Текст
                    

Библиотека ЭЛЕКТРОМОНТЕРА Основана в 1959 г. Выпуск 545 М Н. ХОМЯКОВ РЕЛЕ ЧАСТОТЫ РЧ-1 □Э /AQCK0A ЭНЕРГОИЗДАТ 19§?
ББК 31.27-05 Х76 УДК 621 318,57 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: В Н. Андриевский, С. А. Бажанов, Ю. В. Зайцев, Д. Т. Ко- маров, В. П. Ларионов, Э. С. Мусаэлян, С. ГТ Розанов, В. А. Семенов, А. Д. Смирнов, А. Н. Трифонов, ГТ. И. Усти- нов, А А. Филатов Хомяков М. Н. Х76 Реле частоты РЧ-1.— М.: Эпергоиздат, 1982.— 64 с., ил.— (Б-ка электромонтера. Вып. 545). 20 к. Рассмотрено устройство и даны рекомендации по наладке реле понижения частоты РЧ-1, выполненного с использованием полупро- водниковых приборов Описано устройство примененных усилителей, диодных ключей и других видов реле. Для квалифицированных электромонтеров, связанных с эксплуа- тацией и наладкой устройств автоматической частотной разгрузки, частотного пуска и других устройств, в состав которых входит ре- ле РЧ-1. X 2302040000-431 051(01)-82 126-82 ББК 31.27-05 6П2.11 (g) Эпергоиздат, 19§§
ПРЕДИСЛОВИЕ Для современных энергосистем характерно широкое применение различных устройств автоматики. Это объ- ясняется сложностью объединенной энергосистемы, сильным влиянием элементов энергосистемы и отдель- ных систем, входящих в объединение, друг на друга. Среди устройств автоматики широко распространены устройства, реагирующие на частоту переменного тока в сети. К ним, в частности, относятся автоматическая частотная разгрузка, устройства автоматического ча- стотного пуска гидрогенераторов, автоматика разгрузки электростанций при повышении частоты. Одним из эле- ментов таких устройств является реле частоты. Любые машины, приборы, реле работают надежно только при условии квалифицированного технического обслуживания. Возросший общеобразовательный и культурный уровень советских людей, всеобщее среднее образование позволяют современным рабочим трудить- ся творчески, познавать принципы действия сложных технических устройств, часто усовершенствовать их, осознанно применять передовые методы диагностики и устранения неисправностей. Данная книга знакомит с реле частоты серии РЧ, выполненными с использованием полупроводниковых приборов. Такие реле выпускаются промышленностью и широко применяются в энергосистемах и на промыш- ленных предприятиях. При написании брошюры исполь- зован опыт эксплуатации реле РЧ в Мосэнерго и в не- которых других энергосистемах. Все замечания и предложения следует направлять в адрес Эиергоиздата: 113114, Москва, М-114, Шлюзо- вая наб., 10. Автор
1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЙ И УСТРОЙСТВО РЕЛЕ Реле частоты РЧ применяют в устройствах релейной защиты и автоматики для фиксации понижения (РЧ-1) илн повышения (РЧ-2) частоты переменного тока. Ча- стота является одним из важнейших показателей каче- ства электроэнергии. Снижение частоты происходит при возникновении дефицита активной мощности, когда мощность нагрузки оказывается больше мощности ге- нераторов. Как правило, такое положение возникает при отделении части энергосистемы или одной электро- станции от общей сети. Чтобы в этих условиях предот- вратить дальнейшее глубокое снижение частоты, необ- ходимо срочно ликвидировать дефицит активной мощ- ности. Это обеспечивается, с одной стороны, отключе- нием части нагрузки, с другой стороны, повышением до максимально возможной мощности работающих генера- торов и включением в сеть резервных. Все эти операции нужно делать как можно быстрее. Поэтому они выпол- няются автоматически. Отключение нагрузки Осуществ- ляется автоматической частотной разгрузкой (АЧР). Включение и загрузка резервных генераторов (обычно это гидрогенераторы, которые могут набрать полную мощность в течение нескольких минут) производятся устройством частотного пуска, повышение мощности ра- ботающих генераторов обеспечивается регуляторами турбин и котлов. Реле РЧ-1 являются основными эле- ментами АЧР, устройств частотного пуска и использу- ются для некоторого изменения настройки регуляторов турбин и котлов. Кроме того, реле РЧ используются для пуска автоматического повторного включения (АПВ) присоединений, отключенных АЧР, после восста- новления частоты. Повышение частоты происходит при возникновении избытка активной мощности, что также может быть при отделении части энергосистемы от общей сети. Повы- 4
