соединенными параллельно иподключенными к нулевому проводу. Приэтом нелинейные плечи делителей на"пряжений. в квадраторах выполнены ввиде обычного резистора и, по крайнеймере, одной параллельной ему подключенной цепочки, состоящей из стабилитрона и резистора, соединенных последовательно, причем каждая следующаятакая цепочка подключена параллельно резистору предыдущей цепочки.Линейные плечи делителей представляют собой две параллельно соединенныецепочки из резисторов и потенциометров, органы сравнения выполнены наоперационных усилителях, при этомсредние точки потенциометров в каждомквадраторе подключены через резисторы: одна - к инвертирующему входупервого операционного усилителя, другая - к неинвертирующему входу второго операционного усилителя.Другие инвертирующие и неинвертирующие вхоцы всех усилителей черезрезисторы подключены к катоду общегодля всех фаз термокомпенсированногостабилитрона источника опорного напряжения, анод которого соединен снулевым проводом. Катод стабилитронаподключен к источнику питания черезрезисторВыходы операционных усилителей через развязывающие диоды и общий резистор подключены к базе транзистора7 9040транзисторного ключа, выход которогоподключен к входурегулируемого элемента выдержки времени, выход которого соединен с входом исполнительногооргана, выполненного в виде двухкаскадного полупроводникового реле, вкотором в коллекторную цепь транзистора рторого каскада включено исполнительное электромеханическое реле.Питание многофазного реле минималь 10ного и максимального напряжения осуществляется от двухполярного, относительно нулевого провода, источникаэлектропитания, подключенного к одной иэ фаз контролируемой сети. 15Введение органов сравнения напряжения двух регулирующих потенциометров, задающих соответственно верхнийи нижний пределы срабатывания, обес"пецивает возможность независимой регулировки ширины зон нечувствительности раздельно в каждой фазе с учетомдопустимых отклонений напряжения питания для конкретных потребителей,сгруппированных в соответствии с их 25допустимыми отклонениями напряженияи подключенных к разным фазам, соответственно с большей или меньшей нестабильностью н- грузки.Кроме этого, введение в схему ре- Золе напряжения регулируемого устройства выдержки времени с большим диапазоном регулирования уставок расширяет возможности настройки реле на различные требуемые пределы срабатывания З 5в зависимости от допустимого для потребителей времени отклонения напряжения сети от номинального значения.При этом введение нелинейного плеча в делитель напряжения квадратора 40обеспечивает путем многоступенчатойлинейно-кусочнойаппроксимации болееточное воспроизведение квадратичнойзависимости тока .заряда конденсатораот величины входного напряжения, что 45позволяет повысить точность срабатывания реле при изменениях формы кривойконтролируемого напряжения,Точность срабатывания реле повышается также за счет выполнения схемыбез входных трансформаторов (которые,как известно, вносят дополнительныеискажения формы кривой контролируемого напряжения при изменении температуры окружающей среды) и за счет при 55менения в схеме сравнения напряженийинтегральных операционных усилителей,имеющих высокую чувствительность,позволяющую исключить влияние изменения температуры на точность срабатывания.Выполнение схемы реле без входных трансформаторов, а также обеспечение применения в ней малогабаритных конденсаторов и маломощных резисторов,приводит к снижение габаритов и веса реле напряжения.На фиг. 1 представлена схема многофазного реле минимального и максимального напряжения; на фиг. 2 -второй вариант выполнения нелинейногоплеча в квадраторе,На схеме указаны входной диод 1,квадратор 2. содержащий нелинейноеплечо 3, состоящее из резистора 4 и,по крайней мере, одной параллельноему подключенной цепочки иэ стабилитрона 5 и резистора б, соединенныхпоследовательно, причем каждая следующая такая цепочка подключена параллельно резистору б предыдущей цепочки вместо укаэанных цепочек параллельно резистору 4 может быть подключен, например, варистор 7 с соответствующей вольтамперной характеристикой), и линейное плечо 8, выполненное в виде двух цепочек из последовательно соединенных задающих потенциометров 9 и резисторов 10, подключенных параллельно конденсатору 11. Реле напряжения содержит в каждой фазе по два органа сравнения напряжений, каждый из которых состоит из задающего потенциометра 9, входящего в схему квадратора 2, интегрального операционного усилителя 12 и общегодля всех фаз термокомпенсированного стабилитрона 13, являющегося источником опорного напряжения, Катодопорного стабилитрона 13 подключенк входам операционных усилителей 12через резисторы 14, а средние точкизадающих потенциометров 9 подключенык входам усилителей через резисторы 15,Выходы операционных усилителей 12через развязыаающие диоды 1 б иобщийрезистор 17 подключены к базе транзистора 18 транзисторного ключа 19,выход которого соединен с входом регулируемого элемента 20 выдержки времени, содержащего входной транзистор 21, коллектор которого через резистор 22 соединен с нулевым проводом и через стабилитрон 23, включенный в прямом направлении, подкпючен к общей точке соединения времязадающего конденсатора 24, переменного резистора 25 и зат9 9040 вора полевого транзистора 26, а другие выводы конденсатора и переменного резистора и исток полевого транзисто-. ра соединены с нулевым проводом, при этом сток полевого транзистора 26 че рез резистор 27 соединен с минусом источника питания и с входом исполнительного органа 28, выполненного в вивиде двухкаскадного полупроводникового реле на транзисторах 29 и 30. 1 ОНагрузкой полупроводникового реле является электромеханическое выходное реле 31.Питание схемы реле напряжения осуществляется от двухполярного, относи тельно нулевого поовода, истоцника питания, выполненного на стабилитронах 32, двухполупериодном выпрямителе 33 и понижающем трансформаторе 34, подключенном к одной из Фаз контро ли уемой, сети.Схема работает следующим образом.