Реле сопротивления на операционных усилителях

 

(72) Авторы изобретения

В.К. Ванин и А.И. Таджибаев

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. И.И. Калинина (71) Заявитель (54) РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА OIIEPAIIHOHHbIX

УСИЛИТЕЛЯХ

Реле сопротивления на операциой=

: яых усилителях относится к автоматизации энергетических систем и может быть использовано для релейной защиты электротехнических установок.

Известны реле сопротивления, основанные на сравнении электрических ве-. личин по абсолютному значению и содер жащие цепи формирования электрических величин, сравнения их по. абсолютному

10 значению и сглаживающего фильтра (1 )

И(2 1.

Общим недостатком этого устройства является значительное время срабатывания из-за переходных процессов

15 в сглаживающем фильтре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является реле сопротивления на операционных усилителях (ОУ), содержащее преобра20 зователь ток-напряжение, выходом присоединенный через первое масштабирующее звено к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через последовательно соединенное второе масштабирующее звено — к входу фазоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу второго однополупериодного формирователя модуля, вторым входом — к выходу фазоповоротного блока, инвертирующий ОУ со сглаживающей RC-цепью в обратной связи, входом подсоединенный через первый резистор к первому выходу, а через второй резистор — к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через третий реэистор— к первому выходу, а через четвертый и пятый резисторы — к первому и второму входам второго однополупериодного формирователя модуля, выход инвертирующего ОУ подсоединен к перво- му входу компаратора, к второму входу которого подсоединен блок смещения 31.

Однако наличие в отрицательной обратной связи инвертирующе|о ОУ

8689

3 сглаживакнцей RC-цепи преследует своей

1 целью обеспечение устойчивого срабатывания компаратора при коротких замыканиях на границе зоны срабатывания реле сопротивления. При этом, чем более высокая степень сглаживания, тем более устойчивое срабатывание компаратора, Вместе с тем увеличение сглаживания приводит к снижению быстродействия из-за увеличения ip времени переходного процесса в сглаживающей цепи.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в известное реле сопротивления, дополнительно введены два сумматора, 1 в обратные связи которых включены вторая и третья сглаживающие RC-цепи, и две дифференцирующие цепи, причем вход инвертирующего ОУ через. первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, входы первого сумматора подсоединены ко второму выходу и к входу первого однополупериодного формирователя модуля, а входы второго сумматора — к второму выходу и первому и второму входам второго однонолупериодного формирователя модуля.

На чертеже представлена схема предлагаемого реле сопротивления на операционных усилителях.

Схема содержит преобразователи ток-напряжение 1 и напряжение-напряжение 2, масштабирующие звенья 3-5 однополупериодные формирователи 6 и 7 модуля, фазоповоротный блок 8, включающий инвертирукнций усилитель 9, фазоповоротный блок выполненный íà 4о

ОУ 10, и переключатель 11, сумматор

12 — на ОУ !3, в обратную связь которого включена сглаживающая цепочка

RC - 14 и 15, сумматор 16 — на ОУ 17, в обратную связь которого включена сглаживающая RC-цепочка 18 и 19, инвертирующий ОУ 20, сглаживающая

RC-цепь 21 в обратной связи ОУ 20, резисторы 22-26,дифференцирующие цепи 27 и 28, компаратор 29 и блок 30 зо смещения.

Напряжение, пропорциональное току с выхода преобразователя ток-напряжение l подается на входы масштабирующих звеньев 3 и 4. Коэффициент передачи масштабирующих звеньев регулируется изменением сопротивления в цепи отрицательной обратной связи

10 4

ОУ. На выходе масштабирующего, звена

3 формируется напряжение k; k g=E где k. — коэффициент преобразования йреобразователя, ток-напряжение; k 4 — коэффициент преобразования масштабирующего звена

14, которое подается на вход фазоповоротного блока 8. Изменение фазы входного сигнала осуществляется плавно с помощью переменного резистора фаэовращателя, построенного на ОУ 10, и ступенчато путем подключения фазовращателя к выходу масштабирующего звена 4 или инвертирующего усилителя

9 с помощью переключателя 11. Фазоповоротный блок 8 позволяет менять фазу выходного сигнала относительно входного от 0 до 360 . В результате на выходе блока 8 напряжение равно

Где М2 комплексный коэффи циент преобразования, модуль которого регулируется с помощью масшта.бирующего звена 4, а фазы — фазоповоротным блоком 8. Напряжение с выхода преобразователя напряжение-напряжение 2 поступает на вход масштабирующего звена 5, на выходе которого

4 формируется сигнал k k< U, где коэффициент преобразования преобразователя напряжение-напряжение;

k4 - коэффициент преобразования масштабирующего звена 5.

Напряжение Е поступает на вход однополупериодного формирователя 6 модуля выполненного на ОУ, причем положительные полуволны с первого выхода формирователя 6 преобразовываются в соответствии с коэффициентом передачи, определяемым соотношением операционного сопротивления 21 в цепи отрицательной обратной связи инвертирующего ОУ 20 и входного резистора 26.