Шенне частоты опасно, так как значительно утяжеляет режим работы турбо- и гидрогенераторов н препятству- ет восстановлению параллельной работы отделившегося участка с сетью Для быстрого снижения частоты при- меняют различные автоматические устройства, основным элементом которых является реле РЧ-2. Принцип действия реле РЧ основан на измерении фазы тока относительно питающего напряжения в цепи с последовательно соединенными индуктивностью и емкостью. Известно, что индуктивное сопротивление уве- личивается при повышении частоты и уменьшается при Рис. 1. Векторные диаграммы токов и напряжений в последователь- ной цепи. а — схема последовательной цепи; б—г — векторные диаграммы при частоте питающего напряжения выше (б), равной (в) и ниже (е) резонансной часто- ты цепи. ее снижении. Емкостное сопротивление, наоборот, - уменьшается при повышении частоты и увеличивается при ее снижении. Если при последовательном соедине- нии емкости и индуктивности нх сопротивления равны, то результирующее сопротивление цепи чисто активное и ток в ней совпадает по фазе с приложенным напряже- нием. Такое явление называется резонансом напряже- ний, а частота, при которой он возникает, называется резонансной. Если увеличить частоту приложенного на- пряжения (не изменяя параметры элементов цепи), то из-за увеличения индуктивного сопротивления и умень- шения емкостного общее сопротивление цепи станет активно-индуктивным. Ток в такой цепи отстает от при-
ложенного напряжения. При уменьшении частоты общее сопротивление цепи станет активно-емкостным и ток в ней будет опережать приложенное напряжение. Сказан- ное иллюстрирует рис. 1, где показаны векторные диа- граммы токов и напряжений для последовательной цепи при разной частоте питающего напряжения. На векторных диаграммах показаны напряжения на индуктивности UL, на конденсаторе Uc , па резисторе Uл, ток по цепи I и питающее напряжение 1)п. Резонансная частота зависит от параметров цепи. Если увеличить индуктивность в цепи, то резонансная частота снизится. Рис. 2 Структурная схема реле РЧ-1. Подробно рассмотрим устройство и работу реле РЧ-1, а в заключение — особенности выполнения реле РЧ-2. В реле РЧ-1 есть последовательная цепь из дроссе- ля и конденсатора, называемая измерительной. Изме- нение фазы тока в этой цепи относительно приложенно- го напряжения фиксируется фазочувствителыюй схе- мой. Схема дает разрешение па срабатывание реле, если ток в измерительной цепи совпадает с приложен- ным напряжением или опережает его. Таким образом, при снижении частоты в сети срабатывание реле проис- ходит при частоте, равной резонансной частоте изме- рительной цепи; при дальнейшем снижении частоты ре- ле остается в сработанном состоянии. На рис. 2 изображена структурная схема реле. Оно состоит из входного трансформатора Т, фильтра низ- ших частот Ф, двух измерительных цепей Яср, Яв, по- лупроводниковой схемы (обведена пунктиром), блока 6
питания БП и исполнительного органа ИО. Полупровод- никовая схема состоит из двух формирователей импуль- сов Ф1 и Ф2, фазочувствительного элемента ФЭ и уси- лителя У. Принципиальная схема реле с обозначением всех элементов показана на рис. 3. Входной трансформатор Т предназначен для отделе- ния цепей переменного напряжения от цепей оператив- ного напряжения. На первичную обмотку трансформа- тора Т подают напряжение, частоту которого необхо- димо измерять. Обычно эту обмотку подключают к од- ному из трансформаторов напряжения. Напряжение со вторичной обмотки через фильтр Ф (рис. 2) подают на измерительные цепи и на делитель, состоящий из ре- зисторов R4 и R5 (рис. 3). С резистора R5 снимается так называемое опорное напряжение Uo, которое совпа- дает по фазе с напряжением на входе измерительных цепей L/BX. Кроме того, напряжение со вторичной об- мотки трансформатора Т используется для формирова- ния напряжения смещения (на конденсаторе С/}, наз- начение которого будет объяснено ниже. Фильтр Ф состоит из дросселя ЗДр и конденсатора 1С и предназначен для подавления высших гармоник, которые могут быть в кривой напряжения сети на входе роле. В реле две измерительные цепи. Одна из них (Яср) состоит из дросселя 1Др, конденсаторов 4С, 5С и резистора R3. Вторая измерительная цепь состоит из дроселя 2Др, конденсаторов 2С, ЗС и резистора R2. Для ее подключения следует замкнуть выводы 5 и 6 реле. Если подключены обе измерительные цепи, то фа- зочувствительная схема дает разрешающий сигнал, ког- да хотя бы в одной из них ток совпадает с приложен- ным напряжением. Следовательно, реле будет срабаты- вать при более высокой из частот, настроенных иа из- мерительных цепях. Коэффициент возврата реле очень высокий, реле отпадает практически при той же часто- те, 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 вто- рой, нормально отключенной, — нужную частоту воз- врата. Вторую цепь подключают тогда, когда реле (или 7