При напряжении в контролируемой сети. находящемся в заданных пределах, Йа выходах Всех операционных уси 25 лителей 12 есть положительный потенциал относительно нулевого провода, при этом транзисторы 18 и 21 открыты,.а конденсатор 24 полностью заряжен и полевой транзистор 26 закрыт плюсом зо на затворе. В этом слуцае электромеханическое выходное реле 31 находитсяпод током, так как транзисторы 29 и 30 открыты.Пои отклонении напряжения сети за .заданные пределы хотя бы в одной из фаз или при обрыве фазы на выходе соответствующего операционного усилителя 12 этой фазы положительный ттотенциал скачком изменяется на отрицатель 4 О ный, при этом транзисторы 18 и 21 закрываются. С этого момента конденсатор 24 начинает разряжаться через пе ременный резистор 25, а положительный потенциал на затворе полевого транзистора 26 уменьшаетсяСтабилитрон 23, имеющий большое сопротивление в обратном направлении, исключает разряд конденсатора 24 через резистор 22, установленный в цепи50 коллектора транзистора 21, Если отклонение напряжения от заданных пределов продолжается по времени дольше допустимого для потребителей, то положительный потенциал на затворе полевого транзистора 26 снижается ро значе 55 ния, меньшего его напряжения осечки, при этом полевой транзистор открывается и затем входит в режим насыщения,69 10а в двухкаскадном выходном полупроводниковом реле транзисторы 29 и 30 закрываются, при этом электромеханическое реле 31 обесточивается и своиии контактами производит отключение потребителей или подключает их к резерв" ному источнику питания и одновременно включает соответствующую сигнализацию (не показано). Так как при нормальном состоянии контролируемой сети электромеханическое реле 31 находится под током, то таким путем обеспечивается также защита потреби-елей и при полном исчезновении напряжения в той Фазе, от которой подается питание на схему реле напряжения.Таким образом по сравнению с прототипом и с базовым обьектом применение предлагаемого реле напряжения обеспечивает расширение эксплуатационных возможностей устройства с одновременным повышением его точности работы.Формула изобретения1. Нногофазное реле минимального и максимального напряжения, содержащее выпрямители, выходы которых подключены к входам квадраторов, выполненных в виде двухплечих делителей напряжения, параллельно одному из плеч каждого из которых подключен конденсатор, и органы сравнения напряжений, выполненные на усилителях, подключенные попарно к выходам каждого квадратора, а выходы ооганов сравнения соединены с транзисторными клю" чами, источник опорного напряжения, исполнительный орган и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей .и повышения точности, оно дополнительно снабжено регулируемым элементом выдержек времени, упомянутые плечи делителей напряжения квадраторов выполнены одно нелинейным, другое линей" ным, в виде двух цепочек из последовательно соединенных потенциометра и резистора, подключенных параллельно конденсатору, при этом входы упомянутых выпрямителей на диодах подключены к соответствующим Фазам сети, а дру" гими выводами соединены с нелинейными плечаии квадраторов, упомянутые органы сравнения выполнены на операционных 1 усилителях, средние точки потенциомет"904 о 25 ИстОчники инфОрмации, принятые во внимание при экспертизе ров в каждом квадраторе подключены через резисторы: одна - к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а другая - к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 5 другие инвертирующие и неинвертирующие входы всех операционных усилителей через резисторы подключены к катоду общего для всех фаз термокомпенсированного стабилитрона источника опорно 10 го напряжения, анод которого подключен к нулевому проводу, выход транзисторного ключа соединен с входом регулируемого элемента выдержки времени, выход которого подключен к входу ис полнительного органа, выполненного в виде двухкаскадного полупроводникового реле, в котором в коллекторную цепь транзистора второго каскада включено электромагнитное реле. 202. Реле по и 1, о т л и ц а ющ е е с я тем, цто нелинейные плечи делителей напряжения в квадраторах выполнены в виде резисторов, и,по крайней мере, одной параллельно им подключенной цепочки, состоящей из стабилитрона и резистора, соединенных последовательно, причем каждая следующая такая цепочка подключена параллельно резистору предыдущей це почки.3. Реле по и, 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что нелинейное пле 69 12чо делителя напряжения в квадраторах выполнено в виде двух последовательно соединенных резисторов, параллельно одному из которых включен вариатор с соответствующей характеристикой.4, Реле по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что элемент выдержки времени выполнен на входном транзисторе, коллектор которого через резистор соединен с нулевым проводом и через стабилитрон, включенный в прямом направлении, подключен к общей точке, соединения времязадающего конденсатора, переменного резистора и затвора полевого транзистора, а другие выводы конденсатора и переменного резистора и исток полевого транзистора соединены с нулевым проводом, при этом сток полевого транзистора соединен с входом исполнительного органа и через резистор с минусом источника питания. 1. Патент СЯА Вф 3940664,л. Н 02 Н 3 Л 4, 1975,2. Патент ФРГ Ю 2239654,кл. Н 02 Н 3/24, 1974.3. Авторское свидетельство СССРГ -630667, кл. Н 02 Н 3/24, 1977,90069 Редактор М. Янови Тираж 670 Подписное НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Рауыская наб., д. фф

Смотреть

Заявка

2946566, 27.06.1980

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ А-7449

ПЕРФИЛЬЕВ НИКОЛАЙ СТЕПАНОВИЧ, ФЕДОРОВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02H 3/24

Метки: максимального, минимального, многофазное, реле

Опубликовано: 07.02.1982

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-904069-mnogofaznoe-rele-minimalnogo-i-maksimalnogo-napryazheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Многофазное реле минимального и максимального напряжения</a>

Похожие патенты