Отрицательные полуволны поступают на первый вход сумматора 12. Кроме того, напряжение с выхода масштабирующего звена 3 поступает на второй вход сумматора 12, где суммируется с отрицательными полуволнами с выходом блока

6. На выходе сумматора 12 формируется средневыпрямленное напряжение, которое отфильтровывается с помощью сглаживающей цепочки С14 К, включенной в обратную связь ОУ 13.

Напряжение с выхода фазоповоротного блока 8 поступает на первый вход второго однопюлупериодного формирователя 7 модуля, на второй ход которого поступает напряжение с выхода масштабирующего звена 5. На первом

М8910 выхолс 6..юка 7 ф )рмируется отрицательное однаполупериадное напряжение суммы входных сигналов и на втором выходе — по:южн тельное однополупериодное напряжение суммы этих же сигналов.

Па входы сумматора 16 поступают напряжения с выхода фазоповоротного блока 8, масштабирующего звена 5 и положительные полуволны — с второго 10 выхода блока 7. Сумматор выполнен на ОУ 17, в обратную связь которого включена сглаживающая цепочка К40 С48

На его выходе формируется средчевыпря мленное напряжение суммы(41 0 +11„11 j )

Напряжения с выходов блоков 3, 8 и 5 и перных выходов формирователей

6 и 7 модуля преобразовынаются в соответствии с коэффициентом, определяемым отношением операционного сопротивления 21 обратной связи ичвертирующего ОУ 20 к соответствующему резистору R К2б, напряжения с Выходов сумматоров 12 и 16 — с коэффициентами, определяемыми отношением операционного сопротивления 21 к соответствующему сопротивлению дифференцирующей цепочки 27 и 28.

В установившемся режиме средневыпрямленные сигналы с выходов

30 сумматоров 12 и 16 не трансформиI .руются на выход ОУ 20, так как для низкочастотных составляющих коэффи,циенты преобразования определяемые отношением операционного сопротив ления 2! к 27 и 28, соответствуют дифференциатару. Сигнал на выходе

ОУ 20 в этом случае определяется

I разностью!

Реле сопротинления на операционных усилителях(ОУ), содержащее преобразователь ток-напряжение, выходом присоединенный через первое масштабирующее звено к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через последовательно соединенные второе масштабирующее звено — к входу фаэоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу второго однополупериодного формирователя модуля, вторым входом подсоединенного к выходу фазоповоротного блока, инвертирующий операционный усилитель с первой сглаживающей RC-цепью в обратной связи, входам подсоединенный через первый резистор к первому выходу, а через второй резистор — к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через третий резистор— к первому выходу, а через четвертый и пятый резисторы — к первому и вто. рому входам второго однополупериодного формирователя модуля, ныход инвертирующего ОУ подсоединен к первому входу компаратора, к второму входу которого!

E„ / /Ег / ф1141 f 43(< 0 М4 (I /

Если разность отрицательна, то компаратор 29 находится в режиме положительного ограничения (cpa6aтывания); если разность положительна, то компаратор 29 находится в режиме отрицательного ограничения 1несрабатывания)

При коротком замыкании в первичной сети происходит резкое изменение входных тока 1 и напряжения U ""

Время переходного процесса реэультиурющего напряжения на выходе ОУ

20 определяется не только постоянной времени сглаживающей RC-цепи в об35 40

55 ратной связи, но и сигналами, преоб раэуемыми с выходов сумматоров 12 и 16. Учитывая дифференцирующие свойства каналов преобразования, определяемые цепями 27 и 28, процесс установления на выходе ОУ 20 форсируется в переходном режиме. На второй вход компаратора подается напряжение с выхода блока 30 смещения, что позволяет регулировать уровень срабатывания компаратора, с целью компенсации дрейфа нуля усилителей.

Предлагаемое реле сопротивления имеет широкие возможности в отноше-. нии получения характеристик срабатывания в плоскрсти комплексного параметра. Оно позволяет регулировать конфигурацию и положение характеристик срабатывания путем изменения сопротивления резисторов. Такое реле сопротивления выполненное на ОУ, имеет малое потребление мощности. Введение дополнительных блоков, а также их соответствующее подключение к цепям реле сопротивления позволяет унели- . чить. быстродействие по сравнению с известным реле на 30 м.

Формула изобретения

8689) 0

10 подсоединен блок смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно введены два сумматора, в обратные авязи которых включены вторая и третья сглаживающие RC-цепи, и две. дифференцирующие цепи, причем вход инвертирующего операционного усилителя через первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, входы первого сумматора подсоединены ко второму выходу и к входу первого однополупериодного фор мирователя модуля, а входы второго сумматора - к второму выходу и первому и второму входам второго однополупериодного формирователя модуля е

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

В 477485, Кл. Н 02 Н 3/40, !975.

2, Ванин В.К, Енин А.С., Рузин Я.J)., Сафонов А.И. Построение устройств за щиты на аналоговых решающих элементах.

Сборник "Электроэнергетика". Труды

ЛПИ В 340, 1974. с. 71-75.

3. Авторское свидетельство СССР

В 615562, кл. Н 02 Н 3/40, Н 01 Н 83/16, 1978.