Рис. 3. Принципиальная схема реле РЧ-1. все устройство) сработает. Таким образом, реле сраба- тывает при частоте, настроенной на первой измеритель- ной цепи (вторая не подключена), а возвращается при частоте, настроенной на второй измерительной цепи. В соответствии с этим первую цепь называют цепью сра- батывания, а вторую — возврата. Вторую измерительную цепь можно также исполь- зовать в тех случаях, когда требуются разные уставки срабатывания одного и того же устройства (в зависи- мости от схемы сети или объекта, времени года и т. п.). На пей и в этом случае следует настраивать более вы- сокую уставку. Как было отмечено выше, реле срабатывает при ча- стоте сети, равной резонансной частоте измерительной цепи. Изменение резонансной частоты и, следовательно, частоты срабатывания (уставки) в реле РЧ осуществля- ется изменением индуктивности дросселя. Для пере- стройки уставок в условиях эксплуатации предназначе- ны отпайки на обмотке дросселя и дополнительная сек- ция обмотки, зашунтированная переменным резистором (JR или 2R). Увеличением числа включенных витков уменьшают частоту срабатывания. В
~12В Переход на соседнюю отпайку изменяет частоту сра- батывания на 1 Гц. Плавное изменение уставки дости- гается изменением сопротивления переменного резисто- ра 1R илн 2R, шунтирующего дополнительную секцию обмотки дросселя. Для регулировки реле на заводе-из- готовителе (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 ха- рактеристики намагничивания железа дросселя от рас- четной, такие технологические погрешности, как измене- ния сечения или других размеров магнитопровода дрос- селя, числа витков его обмотки и др. Напряжение выхода измерительной цепи Uf снима- ется с резистора R3 (R2) измерительной цепи. Это на- пряжение совпадает по фазе с током в измерительной цепи и изменяет свой угол относительно опорного на- пряжения 0о при изменении частоты иа входе реле (частоты сети). Если частота сети равна частоте сраба- тывания, то До и Of совпадают по фазе (рис. 4). На- 9
угольные импульсы. шения между опорным напряжением Uo и на- пряжением выхода изме- рительной цепи Uf при частоте сети выше часто- ты срабатывания (а), равной частоте срабаты- вания (б), ниже частоты срабатывания (s). йряжение выхода измерительной цепи возврата всегда опережаг т напряжение выхода цепи срабатывания, так как цепь возврата всегда настраивают на частоту вы- ше, чем частота срабатывания. Напряжения UQ и Uf поступают на формирователи импульсов Ф1 и Ф2 (рис. 2) и преобразуются в прямо- Эти импульсы подаются па фазо- чувствительный элемент ФЭ, вы- ходной транзистор которого (Т4 на рис. 3) кратковременно откры- вается 1 раз в период, если ча- стота сети выше уставки, и остается длительно закрытым при частоте сети, равной уставке или ниже ее. К выходу фазо«ув- ствительного элемента подклю- чен двухкаскаднын усилитель. Первый каскад состоит из тран- зисторов Т5 и Тб, второй кас- кад— из Т7 н ТЗ. В состав уси- лителя входит также элемент выдержки времени. Усилитель срабатывает только при длитель- но закрытом выходном транзисторе Т4 фазочувстви- тельного элемента, т. е. при частоте сети, равной или ниже уставки. Срабатывание усилителя приводит к открытию транзистора T9, входящего в состав испол- нительного органа. Когда транзистор T9 открывается, по обмотке выходного реле РЛ проходит ток, оно сра- батывает. Работа полупроводниковой схемы реле под- робно описана в § 3. Для функционирования полупроводниковой схемы и выходного промежуточного реле необходимо оператив- ное напряжение В реле РЧ-1 приняты такие уровни на- пряжений: + 6, —12 и —22 В (последнее используется только для выходного реле). Напряжения отсчитывают- ся от общей шинки, условно принятой за нулевую. Для получения указанных напряжений предназначен блок питания, основу которого составляют два стабилитрона Ст1 и Ст2 (рис. 3). С одного (Ст2) снимается напря- жение + 6 В, с другого (Ст1) —22 В. С помощью га- сительных резисторов R33 и R34 получают напряжение —12 В. На стабилитроны напряжение подают через другие гасительные резисторы ЗР~6Р и выводы 9—12 реле 10
