Реле разности частот РГР-11

(Рис. 2.4.3.2. приложения)

Реле выполнено с использованием элементов микроэлектроники и полупроводниковой техники.

Входные величины реле, - два напряжения:

- Uгенератора = Uостаточное = ~ 2В втор.

- Uсети = 100В втор.

Вход каждого напряжения поступает через свой промежуточный трансформатор TV1 (TV2) на свой блок преобразования частоты (БПЧ). На дополнительные вторичные обмотки трансформатора TV1, подключенного к напряжению сети, включен блок питания реле БП.

Блок питания имеет выходы:

± 15В стабилизированное, - для питания микроэлектронной части схемы реле,

+ 24В нестабилизированное, - для цепей выходных реле.

За базисное напряжения принято напряжение Uсети.

Блок преобразования частоты

Выходное напряжение каждого БПЧ пропорционально длительности периода своего входного напряжения и, следовательно, обратно пропорционально его частоте.

Схема блоков 1БПЧ и 2БПЧ одинакова, их принцип действия рассматривается на примере схемы 1БПЧ.

Операционный усилитель А1 на входе 1БПЧ вместе с элементами входа R1 и C1 представляет из себя формирователь – ограничитель импульсов напряжения. На его выходе формируется напряжение прямоугольной формы и обратного знака по отношению ко входу (рис. 2.4.3.3. приложения). Далее согласующая цепь R11, VD5, R17 срезает отрицательную полуволну напряжения выхода А1 и работает только положительная полуволна. Следующий элемент, микросхема D3 – инвертор с логикой

«ИЛИ-НЕ». На входе D3 - чисто прямоугольные импульсы длительностью в половину периода, на выходе – те же импульсы, сдвинутые на полпериода относительно входа.

В следующей части схемы БПЧ основные элементы – это конденсаторы памяти С14 и С15 и управляющие ими разрядные ключи SB1 и SB2.

При появлении на выходе D3 знака «+» зарядный ток конденсатора С10 открывает ключ SB1, конденсатор памяти С14 почти мгновенно разряжается, а С10 продолжает заряжаться до значения Uвых. D3, после чего ключ SB1 закрывается.

Одновременно с появлением на выходе D3 знака «+» закроется диод VD11 и откроется VD15 – конденсатор С14 заряжается по цепи +15В, R23, VD15, C14, «0».

Когда на выходе D3 знак «+» сменится на «нуль», откроется диод VD11, закроется VD15, заряд С14 прекращается, а С10 разряжается. Напряжение заряда С14 будет пропорционально длине периода и обратно пропорционально частоте напряжения сети (рис. 2.4.3.3. приложения).

Тоже самое в другую половину периода, когда «+» появится на входе D3, происходит с конденсатором памяти С15.

Напряжение заряда конденсаторов памяти почти одинаковые и одно из них, большее по значению в данный момент, прикладывается к делителю из резисторов R39, R42

(рис. 2.4.3.3. приложения). По величине это потенциал контрольной точки xр1, величина которого обратно пропорционально частоте сети.

Выход с делителя поступает на включенные последовательно усилители А3 и А5, имеющие коэффициент усиления К = 1. При этом А3 – неинвертирующий, а А5 – инвертирующий усилитель.

Второй блок преобразования частоты построен аналогично. На его выходе xр2 напряжение обратно пропорционально частоте генератора.

Оба напряжения с БПЧ сравниваются на операционном усилителе А4, где

- напряжение U_(fсети) с БПЧ1 через усилитель А3 подано на инвертирующий

вход, а

- напряжение U_{(fгенер.)} с БПЧ2 - на неинвертирующий вход.

На выходе А4 (контрольная точка xр3) получается усиленный разностный сигнал двух входных напряжений со своим знаком.

При равенстве f_c= f_ген. напряжение выхода усилителя А4 U_{вых. А4} = 0,

При f_с < f_ген. напряжение выхода U_{вых. А4} – «-», отрицательное,

При f_с > f_ген. напряжение выхода U_{вых. А4} – «+», положительное.

Далее U_{вых. А4} подается на входы компараторов А6 и А7, туда же поданы напряжения задания уставки, взятые с резисторов R48 и R58. Благодаря тому, что напряжения задания уставки взяты с выходов усилителей А3 и А5, уставка реле Δf_уст. от частоты сети не зависит.

Если |Δf| < Δf_уст, компараторы А6 и А7 не сработают и их напряжения выхода будут равны:

U_{вых. А6} – «-», отрицательное,

U_{вых. А7} – «+», положительное,

следовательно, на микросхему D4 с логикой «исключающее ИЛИ» поступают два напряжения разной полярности.

Если |Δf| > Δf_уст, один из компараторов А6 или А7 сработает и изменит знак напряжения выхода на противоположный. На входах D4 появятся напряжения одинакового знака, либо оба «+», либо оба «-».

Из логики формирования выхода микросхемы D4 «исключающее ИЛИ» видно, что при разных потенциалах на входах её выход Y= 1, при одинаковых потенциалах Y= 0.

Потенциал выхода D4, поданный через элемент времени на базу транзистора VT6, управляет открытием транзистора.

Когда Δf< Δf_уст → входы D4 разные → выход D4 = 1 → транзистор VT6 через элемент времени DTоткрывается, срабатывает выходное реле KL и разрешает включение выключателя генератора.

Когда Δf> Δf_уст → входы D4 одинаковые → выход D4 = 0 → транзистор VT6 закрыт, реле KLзапрещает включение выключателя.

Уставка реле Δf_устрегулируется резисторами R48 и R58.

Технические данные реле:

- Uном = 100В любой обмотки, термостойкость их одинакова,

- пределы уставка по скольжению Δf= 0,5÷4,0 Гц,

- чувствительность реле обеспечивается, начиная с U= 0.02Uном (2В вт),

- время замкнутого состояния контактов KLне менее 0,4 сек обеспечивается

элементом времени DTна выходе микросхемы D4.