Рис. 9.43. Принципиальная схема элемента времени с контуром RC
мами. Магнитные элементы с ППГ широко используются в схемах дискретного отсчета выдержек времени (см. § 9.15).
§ 9.14. Элементы времени
сиспользованием зарядного контура
Внастоящее время в устройствах релейной защиты наиболее распространенными бесконтактными элементами выдерж ки времени являются реле времени с использованием заряда кон денсатора через зарядный резистор Ri
(рис. 9.43). Заряд конденсатора начи нается с момента дешунтирования его ключом К, в качестве которого исполь зован триод в режиме переключения. Особенности работы элемента време ни, основанного на принципе заряда конденсатора, описаны в § 8.4. Некото рое отличие данной схемы заключает
ся в том, что в течение времени заря да конденсатор С не шунтируется со противлением нуль-индикатора Н. И, так как потенциал точки а положите лен по отношению к потенциалу точки б и диод Д закрыт. Это позволяет по
лучать относительно большие постоянные времени заряда, т. е. со кратить размеры реле за счет применения небольших по габари там емкостей.
В случае идеального диода Д (/?д.Пр = 0; Яя.0вр= °°), и нульиндикатора неограниченной чувствительности время срабатывания элемента определяется выражением
h = RiC In [Е/(Е — t/cp)], |
(9.27) |
где Ucр — минимальное напряжение на конденсаторе, при котором открывается диод Д и действует нуль-индикатор.
Время срабатывания может регулироваться двумя способами: 1) изменением постоянной заряда xmRiC регулировкой вели
чины сопротивления Ri (рис. 9.44,а); |
срабатывания |
2) изменением |
величины |
напряжения |
(рис. 9.44,6) посредством потенциометра R2(U6 = UCp). |
В обоих случаях |
напряжение |
срабатывания |
ограничивается |
участком |
кривой uc =f(t) с максимальной крутизной duddt, т. е. |
в пределах 0<^< т, |
так как при этом: а) будет меньшая погреш |
ность но |
времени, |
вызванная ограниченной чувствительностью |
нуль-индикатора, колебаниями рабочих напряжений и отклонения ми величин R и С; б) градуировка регулятора выдержки времени получается более равномерной (в случае линейного закона изме нения его сопротивления).
Поэтому опыт разработки таких элементов времени определя ет максимальную величину напряжения на конденсаторе к момен ту срабатывания элемента порядка Uc^ . 0,63 Е. Для повышения точности действия элемента напряжения заряда Е и срабатывания Uср обычно стабилизируются по средством кремниевых диодов —
стабилитронов (см. § 5.11).
На рис. 9.45 представлены временные диаграммы элемента выдержки времени. Из диаграмм видно, что выходной сигнал сдви нут по отношению к входному на
Рис. 9.44. Регулировка |
времени |
Рис. 9.45. Временные |
диаграммы |
срабатывания элемента |
выдержки |
элемента выдержки |
времени |
времени: |
|
|
|
а —изменением величины зарядного соп ротивления R,; б—изменением величины напряжения срабатывания t/ =£/g
время t\, несколько превышающее расчетное t\ при U^=UCJ). Это объясняется тем, что срабатывание нуль-индикатора происходит при достижении напряжением между точками а и б определенного значения:
^абер = ия+ Ucр. н. и.,
где и л — падение напряжения на диоде при токе срабатывания нуль-индикатора; Ucр.н.и — напряжение срабатывания нуль-инди
катора.
Необходимо отметить, что с момента открытия диода характер заряда конденсатора меняется, поскольку через зарядный резистор протекает ток диода Д. Процесс заряда конденсатора в этом ре жиме рассмотрен в § 8.4. Однако при высокой чувствительности
нуль-индикатора Ua6cv<.Uc-p и время
На рис. 9.46 приведена схема элемента выдержки времени (обведена штриховой линией) в сочетании с унифицированными
|
|
|
|
|
|
|
логическими элементами ИЛИ—НЕ. |
Конденсатор |
С |
нормально |
за шунтирован открытым триодом Т\ (типа п— р— п), |
на базу кото |
рого через |
резистор R2 подан нулевой потенциал от управляющего |
элементом |
времени |
открытого триода |
Тз. При |
этом |
потенциал |
точки а равен —6 |
в. Триод Гг открыт и насыщен |
за |
счет тока |
Рис. 9.46. Элемент выдержки времени в сочетании с унифицированными логическими элементами
базы, протекающего через резистор R$. Потенциал точки г (выход элемента времени) близок к нулевому потенциалу. При закрытии триода Тз потенциал точки в меняется от 0 до —9 в и закрывается триод Т\. После дешунтирования конденсатор С начинает заря жаться через /?3 и R a- Потенциал точки а повышается от —6 в; после превышения нулевого потенциала открывается диод Д. При этом напряжение база — эмиттер Т2 положительно и триод Т2 за крывается, т. е. появляется выходной сигнал в виде отрицатель ного потенциала точки г.