РЧ-1. Если реле используется на 220 В постоянного то- ка, то используют все гасительные резисторы 3R—6R, перемычка устанавливается между выводами 9 и 10. При питании от сети постоянного тока ПО В исполь- зуют только резисторы 5R и 6R, перемычку ставят меж- ду выводами 10 и 11. При использовании переменного оперативного напряжения применяют вспомогательное устройство ВУ-3, выводы 1 и 3 (см рис. 5) которого подключают соответственно к выводам 1 и 3 реле РЧ-1. В этом случае резисторы 3R—6R не используют, пере- мычки устанавливают между выводами 10, 11 и 12 ре- ле РЧ-1. До 1979 г. выпускались реле, у которых было два га- сительных резистора 3R и 4R, а вместо выводов 9—12 использовалась колодка с тремя гнездами для винта (иа рис 3 не показана). При использовании реле с постоянным оперативным напряжением 220 В винт следует установить в положе- ние 1 (резисторы 3R и 4R включены последовательно), 110 В— в положение 2 (включен только резистор 4R). При применении переменного оперативного напряжения (с устройством ВУ-3) винт устанавливают в положение 3 (резисторы 3R и 4R не используются). Цифры 1—3 выбиты у соответствующих гнезд колодки. Дроссель 4Др и конденсаторы С5 и С6 (большой емкости —по 100 мкФ) образуют Г-образный фильтр для подавления переменной составляющей в оператив- ном напряжении Прежде всего это важно при питании от переменного оперативного тока Кроме того, конден- саторы С5 и С6 обеспечивают плавное увеличение (сни- жение) напряжения на полупроводниковой схеме реле при подаче (снятии) оперативного напряжения, что исключает кратковременные срабатывания выходного реле. Вспомогательное устройство ВУ-3 (рис. 5) пред- ставляет собой феррорезонансный стабилизатор напря- жения с выпрямительным мостом. Оно состоит из вход- ного трансформатора Т, дросселя Др, конденсатора С1 и выпрямителя В. Первичная обмотка трансформатора Т имеет отпайки для подключения переменного напря- жения 100, 127 и 220 В. Параметры дросселя Др и кон- денсатора С1 подбирают так, чтобы индуктивное сопро- тивление дросселя было равно сопротивлению конден- сатора при напряжении на первичной ебмотке тран- 11
Рис. 5. Принципиальная схема вспомогательного устройства ВУ-3. сформатора Т, равном (0,35—0,4) и частоте 47,5 Гц для работы с реле РЧ-1 и 52,5 Гц —с РЧ-2. Сопротивление последовательной цепи Др—С1 при этом минимально. При увеличении питающего напряжения дроссель насыщается, условия резонанса нарушаются, сопротивление цепи Др~С1 увеличивается. В резуль- тате обеспечивается значи- тельно меньшее изменение выходного напряжения по Оравнснию с входным. Устройство ВУ-3 предназна- чено только для совместно- го использования с реле се- рии РЧ. Для проверки работоспо- собности реле предусмотре- на кнопка К (рис. 3), шунтирующая основную часть обмотки дросселя измерительной цепи срабатывания. При нажатии кнопки К сопротивление этой цепи стано- вится актнвно-емкостным, ток в цепи опережает напря- жение входа. Это соответствует снижению частоты в се- ти, и реле должно сработать, независимо от действи- тельной частоты сети. Все элементы реле размещены на корпусе, откидной плате и съемной плате, имеющей печатный монтаж. Ре- гулировочные элементы размещены на лицевой панели. Реле закрывается кожухом, передняя стенка которого прозрачная. Откидная плата связана с корпусом жгу- том гибких проводов, а съемная с откидной — разъемом с 16 гнездами. Связь реле с внешними цепями осуще- ствляется через два четырехместных ряда выводов, по- зволяющих выполнять переднее и заднее присоединения. Кроме того, еще один ряд выводов (9—12) предназна- чен для осуществления переключения реле с 220 на 110 В напряжения постоянного оперативного тока и переключения для использования переменного опера- тивного тока (с помощью устройства ВУ-3) путем уста- новки перемычек. Обозначение элементов схемы выполнено по-разно- му в зависимости от их местонахождения. Элементы, размещенные на съемной плате, обозначены сначала буквой, а затем цифрой (например, R2, С5 и т. д.). Элементы, размещенные па корпусе и откидной плате, обозначены сначала цифрой, а затем буквой или одной 12
