Фазосравнивающая схема в реле направления мощности РМ-11
статья

Реле РМ-11, РМ-12. Основные технические данные

Индукционные реле мощности обладают рядом недостатков. К ним относятся сложность регулировки механической части и электрических характеристик, низкая надежность контактной системы, наличие самохода и т.п. В связи с этим одной из первых разработок реле на полупроводниковой элементной базе являются статические реле мощности.

Статические реле направления мощности выполнены с характеристиками, близкими к характеристикам аналогичных индукционных реле. Сравнительные характеристики некоторых статических и индукционных реле приведены в таблице:

Если термины «угол максимальной чувствительности» и «характеристический угол» для электромагнитных реле практически равнозначны, то для статических реле первый из них приемлем условно, так как для статических реле мощность срабатывания мало зависит от угла между током и напряжением. В литературе, в том числе нормативной, всё же чаще применяется термин «угол максимальной чувствительности».

Условное обозначение реле имеет следующую структуру:

Первая группа знаков (1, 2) – РМ (реле мощности)

Вторая группа (3, 4) обозначает серию реле (11 или 12 в зависимости от угла максимальной чувствительности)

Третья группа (5, 6) – номинальный ток (11 – 1А, 18 – 5А)

7 – вид питания (1 – постоянный, 2 – переменный ток)

Обозначение замыкает климатическое исполнение и категория размещения.

Реле на постоянном оперативном токе выпускаются для напряжения 110 или 220В, допустимый диапазон напряжения от 0,8 до 1,1UН. Реле на переменном оперативном токе питаются от напряжения 100В (допустимое изменение напряжения от 0,5 до 1,15UН) и тока 1 или 5 А (допустимое изменение тока от 0,5 до 30IН).

Схемы внешних подключений реле приведены на следующих рисунках:

а) питание от сети постоянного тока

б) питание от сети переменного тока

Схемы внешних подключений реле РМ-11, РМ-12

Напряжение на вход реле подается через разделительный трансформатор TU, ток – через TA1. Фазоповоротные блоки 1, 2 обеспечивают заданный характеристический угол реле. Поворот векторов тока и напряжения выполняется при помощи RC – цепочек. Реле РМ 11 позволяет получить два характеристических угла (30° и 45°), выбор выполняется переключателем SB1, РМ 12 – три уставки по напряжению срабатывания (1±0,1, 2±0,2, 3±0,3 В), выбор – переключателями SB1 – SB3.

Узел ФСС (фазосравнивающая схема) включает в себя схему совпадения положительных знаков сравниваемых величин 3, схему совпадения отрицательных знаков 4, интеграторы 5, 6, совмещенные с двусторонними ограничителями 7, 8, сумматор 9 и триггер Шмитта 10.

В ФСС производятся преобразования сравниваемых напряжений в удобную для сравнения форму и образуется управляющий сигнал, соответствующий условиям сравнения.

Управляющий сигнал на его выходе ФСС появляется при условии, что напряжения оказываются сдвинутыми на угол не более чем 90°. Величиной этого угла определяется зона срабатывания реле. Работа этого узла основана на принципе сопоставления (фаз) времени совпадения tcп знаков однополярных мгновенных значений сравниваемых синусоидальных напряжений u1t= k1Upm sin(ωt+ϕ) и u2t= k2Ipm sinωt со временем несовпадения tн знаков этих же напряжений. При этом время несовпадения фаз tн определяется сдвигом фаз между сравниваемыми величинами и определяется уставкой tу, которая для данного реле составляет четверть периода промышленной частоты. Если время совпадения знаков превышает четверть периода промышленной частоты, т. е. если tcп > tу, то реле срабатывает. Если оно меньше этого значения, то реле не срабатывает.

Особенностью фазосравнивающей схемы является раздельное сравнение интервалов совпадения и несовпадения мгновенных значений положительного и отрицательного знаков. Для этого она разделена на две параллельные части – два канала прохождения сигналов сравниваемых напряжений. В одном канале (верхнем) измеряется время совпадения положительных значений UI и UII, а в другом (нижнем) - отрицательных мгновенных значений этих же напряжений. Такое разделение с последующим суммированием выходных сигналов обоих каналов устраняет влияние апериодической составляющей.