Возврат элемента времени в исходное положение происходит при закрытии триода Т3. При этом триод Т\ открывается, конден сатор С разряжается через резистор R4 и цепь эмиттер — коллек тор Т\. Потенциал точки а после разряда конденсатора снова равен —6 в, за счет чего закрывается диод Д и открывается триод Т2. Сопротивление Ra выбирается небольшим и служит для ограничения начального тока разряда через триод до допустимой величины. Кроме того, благодаря наличию R a элемент времени имеет небольшое время возврата tB (см. рис. 9.45). В некоторых случаях наличие этого времени необходимо для надежного возвра та триггера схемы «память» от элемента времени, запускаемого
этим же триггером.
Получение выдержек времени больше Ю-г-20 сек с использо ванием данной схемы нецелесообразно по следующим причинам. Зарядное сопротивление R3 должно быть значительно меньше ми
нимального обратного сопротивления закрытого триода для исклю чения влияния изменения тока / б.ко на точность действия. Поэтому выдержку времени необходимо увеличивать за счет увеличения емкости С. Однако конденсаторы имеют внутреннее сопротивление утечки, которое меняется с изменением температуры [для метал лобумажных конденсаторов в пределах (50—200) 106 ом-мкф].
При больших емкостях их внутреннее сопротивление стано вится соизмеримым с зарядным сопротивлением /?з, что снижает точность действия реле времени.
С целью уменьшения погрешностей триод, шунтирующий кон денсатор, и диод в цепи нуль-индикатора должны быть кремние выми, имеющими по сравнению с германиевыми в закрытом состоянии значительно меньшие обратные токи, а следовательно,
ипроводимости.
§9.15. Элементы времени импульсного типа
Для получения больших и достаточно стабильных вы держек времени применяются схемы, основанные на принципах дискретного отсчета заданного числа импульсов п с известной частотой f. При этом величина выдержки времени
где Т = \ If — период повторения импульсов.
Для таких схем необходим датчик импульсов со стабильной частотой. Эту стабильность сравнительно несложно обеспечить при периоде Т порядка сотых или десятых долей секунды. Даже неко торое усложнение схемы датчика импульсов мало влияет на об щую сложность и надежность элемента времени, так как обычно один датчик используется для получения всех выдержек времени, необходимых в сложных устройствах автоматики. Частота f выби рается, исходя из требуемой точности выдержки времени. Во мно гих случаях в качестве датчика частоты используются устройства, включенные в промышленную сеть переменного тока 50 гц, так как эта частота достаточно стабильна.
Простейшим устройством для подсчета импульсов является магнитный элемент с ППГ. Если индукция сердечника с ППГ к
началу отсчета была В ——Вг, то |
при подаче |
на обмотку W\ им |
пульса напряжения определенной величины, |
длительности и на |
правления (рис. 9.47,а) |
за время импульса |
сердечник |
начнет |
перемагничиваться. К |
моменту |
окончания |
импульса |
значение |
индукции в сердечнике изменится на величину АВ (рис. 9.47,6). Такое перемагничивание, когда АВ<2Б, называется перемагничиванием по ч а с т н ы м ц и к л а м .
Выходное напряжение и вш, снимаемое при этом с сопротив ления нагрузки Янагр, определяется величиной тока ic, создающего напряженность магнитного поля, равную коэрцитивной силе Яс:
ЯВых = *с^нагр “ (^ c^m/^ i) Яцагр> |
(9.29) |
где /м — длина средней магнитной линии; w\ — число витков пер вичной обмотки.
При малых величинах Нс и большом числе витков w1 величи нных составляет ничтожную часть £/вх.
Рис. 9.47. Перемагничивание элемента с ППГ по частным циклам:
а—принципиальная схема; б—изменение индукции в сердечнике
Через определенное число импульсов п сердечник оказывается перемагниченным (fi = + Bs) и большая часть входного напряже ния Uпх оказывается приложенной к сопротивлению нагрузки. При пренебрежении индуктивностью сердечника после насыщения по лезный сигнал
Иных - |
U K X / ? „ а г р / ( Я н а г р + Гвн), |
(9 .3 0 ) |
где г,.и — активное сопротивление обмотки wx. |
|
Учитывая, что Я„агр > |
гв„, имеем НВых~Ньх. |
(В = —Вг) при |
Сердечник приводится в начальное положение |
пропускании тока через обмотку w2. Очевидно, что максимально возможное число импульсов п зависит от минимально возможного
изменения индукции в течение одного импульса.
При пренебрежении падением напряжения от тока намагни чивания в активных сопротивлениях Rnагр и гВ11
UBX=*: w1s(dB/dt).
Как показано в § 8.7, при перемагничивании сердечника воз никает определенный вольт-секундный импульс, площадь которого