Рис. 6. Расположение элементов па корпусе реле для выпуска по- сле 1979 г. (а) и до 1979 г. (б). буквой (например, 2/?, ЗС, Т). Это облегчает нахожде- ние элементов непосредственно на реле. На корпусе размещены (рис. 6,а) входной транс- форматор Т, дроссель ЗДр и конденсатор 1С фильтра высших гармоник, конденсатор 7С элемента выдержки времени, выходное реле РП и три ряда выводов. На наружной (задней) стенке корпуса размещены резисто- ры 3R—6R (на рис. 6 не показаны). Они подключены к выводам 9—12, внутри реле на эти выводы устанав- ливают перемычки. На откидной плате (рис. 7,а) рас- положены дроссели 1Др, 2Др и конденсаторы 2С—5С измерительных цепей срабатывания и возврата, конден- саторы 6С и 8С элемента выдержки времени и основа- ние штепсельного разъема Р. О 5С О О о О зс о О о 1Д,Р 2 Др а/ Рис. 7. Расположение элементов на откидной плате (показано при снятой лицевой панели) для реле выпуска после 1979 г. (а) и до 1979 г. (б). 13
На задней стенке откидной платы помещен дроссель 4Др блока питания (на рис. 7 не показан). Кроме того, на откидной плате закреплена лицевая панель роле ча- стоты. На рис. 7 она показана пунктирной линией. До- ступ к магнитным шунтам дросселей 1Др н 2Др возмо- жен без снятия лицевой панели. На лицевой панели (рис. 8) размещены гнезда, к ко- торым подсоединены отводы обмоток дросселей 1Др и 2Др, обеспечивающие ступенчатое изменение частоты Рис 8. Лицевая панель реле. срабатывания и возврата реле с обозначениями уста- вок, резисторы плавной регулировки уставок с шкалами от 0 до 10 (каждое деление примерно соответствует 0,1 Гц), перемычки для изменения уставкн по времени срабатывания реле и кнопка К для проверки работоспо- собности реле. Все элементы снабжены поясняющими надписями, показано положение перемычек, соответству- ющее той или иной уставке по времени срабатыва- ния. Зажимы для установки перемычек, определяющих время срабатывания, соответствуют слева направо точ- кам 31—34 принципиальной схемы реле (рис. 3). На рис. 3 перемычки показаны в положении для уставки 0,5 с. Остальные элементы реле (диоды, транзисторы и маломощные резисторы) смонтированы на съемной пла- те с печатным монтажом. Около каждого элемента на- несена маркировка, соответствующая обозначению эле- мента на схеме реле, приведенном в заводской техни- 14
ческой информации, и на рис. 3 дайной брошюры. Штепсельный разъем, связывающий съемную плату с откидной, имеет два ряда гнезд (на части, связанной с откидной платой) и штырьков (на части, связанной с съемной платой). Эти ряды обозначены буквами а и Ь, гнезда (штырьки) в ряду —цифрами от 1 до 8. Обозна- чения нанесены непосредственно на разъеме. Таким об- разом, каждая пара гнездо—штырек обозначается од- ной цифрой н одной буквой (иапример, 7а, 7Ь). Если на схеме около изображения разъема стоит двойное обозначение (например, 6а, 6Ь), это указывает на то, что шестые гнезда (штырьки) рядов а и b соединены, т. е. данная цепь проходит через две пары гнездо— штырек. До 1979 г. выпускались реле РЧ-1 с несколько отли* чающимся от описанного расположением элементов. Это расположение показано иа рис. 6,6 и 7,6. 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Полупроводниковый диод является одной из разно- видностей вентиля, т. е. такого элемента, который про- пускает ток только в одном направлении. При прило- жении напряжения в прямом направлении сопротивление идеального вентиля равно ну- лю, падение напряжения нз нем отсутствует, ток ограни- чивается с помощью сопро- тивления других элементов цепи. При приложении напря- жения в обратном направле- нии сопротивление вентиля бесконечно велико, все дейст- вующее в цепи напряжение приложено к вентилю, ток в цепи не проходит. Полупроводниковый диод (в дальнейшем — диод) состоит из двух слоев кристалла (рис. 9), в одном из которых за счет введения так называемых донорных примесей имеется излишек свободных электронов в кри- сталлической решетке атомов (n-слой), а в другом на- блюдается их недостаток, или, как принято говорить, есть излишек «дырок» (p-слой). Излишек дырок обра- зуется за счет введения так называемых акцепторных 15 4—М-------- I \p-Q перевоз -------- Рис. 9. Схематическое изо- бражение полупроводнико- вого диода.
