АУЭП - Пр 3

Практическая работа №3

«Принцип работы реле частоты РЧ-1»

Выполнил: Назаров М.А.

Группа: ЭЭТп-1401

Реле частоты РЧ применяют в устройствах релейной защиты и автоматики для фиксации понижения (РЧ-1) или повышения (РЧ-2) частоты переменного тока. Рассмотрим подробно устройство и работу реле РЧ-1.

В реле РЧ-1 есть последовательная цепь из дросселя и конденсатора, называемая измерительной. Изменение фазы тока в этой цепи относительно приложенного напряжения фиксируется фазочувствительной схемой. Схема дает разрешение на срабатывание реле, если ток в измерительной цепи совпадает с приложенным напряжением или опережает его. Таким образом, при снижении частоты в сети срабатывание реле происходит при частоте, равной резонансной частоте измерительной цепи; при дальнейшем снижении частоты реле остается в сработанном состоянии.

На рис. 1 изображена принципиальная схема реле РЧ-1. Оно состоит из входного трансформатора Т, фильтра низших частот Ф, двух измерительных цепей И_ср, И_В, полупроводниковой схемы (обведена пунктиром), блока питания БП и исполнительного органа МО. Полупроводниковая схема состоит из двух формирователей импульсов Ф1 и Ф2, фазочувствительного элемента ФЭ и усилителя У.

Входной трансформатор Т предназначен для отделения цепей переменного напряжения от цепей оперативного напряжения. На первичную обмотку трансформатора Т подают напряжение, частоту которого необходимо измерять. Обычно эту обмотку подключают к одному из трансформаторов напряжения. Напряжение со вторичной обмотки через фильтр Ф подают на измерительные цепи и на делитель, состоящий из резисторов R4 и R5. С резистора R5 снимается так называемое опорное напряжение U₀, которое совпадает по фазе с напряжением на входе измерительных цепей U_вх. Кроме того, напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т используется для формирования напряжения смещения на конденсаторе C1. Фильтр Ф состоит из дросселя ЗL и конденсатора 1С и предназначен для подавления высших гармоник, которые могут быть в кривой напряжения сети на входе реле.

В реле две измерительные цепи. Одна из них состоит из дросселя 1L, конденсаторов 4С, 5С и резистора R3. Вторая измерительная цепь состоит из дросселя 2L, конденсаторов 2С, ЗС и резистора R2. Для ее подключения следует замкнуть выводы 5 и 6 реле. Если подключены обе измерительные цепи, то фазочувствительная схема дает разрешающий сигнал, когда хотя бы в одной из них ток совпадает с приложенным напряжением. Следовательно, реле будет срабатывать при более высокой из частот, настроенных на измерительных цепях. Коэффициент возврата реле очень высокий, реле отпадает практически при той же частоте, что и срабатывает. Вторая измерительная цепь используется обычно для настройки реле на определенную частоту возврата, значительно отличающуюся от частоты срабатывания (например, для пуска АПВ после АЧР). При этом на первой, постоянно подключенной измерительной цепи, настраивают нужную частоту срабатывания, а на второй, нормально отключенной, — нужную частоту возврата. Вторую цепь подключают тогда, когда реле (или все устройство) сработает. Таким образом, реле срабатывает при частоте, настроенной на первой измерительной цепи (вторая не подключена), а возвращается при частоте, настроенной на второй измерительной цепи. В соответствии с этим первую цепь называют цепью срабатывания, а вторую — возврата.

Как было отмечено выше, реле срабатывает при частоте сети, равной резонансной частоте измерительной цепи. Изменение резонансной частоты и, следовательно, частоты срабатывания (уставки) в реле РЧ осуществляется изменением индуктивности дросселя. Для перестройки уставок в условиях эксплуатации предназначены отпайки на обмотке дросселя и дополнительная секция обмотки, зашунтированная переменным резистором (1R или 2R). Увеличением числа включенных витков уменьшают частоту срабатывания. 

Переход на соседнюю отпайку изменяет частоту срабатывания на 1 Гц. Плавное изменение уставки достигается изменением сопротивления переменного резистора 1R или 2R, шунтирующего дополнительную секцию обмотки дросселя. Для регулировки реле на заводе-изготовителе (главным образом для подгонки шкалы) предназначен магнитный шунт, с помощью которого можно изменять воздушный зазор в магнитопроводе дросселя, т. е. индуктивность всего дросселя в целом. Эта регулировка позволяет компенсировать отклонения емкости конденсаторов от номинальной, отклонения характеристики намагничивания железа дросселя от расчетной, такие технологические погрешности, как изменения сечения или других размеров магнитопровода дросселя, числа витков его обмотки и др.

Напряжение выхода измерительной цепи U_f снимается с резистора R3 (R2) измерительной цепи. Это напряжение совпадает по фазе с током в измерительной цепи и изменяет свой угол относительно опорного напряжения при изменении частоты на входе реле (частоты сети). Напряжения U₀ и U_f поступают на формирователи импульсов Ф1 и Ф2 и преобразуются в прямоугольные импульсы. Эти импульсы подаются на фазочувствительный элемент ФЭ, выходной транзистор которого кратковременно открывается 1 раз в период, если частота сети выше уставки, и остается длительно закрытым при частоте сети, равной уставке или ниже ее. К выходу фазочувствительного элемента подключен двухкаскадный усилитель. Первый каскад состоит из транзисторов Т5 и Т6, второй каскад — из Т7 и Т8. В состав усилителя входит также элемент выдержки времени. Усилитель срабатывает только при длительно закрытом выходном транзисторе Т4 фазочувствительного элемента, т. е. при частоте сети, равной или ниже уставки. Срабатывание усилителя приводит к открытию транзистора Т9, входящего в состав исполнительного органа. Когда транзистор Т9 открывается, по обмотке выходного реле РЛ проходит ток, и оно срабатывает.

Для функционирования полупроводниковой схемы и выходного промежуточного реле необходимо оперативное напряжение. В реле РЧ-1 приняты такие уровни напряжений: + 6, —12 и —22 В (последнее используется только для выходного реле). Для получения указанных напряжений предназначен блок питания, основу которого составляют два стабилитрона V22 и V23. С одного (V23) снимается напряжение +6 В, с другого (V22) —22 В. С помощью гасительных резисторов R33 и R34 получают напряжение —12 В.

Дроссель 4L и конденсаторы С45 и С46 (большой емкости — по 100 мкФ) образуют Г-образный фильтр для подавления переменной составляющей в оперативном напряжении. Прежде всего, это важно при питании от переменного оперативного тока. Кроме того, конденсаторы С45 и С46 обеспечивают плавное увеличение (снижение) напряжения на полупроводниковой схеме реле при подаче (снятии) оперативного напряжения, что исключает кратковременные срабатывания выходного реле.

Рисунок 1 – Принципиальная схема реле частоты РЧ-1