Материал: РЗА Копьев

kв Iвр . Iср

Полупроводниковые реле

В настоящее время выпускается большое количество статических реле различных модификаций. Однако принцип их действия практически одинаков и сводится к сравнению подводимого измеряемого сигнала с опорным (Рис.19).

Рис.19 Структурная схема статического реле защиты

Реле состоит из следующих основных блоков:

1. Входной преобразователь ВП содержит измерительный преобразователь, на вход которого подается сигнал от трансформаторов тока защищаемого объекта. Измерительные преобразователи представляют собой промежуточные трансформаторы или трансреакторы, которые трансформируют входной сигнал до величины, определяемой условиями управления операционными усилителями. Одновременно преобразователи отделяют полупроводниковую часть реле от вторичных цепей защищаемого объекта. Наряду с основными функциями они решают задачу защиты реле от высокочастотных наводок. Пример простейшего преобразователя тока представлен на Рис.20.

Рис.20 Преобразователь тока с выпрямителем

30

2. Для получения нужной характеристики реле выходной сигнал, подаваемый с преобразователя, необходимо подвергнуть специальной обработке в узле формирования УФ. Способ и объем такой обработки определяется конкретным типом реле.

Типовые звенья УФ и их характеристики рассмотрены ниже.

Повторитель напряжения. Повторитель напряжения образуется путем соединения выхода операционного усилителя с его инвертирущим входом (Рис.21).Подобный вид обратной связи называют 100% отрицательной обратной связью. Для схемы характерно высокое входное сопротивление и малое выходное. Повторитель напряжения обычно включают между источником сигнала и нагрузкой с целью исключить влияние нагрузки на выходное напряжение источника.

Рис.21 Повторитель напряжения

Коэффициент усиления повторителя напряжения kU U выхU вх 1.

Инвертирующий усилитель. Схема простейшего инвертирующего усилителя показана на Рис.22.

Рис.22 Инвертирующий усилитель

31

Коэффициент усиления схемы определяется соотношением сопротивлений в цепях входа и обратной связи kU R2R1 . Это соотношение с

достаточной степенью точности может быть применено к реальным операционным усилителям.

Инвертирующий усилитель применяется в основном в тех случаях, когда нужен усилитель, к которому не предъявляются требования высокого входного сопротивления, и когда нужно проинвертировать или просуммировать несколько входных сигналов.

Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя показана на Рис.23.

Рис.23 Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью отрицательной обратной связи и резистивного делителя. Коэффициент усиления схемы с идеальным операционным усили-

телем может быть определен из выражения kU 1 R2 .

R1

Благодаря высокому входному сопротивлению неинвертирующий усилитель часто применяют в качестве масштабирующего усилителя.

Усилители-ограничители. В реле защиты часто требуется ограничить уровень выходного напряжения. Ограничения можно выполнить за счет включения в цепь обратной связи параллельно сопротивлению двух встречно включенных стабилитронов (Рис.24).

При подъеме выходного напряжения более U ст 0,7В сопротивление

обратной связи шунтируется и рост выходного напряжения прекращается.

32

Схемы сумматоров. Выходное напряжение в схеме сумматора пропорционально сумме входных напряжений. Они обладают малым собственным потреблением и успешно применяются в схемах формирователей сигналов. В качестве примера на Рис.25 показана схема сумматора для трех сигналов на основе инвертирующего усилителя.

Рис.24 Усилитель-ограничитель

Рис.25 Схема сумматора

Выходное напряжение для этой схемы

U вых (U1R1 U 2R2 U3R3)ROC.

Активные фильтры. Активные фильтры часто применяются в технике релейной защиты в силу своей простоты при настройке, отсутствии нелинейных индуктивностей, малых габаритов и потребления.

33

В силу своего назначения могут выполняться как фильтры нижних частот ФНЧ, фильтры верхних частот ФВЧ, полосовые фильтры ПФ, режекторные фильтры РФ. На Рис.26 показаны примеры амплитудночастотных характеристик таких фильтров, представляющих собой зависимость выходного напряжения от частоты входного.

На каждой их характеристик могут быть выделены три полосы частот: а - полоса пропускания, где выходное напряжение имеет наибольшее значение; с - полоса подавление, где выходное напряжение минимально; b - переходная полоса, полоса частот в пределах которой выходное напряжение меняется от максимального до минимального значения или наоборот. Чем уже переходная характеристика, тем ближе характеристика фильтра к идеальной.

Рис.26 Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров

В реле защиты широко применяются активные фильтры второго порядка, в которых содержится два RC-звена. Такой выбор считается оптимальным с точки зрения функциональных возможностей фильтра С и обеспечения требований быстродействия защиты. На Рис.27 представлены примеры фильтра нижних частот с многопетлевой обратной связи и полосно-пропускающего фильтра.

34