примесей. При этом каждый слой электрически нейтра- лен, а излишек (или недостаток) электронов рассмат- ривается относительно свободных мест для них в кри- сталлической решетке основного материала. В большинстве случаев в качестве основного кри- сталла используют германий или кремний, т. е. элемен- ты IV группы, в состав атомов которых входят четыре валентных электрона. Тогда в качестве донорных при- месей применяют элементы V группы, имеющие по пять валентных электронов в атоме — сурьму, фосфор, мышьяк. В качестве акцепторных примесей применяют элементы III группы, имеющие по три валентных элек- трона, например индий, галлий и бор. Атомы примеси внедряются в кристаллическую ре- шетку основного материала. При этом каждый атом примеси (как и атом основного материала) должен свя- заться, т. е. иметь общие электроны, с четырьмя сосед- ними атомами основного материала. У донорных при- месей из пяти валентных электронов четыре входят в связь с четырьмя атомами основного полупроводниково- го кристалла, а один остается свободным. Получается кристалл с свободными электронами, из которого обра- зуется м-слой (в диодах и других полупроводниковых приборах). У акцепторных примесей для связи с че- тырьмя атомами основного материала одного электрона не хватает, т. е. образуется дырка. Из такого кристал- ла образуется р-слой. На границе соприкосновения слоев (рис. 9) при от- сутствии внешнего электрического поля часть электро- нов из п-слоя переходит в p-слой. Из-за этого р-слой получает отрицательный заряд, а п-слой положитель- ный. В прилежащей к границе своев области возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшему пе- реходу электронов в p-слой. Близкая к границе слоев зона, в которой действует внутреннее электрическое по- ле, называется р-п-переходом. Если приложить к диоду напряжение в прямом на- правлении, т. е. плюс к p-слою, а минус к n-слою, то электрическое ноле от приложенного напряжения ском- пенсирует внутреннее электрическое поле в р-п-переходе. Свободные электроны получат возможность переме- щаться в p-слой к притягивающему их положительно- му электроду. Точно также дырки получат возможность перемещаться в п-й слой к отрицательному электроду. 16
По диоду пойдет ток в прямом направлении. Вместо ухо- дящих из п-слоя электронов от источника питания по- ступят новые, поэтому оба слоя будут по-прежнему электрически нейтральными. После отключения источни- ка питания ток через диод прекратится, а в р- и /г-слоях останутся свободные электроны и дырки в такой же концентрации, что и до прохождения тока. Если напряжение приложить в обратном направле- нии, т. е. плюс к n-слою, то электрическое поле от при- ложенного напряжения усилит реходе. Отрицательный Электрод (присоединенный к p-слою) будет отталкивать от себя свободные электро- ны n-слоя, прохождение то- ка в прямом направлении станет невозможным. При этом некоторое количество электронов может переме- щаться из p-слоя в п-слой, образуя обратный ток /Обр- Однако этот ток очень мал, так как свободные электро- ны в p-слое практически от- внутреииее полевр-п-пе- Рис. 10. Вольт-амперная ха- рактеристика полупроводнико- вого диода. сутствуют. При увеличении обратного напряжения (/Обр проис- ходит резкое лавинообразное увеличение /Обр за счет ионизации p-слоя под действием электрического поля и повышения температуры. Это явление называется про- боем диода. Напряжение, при котором наступает про- бой, называется напряжением пробоя. Вольт-амперная характеристика реального диода Д226 показана на рис. 10. Масштабы для прямых и обратных токов (на- пряжений) иа рисунке различны в связи с разным по- рядком их величии. Основными параметрами диодов являются допусти- мое обратное напряжение t/06p,max, наибольший обрат- ный ток /обр, допустимый ток в прямом направлении /доп, падение иапряжеиня в прямом направлении At/np. В реле РЧ применены креминевые диоды Д223 и Д226. Они используются в основном для разделения цепей и образования диодных ключей. Полупроводниковый стабилитрон представляет собой кремниевый диод с повышенной концентрацией элект- |7
