Реле сопротивления
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления. Технический результат заключается в повышении точности работы реле. Для этого устройство содержит исполнительный элемент, трансформатор напряжения, регулятор числа витков, трансформатор тока, два операционных усилителя, два выпрямительных блока, три выключателя, шесть диодов, транзистор, дроссель, клеммы нулевого, отрицательного и положительного потенциалов, пять конденсаторов, семнадцать резисторов. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления, работающего по принципу сравнения абсолютных значений двух величин, являющихся функцией напряжения Uac и разности токов Iа-Iс.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле сопротивления.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [2], содержащее трансформатор напряжения с первичной обмоткой, входные клеммы которой являются клеммами подачи входного напряжения, и вторичной обмоткой с регулятором числа витков, трансформатор тока с первой и второй первичными обмотками, входные клеммы которых являются соответственно клеммами подачи первого и второго входных токов, и вторичной обмоткой, общую клемму, исполнительный элемент, первый резистор, первая клемма которого соединена с первой клеммой вторичной обмотки трансреактора, второй резистор, первая клемма которого соединена со второй клеммой первого резистора, с общей клеммой, а вторая клемма соединена со второй клеммой вторичной обмотки трансформатора тока, третий резистор, первая и вторая клеммы которого соединены с первой клеммой вторичной обмотки трансформатора напряжения, а третья клемма соединена с общей клеммой, четвертый и пятый резистор, первые клеммы которого соединены с первой клеммой вторичной обмотки трансформатора тока, первый и второй конденсаторы, первые клеммы которых соединены со вторыми клеммами четвертого и пятого резисторов соответственно, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первые клеммы которых соединены со второй клеммой вторичной обмотки трансформатора тока, третий конденсатор, первая клемма которого соединена со второй клеммой седьмого резистора, четвертый конденсатор, первая клемма которого соединена со второй клеммой восьмого резистора, замыкающий контакт, подключенный параллельно девятому резистору, десятый резистор, формирователь импульсов несовпадения, выход которого соединен со входом исполнительного элемента, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первые входы которых соединены с общей клеммой, а выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя импульсов несовпадения, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый резисторы, первые клеммы которых соединены с первой клеммой вторичной обмотки трансформатора напряжения, пятнадцатый, шестнадцатый семнадцатый и восемнадцатый резисторы и первый, второй, третий и четвертый стабилитроны, при этом вторая клемма одиннадцатого резистора соединена со вторыми клеммами первого конденсатора и первого сумматора и с первыми клеммами пятнадцатого резистора и первого стабилитрона, вторая клемма которого соединена с выходной клеммой первого сумматора, вторая клемма двенадцатого резистора соединена со вторыми клеммами второго конденсатора и второго сумматора и с первыми клеммами шестнадцатого резистора и второго стабилитрона, вторая клемма которого соединена с выходной клеммой второго сумматора, вторая клемма тринадцатого резистора соединена со вторыми клеммами второго конденсатора и второго сумматора и с первыми клеммами семнадцатого резистора и третьего стабилитрона, вторая клемма которого соединена с выходной клеммой третьего сумматора, вторая клемма четырнадцатого резистора соединена со вторыми клеммами четвертого конденсатора и четвертого сумматора и с первыми клеммами восемнадцатого резистора и четвертого стабилитрона.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность работы, обусловленная недостаточным объемом средств его настройки.
Техническим результатом изобретения является повышение точности работы.
Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент, трансформатор напряжения с первичной обмоткой, входные клеммы которого являются клеммами подачи входного напряжения, и первую вторичную обмотку, регулятор числа витков, первая клемма которого соединена с первой клеммой первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, трансформатор тока с первой и второй первичными обмотками, входные клеммы которых являются соответственно клеммами подачи первого и второго входных токов, и первой вторичной обмоткой, резисторы с первого по семнадцатый, первый второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, введены вторая вторичная обмотка трансформатора тока, вторая и третья вторичные обмотки трансформатора напряжения, первый и второй операционные усилители, первый и второй выпрямительные блоки, первый, второй и третий выключатели, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, транзистор, дроссель, а также клеммы нулевого, отрицательного и положительного потенциалов, при этом первая и вторая клеммы первого резистора соединены соответственно с первой и второй клеммами первой вторичной обмотки трансформатора тока, первая и вторая клеммы второго резистора соединены соответственно с первой и второй клеммами второй вторичной обмотки трансформатора тока, первая клемма третьего резистора соединена с первой входной клеммой первого выпрямительного блока и через второй выключатель соединена со второй клеммой третьего резистора и со второй клеммой первой вторичной обмотки трансформатора тока, первая клемма четвертого резистора соединена с первой входной клеммой второго выпрямительного блока, а вторая клемма соединена с первой клеммой второго резистора, вторая клемма которого соединена со второй входной клеммой второго выпрямительного блока, первая клемма пятого резистора соединена с первой выходной клеммой первого выпрямительного блока, с анодом первого диода, с катодом второго диода, с первой клеммой седьмого резистора, с клеммой нулевого потенциала, с первой клеммой тринадцатого резистора, с анодом третьего диода, с катодом четвертого диода, с первыми клеммами второго конденсатора, третьего конденсатора, четвертого конденсатора, десятого резистора, а через третий выключатель соединена с первой клеммой девятого резистора, со второй клеммой седьмого резистора, с катодом первого диода, с анодом второго диода, а также с первыми клеммами дросселя и второго конденсатора, вторые клеммы которых соединены с первой выходной клеммой второго выпрямительного блока и с первой клеммой шестого резистора, вторая клемма которого соединена со второй клеммой пятого резистора и со вторыми выходными клеммами первого и второго выпрямительных блоков, вторая клемма девятого резистора соединена с первой входной клеммой первого операционного усилителя, вторая входная клемма которого соединена с первой клеммой восьмого резистора и со второй клеммой десятого резистора, вторая клемма питания первого операционного усилителя соединена со второй клеммой восьмого резистора, со второй клеммой третьего конденсатора, с клеммой положительного потенциала, с катодом шестого диода и с первой клеммой исполнительного элемента, первая клемма питания первого операционного усилителя соединена с клеммой отрицательного потенциала, с первой клеммой пятого конденсатора, с эмиттером транзистора и с первой клеммой шестнадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с базой транзистора и с первой клеммой пятнадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с катодом пятого диода, выходная клемма первого операционного усилителя соединена с первой клеммой одиннадцатого резистора, вторая клемма которого соединена со второй клеммой второго конденсатора, с катодом третьего диода, с анодом четвертого диода и с первой клеммой двенадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с первой выходной клеммой второго операционного усилителя, вторая входная клемма которого соединена со вторыми клеммами пятого конденсатора и тринадцатого резистора и с первой клеммой четырнадцатого резистора, вторая клемма питания второго операционного усилителя соединена с клеммой положительного потенциала, первая клемма питания второго операционного усилителя соединена с эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с анодом шестого диода, выходная клемма второго операционного усилителя соединена со второй клеммой четырнадцатого резистора и с анодом пятого диода, первая и вторая вторичные обмотки трансформатора напряжения выполнены секционированными с возможностью регулирования числа витков, при этом первая, вторая и третья вторичные обмотки трансформатора напряжения соединены последовательно между собой, крайняя секция первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, не связанная со второй вторичной обмоткой трансформатора напряжения, зашунтирована семнадцатым резистором, который выполнен переменным и его регулировочный вывод соединен со второй входной клеммой первого выпрямительного блока и через первый выключатель соединен с объединенными клеммами второй и третьей вторичных обмоток трансформатора напряжения, другая клемма третьей вторичной обмотки трансформатора напряжения соединена с первой клеммой первого резистора.
На чертеже представлена электрическая структурная схема реле сопротивления.
Реле сопротивления содержит исполнительный элемент 1, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 2-1, входные клеммы 3-1, 3-2 которой являются клеммами подачи входного напряжения Uac, и первую 2-2-1, вторую 2-2-2 и третью 2-2-3 вторичные обмотки, регулятор 4 числа витков, первая клемма которого соединена с первой клеммой первой 2-2-1 вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения, трансформатор 5 тока с первой 5-1-1 и второй 5-1-2 первичными обмотками, входные клеммы 6-1, 6-2 и 7-1, 7-2 которых являются соответственно клеммами подачи первого 1а и второго 1с входных токов, и первую 5-2-1 и вторую 5-2-2 вторичные обмотки, резисторы 6-22 с первого по семнадцатый, первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26 и пятый 27 конденсаторы, первый 28 и второй 29 операционные усилители, первый 30 и второй 31 выпрямительные блоки, первый 32, второй 33 и третий 34 выключатели, первый 35, второй 36, третий 37, четвертый 38, пятый 39 и шестой 40 диоды, транзистор 41, дроссель 42, а также клеммы нулевого 43, отрицательного 44 и положительного 45 потенциалов.