Схемы совпадения 3,4 выполнены на резисторах R5 – R9, диодах VD5 – VD8, транзисторах VT1, VT2. В схему входят также резисторы отрицательного смещения R10, R11 и защитные диоды VD9, VD10.

Интеграторы 5, 6 выполнены на резисторах R12, R14 (R13, R15), диодах VD11 (VD12) и конденсаторах C5 (C6).

Верхний и нижний ограничители 7, 8 выполнены на выпрямительном мосту VS1 и резисторе R19.

Аналоговый сумматор 9 состоит из резисторов R16 и R17.

Триггер Шмитта 10 включает в себя операционный усилитель A1, диоды VD17 и VD18, резисторы R18, R21, R22.

Выходные реле и узлы питения для исполнения 110, 220 В постоянного напряжения и для переменного напряжения приведены на рисунках 4-34 а, б, в.

Реле имеют два выходных органа – с повышенным быстродействием 1KL1 и с повышенной коммутационной способностью 2KL1, 2KL2. На рисунке 4-30 им соответствуют элементы 11 и 12. Одновременно может быть подключен один элемент, на заводе – изготовителе подключается реле с повышенным быстродействием (установлена перемычка 6-8, снята 8-10).

Временная диаграмма работы реле приведена на следующем рисунке:

Диаграмма работы реле РМ11 (РМ12)

При совпадении знаков входных сигналов в положительной полуволне (интервалы времени 0-1 и 4-5) диоды VD5, VD6 и транзистор VT1 заперты, на выходе транзистора VT1 (контрольная точка XP3) имеется положительное напряжение. Конденсатор C5 заряжается.

При несовпадении знаков входных сигналов в положительной полуволне (интервалы времени 1-4 и 4-5) диоды VD5, VD6 и транзистор VT1 открыты, на выходе транзистора VT1 напряжение - отрицательное. Конденсатор C5 разряжается. На нем образуется пилообразное напряжение.

Аналогично работает схема совпадения отрицательных знаков сравниваемых величин.

Раздельное сравнение интервалов совпадения и несовпадения мгновенных значений положительного и отрицательного знаков входных сигналов улучшает отстройку реле от апериодической составляющей токов и напряжений.

Пилообразные напряжения с выходов двух интеграторов поступают на вход сумматора, на выходе которого, в свою очередь, появляется пилообразное напряжение с удвоенной частотой.

Напряжение с выхода сумматора поступает на вход триггера Шмитта.

Отсутствие одного из входных сигналов (ток или напряжение) приводит к тому, что диоды VD5, VD6 и транзистор VT1 (VD7, VD8 и VT2) открыты постоянно. Пилообразного напряжения нет, нет условий для срабатывания реле, что обеспечивает отсутствие самохода по принципу действия статических реле мощности.

Контрольные вопросы:

Принцип работы микроэлектронных РНМ (РМ-10). 11;12

Особенности построения этих реле, назначение элементов структурной схемы, основные параметры.

Функция ФСС.

Назначение элементов схемы ФСС.

ПРИЛОЖЕНИЯ

 структурная схема реле серий РМ 11, РМ 12 и принципиальные схемы отдельных узлов:

Структурная схема реле РМ11, РМ12

Схема фазосравнивающих цепей реле РМ11, РМ12

Схема фазоповоротных цепей реле РМ11

а) цепи напряжения

б) цепи тока

Схема фазоповоротных цепей реле РМ12

а) цепи напряжения

б) цепи тока

И, наконец, Схемы блока питания и выходного каскада реле РМ11, РМ12

а) для питания от сети постоянного тока 220 В

б) для питания от сети постоянного тока 110 В

в) для питания от сети переменного тока

 Схемы блока питания и выходного каскада реле РМ11, РМ12