При этом указанные элементы соединены следующим образом. Первая и вторая клеммы первого резистора 6 соединены соответственно с первой и второй клеммами первой вторичной обмотки 5-2-1 трансформатора 5 тока, первая и вторая клеммы второго резистора 7 соединены соответственно с первой и второй клеммами второй вторичной обмотки 5-2-2 трансформатора 5 тока, первая клемма третьего резистора 8 соединена с первой входной клеммой первого выпрямительного блока 30 и через второй выключатель 33 соединена со второй клеммой третьего резистора 8 и со второй клеммой первой вторичной обмотки 5-2-1 трансформатора 5 тока, первая клемма четвертого резистора 9, который является переменным, соединена с первой входной клеммой второго выпрямительного блока 31, а третья клемма соединена с первой клеммой второго резистора 7, вторая клемма которого соединена со второй входной клеммой второго выпрямительного блока 31, первая клемма пятого резистора 10 соединена с первой выходной клеммой первого выпрямительного блока 30, с анодом первого диода 35, с катодом второго диода 36, с первой клеммой седьмого резистора 12, с клеммой нулевого потенциала 43, с первой клеммой тринадцатого резистора 18, с анодом третьего диода 37, с катодом четвертого диода 38, с первыми клеммами второго конденсатора 24, третьего конденсатора 25, четвертого конденсатора 26, десятого резистора 15, а через третий выключатель 34 соединена с первой клеммой девятого резистора 14, со второй клеммой седьмого резистора 12, с катодом первого диода 35, с анодом второго диода 36, а также с первыми клеммами дросселя 42 и второго конденсатора 23, вторые клеммы которых соединены с первой выходной клеммой второго выпрямительного блока 31 и с первой клеммой шестого резистора 11, вторая клемма которого соединена со второй клеммой пятого резистора 10 и со вторыми выходными клеммами первого 30 и второго 31 выпрямительных блоков, вторая клемма девятого 14 резистора соединена с первой входной клеммой первого операционного усилителя 28, вторая входная клемма которого соединена с первой клеммой восьмого резистора 13 и со второй клеммой десятого резистора 15, вторая клемма питания первого операционного усилителя 28 соединена со второй клеммой восьмого резистора 13, со второй клеммой третьего конденсатора, с клеммой положительного потенциала, с катодом шестого диода 40 и с первой клеммой исполнительного элемента 1, первая клемма питания первого операционного усилителя 28 соединена с клеммой 44 отрицательного потенциала, с первой клеммой пятого конденсатора 27, с эмиттером транзистора 41 и с первой клеммой шестнадцатого резистора 21, вторая клемма которого соединена с базой транзистора 41 и с первой клеммой пятнадцатого резистора 20, вторая клемма которого соединена с катодом пятого диода 39, выходная клемма первого операционного усилителя 28 соединена с первой клеммой одиннадцатого резистора 16, вторая клемма которого соединена со второй клеммой второго конденсатора 24, с катодом третьего диода 37, с анодом четвертого диода 38 и с первой клеммой двенадцатого резистора 17, вторая клемма которого соединена с первой входной клеммой второго операционного усилителя 29, вторая входная клемма которого соединена со вторыми клеммами пятого конденсатора 27 и тринадцатого резистора 18 и с первой клеммой четырнадцатого резистора 19, вторая клемма питания второго операционного усилителя 29 соединена с клеммой 45 положительного потенциала, первая клемма питания второго операционного усилителя 29 соединена с эмиттером транзистора 41, коллектор которого соединен с анодом шестого диода 40, выходная клемма второго операционного усилителя 29 соединена со второй клеммой четырнадцатого резистора 19 и с анодом пятого диода 39.
Кроме того, указанные элементы соединены следующим образом. Вторая клемма первой 2-2-1 вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения соединена с первой клеммой семнадцатого резистора 22, выполненного переменным, регулировочный вывод которого соединен со второй входной клеммой первого выпрямительного блока 30 и через первый выключатель 32 - с первыми клеммами второй 2-2-2 и третьей 2-2-3 вторичных обмоток трансформатора 2 напряжения, а вторая клемма соединена с третьей клеммой первой 2-2-1 вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения и со второй клеммой регулятора 4 числа витков, третья и четвертая клеммы которого соединены соответственно с первой и второй клеммами второй вторичной обмотки 2-2-2 трансформатора 2 напряжения, а вторая клемма третьей вторичной обмотки 2-2-3 трансформатора 2 напряжения соединена с первой клеммой первого резистора 6.
Исполнительный элемент 1 может быть выполнен в виде обмотки реле с исполнительными контактами.
Работает реле сопротивления следующим образом.
Реле сопротивления подключено на разность токов Iа-Iс и напряжение Uac.
В основу работы реле сопротивления положен принцип сравнения абсолютных величин двух напряжений, являющихся, в общем случае, функцией напряжения и тока сети. Сравниваемые напряжения формируются с помощью трансформатора 2 напряжения и трансформатора 5 тока, имеющего две первичные обмотки с одинаковым числом витков.
С помощью регулятора 4 числа витков и наличия у трансформатора 2 напряжения трех последовательно включенных первой 2-2-1, второй 2-2-2 и третьей 2-2-3 вторичных обмоток обеспечивается точная уставка путем изменения суммарного числа витков регулятором 4. Для поддержания неизменным сопротивления тормозного контура при регулировке уставок трансформатора 2 напряжения последовательно отводам второй вторичной обмотки 2-2-2 установлены сопротивления, показанные на схеме регулятора 4. Третья вторичная обмотка 2-2-3, содержащая примерно один процент от общего числа витков вторичной обмотки, используется для проверки правильности включения реле сопротивления током нагрузки.
Трансформатор 5 тока имеет две первичные обмотки с одинаковым числом витков. Одна из них включена в рабочий контур, а другая - в тормозной.
Угол максимальной чувствительности реле сопротивления определяется углом сдвига фаз между э.д.с. на вторичных обмотка трансформатора 5 тока и первичным током, величина которого устанавливается первым 6 и вторым 7 резисторами, шунтирующими соответственно первую 5-2-1 и вторую 5-2-2 вторичные обмотки трансформатора 5 тока.
Сравнение напряжения обеспечивается частью схемы реле сопротивления, которую можно определить как схему сравнений, содержащую первый 30 и второй 31 выпрямительные блоки, пятый 10 и шестой 11 резисторы, а также четвертый 9 резистор, который необходим для выравнивания сопротивлений рабочего и тормозного контуров. Первый 35 и второй 36 диоды введены для исключения перегрузки. Для сглаживания выпрямленного тока применяется “фильтр-пробка” из первого конденсатора 23 и дросселя 42, настроенный на резонанс тока, например на частоту 100 Гц - частоту основной гармоники выпрямленного тока. Третий резистор 8 позволяет получить характеристику срабатывания реле сопротивления, смещенную в третий квадрант относительно начала координат комплексной плоскости сопротивлений.
Реагирующим органом схемы сравнения является нуль-индикатор, который образован остальными элементами реле сопротивления, управляет исполнительным элементом 1 и сопоставляет длительности положительного (рабочего) и отрицательного (тормозного) сигналов на выходе схемы сравнения и фиксирует условия, при которых первый превышает вторую.
В первом операционном усилителе 28 производится сравнение его входного сигнала с установленным опорным уровнем, определяющим чувствительность реле сопротивления. В зависимости от того, превышает ли сигнал схемы сравнения уровень нуля или наоборот, на выходе первого операционного усилителя 28 появляется нормированный по абсолютной величине сигнал той или иной полярности. Восьмой 13 и девятый 14 резисторы служат для формирования опорного уровня.
Через одиннадцатый резистор 16 осуществляется заряд второго конденсатора 24 током, полярность которого определяется полярностью сигнала на выходе первого операционного усилителя 28.
В начальном состоянии заряд второго конденсатора 24 соответствует положительному уровню, который определяется четвертым диодом 38. Второй операционный усилитель 29 по цепи обратной связи через четырнадцатый резистор 19 обеспечивает подачу на свой неинвертирующий вход заданного отрицательного сигнала, с уровнем которого сравнивается напряжение на втором конденсаторе 24 при его перезарядке. При достижении потенциалом второго конденсатора 24 заданного уровня меняется полярность сигнала на выходе второго операционного усилителя 29 и, как следствие, полярность сигнала, поступающего на инвертирующий вход второго операционного усилителя 29.
Транзистор 41 обеспечивает усиление сигнала, поступающего на вход исполнительного элемента 1, выполненного в виде обмотки реле, имеющего исполнительные контакты.
Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем облегчается тонкая настройка характеристик.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.
2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита Энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, стр. 416, рис.11.33 (прототип).
Реле сопротивления, содержащее исполнительный элемент, трансформатор напряжения с первичной обмоткой, входные клеммы которого являются клеммами подачи входного напряжения, и первую вторичную обмотку, регулятор числа витков, первая клемма которого соединена с первой клеммой первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, трансформатор тока с первой и второй первичными обмотками, входные клеммы которых являются соответственно клеммами подачи первого и второго входных токов, и первой вторичной обмоткой, резисторы с первого по семнадцатый, первый, второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, отличающееся тем, что введены вторая вторичная обмотка трансформатора тока, вторая и третья вторичные обмотки трансформатора напряжения, первый и второй операционные усилители, первый и второй выпрямительные блоки, первый, второй и третий выключатели, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, транзистор, дроссель, а также клеммы нулевого, отрицательного и положительного потенциалов, при этом первая и вторая клеммы первого резистора соединены соответственно с первой и второй клеммами первой вторичной обмотки трансформатора тока, первая и вторая клеммы второго резистора соединены соответственно с первой и второй клеммами второй вторичной обмотки трансформатора тока, первая клемма третьего резистора соединена с первой входной клеммой первого выпрямительного блока и через второй выключатель соединена со второй клеммой третьего резистора и со второй клеммой первой вторичной обмотки трансформатора тока, первая клемма четвертого резистора соединена с первой входной клеммой второго выпрямительного блока, а вторая клемма соединена с первой клеммой второго резистора, вторая клемма которого соединена со второй входной клеммой второго выпрямительного блока, первая клемма пятого резистора соединена с первой выходной клеммой первого выпрямительного блока, с анодом первого диода, с катодом второго диода, с первой клеммой седьмого резистора, с клеммой нулевого потенциала, с первой клеммой тринадцатого резистора, с анодом третьего диода, с катодом четвертого диода, с первыми клеммами второго конденсатора, третьего конденсатора, четвертого конденсатора, десятого резистора, а через третий выключатель соединена с первой клеммой девятого резистора, со второй клеммой седьмого резистора, с катодом первого диода, с анодом второго диода, а также с первыми клеммами дросселя и второго конденсатора, вторые клеммы которых соединены с первой выходной клеммой второго выпрямительного блока и с первой клеммой шестого резистора, вторая клемма которого соединена со второй клеммой пятого резистора и со вторыми выходными клеммами первого и второго выпрямительных блоков, вторая клемма девятого резистора соединена с первой входной клеммой первого операционного усилителя, вторая входная клемма которого соединена с первой клеммой восьмого резистора и со второй клеммой десятого резистора, вторая клемма питания первого операционного усилителя соединена со второй клеммой восьмого резистора, со второй клеммой третьего конденсатора, с клеммой положительного потенциала, с катодом шестого диода и с первой клеммой исполнительного элемента, первая клемма питания первого операционного усилителя соединена с клеммой отрицательного потенциала, с первой клеммой пятого конденсатора, с эмиттером транзистора и с первой клеммой шестнадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с базой транзистора и с первой клеммой пятнадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с катодом пятого диода, выходная клемма первого операционного усилителя соединена с первой клеммой одиннадцатого резистора, вторая клемма которого соединена со второй клеммой второго конденсатора, с катодом третьего диода, с анодом четвертого диода и с первой клеммой двенадцатого резистора, вторая клемма которого соединена с первой выходной клеммой второго операционного усилителя, вторая входная клемма которого соединена со вторыми клеммами пятого конденсатора и тринадцатого резистора и с первой клеммой четырнадцатого резистора, вторая клемма питания второго операционного усилителя соединена с клеммой положительного потенциала, первая клемма питания второго операционного усилителя соединена с эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с анодом шестого диода, выходная клемма второго операционного усилителя соединена со второй клеммой четырнадцатого резистора и с анодом пятого диода, первая и вторая вторичные обмотки трансформатора напряжения выполнены секционированными с возможностью регулирования числа витков, при этом транзистор обеспечивает усиление сигнала, поступающего на вход исполнительного элемента, а первая, вторая и третья вторичные обмотки трансформатора напряжения соединены последовательно между собой, крайняя секция первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, не связанная со второй вторичной обмоткой трансформатора напряжения, зашунтирована семнадцатым резистором, который выполнен переменным и его регулировочный вывод соединен со второй входной клеммой первого выпрямительного блока и через первый выключатель соединен с объединенными клеммами второй и третьей вторичных обмоток трансформатора напряжения, другая клемма третьей вторичной обмотки трансформатора напряжения соединена с первой клеммой первого резистора.