ронов и дырок, поэтому р-л-переход у него получается достаточно узким и при приложении к диоду относи- тельно небольшого обратного напряжения в р-л-пере- ходе получается значительная напряженность электри- ческого поля. Появляется возможность непосредственно- го перехода электронов из p-слоя в л-слой (электриче- Рис, II. Вольт-амперные характеристики стабилитро- нов, « — полна»; б — обычно изображаемая часть полной характе- ристики, являющаяся рабочей, ский пробой перехода), это приводит к быстрому уве- личению обратного тока при практически постоянном приложенном напряжении. Если ограничивать обратный ток с помощью сопротивлений элементов внешней цепи и не допускать перегрева диода, то он не разрушается. Прн уменьшении обратного напряжения обратный ток резко снижается. Обратное напряжение, при котором наступает элек- трический пробой, остается практически постоянным. Оно используется в качестве стабилизированного напря- жения. Если включить стабилитрон в прямом направ- лении, то он ведет себя как обычный диод. Падение напряжения в прямом направлении составляет 0,5—1 В, Полная характеристика стабилитрона (как диода) и его рабочая характеристика показаны на рис. 11. Ос- новным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации £7СТ, т. е. обратное напряжение на стаби- литроне при прохождении по нему тока определенной для данного типа стабилитрона величины и температуре 20°С. Напряжение Uct для разных стабилитронов одно- го типа (при одном и том же токе) бывает различным, отклонения обычно составляют ±10% среднего значе- ния ист. И
важными параметрами стабилитрона являются ми- нимальный lCT,min и максимальный /ст,max ОбраТНЫЙ ТОК и рассеиваемая мощность. При токе через стабилитрон меньше 7Ст,min напряжение на нем сильно зависит от тока, т. е. уже не является стабилизированным. При то- ке больше /ст,max стабилитрон сильно нагревается и мо- жет выйти из строя. Рис. 12 Схема включения ста- билитрона для получения ста- билизированного напряжения Рнс. 13. Транзистор р-п-р. / —эмиттериый переход; 2 — кол- лекторный переход. Колебания стабилизированного напряжения, вызван- ные изменением в допустимых пределах тока через ста- билитрон и температуры, составляют обычно 3—5%ПСТ: для используемых в РЧ стабилитронов это доли вольта. Более существенное изменение [7СТ может произойти при замене стабилитрона. При использовании стабилитрона для получения ста- билизированного напряжения его включают так, как показано на рис. 12. Прн изменении входного напряже- ния U-вх примерно пропорционально изменяется ток ста- билитрона /ст. Кроме того, /ст изменяется при измене- нии нагрузки. Увеличиние тока по нагрузке /Вдгр при* водит к увеличению падения напряжения на балласт- ном резисторе Rq, из-за чего ток по стабилитрону умень- шается. Если колебания входного напряжения и тока нагрузки таковы, что /ст остается в пределах допусти- мого тока (не меньше минимального н не больше мак- симального), то напряжение на стабилитроне и, следо- вательно, на нагрузке остается практически постоян- ным. В реле РЧ, как н в ряде других полупроводниковых устройств, стабилитроны применяют именно для полу- чения постоянного стабилизированного напряжения. Совместно с балластными резисторами они являются ос- новными элементами блока питания реле. 2* 19
Для реле РЧ применяют стабилитроны Д815А и Д816А, для которых напряжение стабилизации соответ- ственно составляет примерно 6 и 22 В. Полупроводниковый триод или транзистор состоит из трех слоев кристалла: р-п-р или п-р-п. В качестве ос- новного кристалла используют германий или кремний. Большее применение имеют транзисторы р-п-р с так называемой прямой проводимостью. Рассмотрим прин- цип их действия. Схема транзистора изображена на рис.13. Левый p-слой называется эмиттером Э, пра- вый— коллектором К, средний и-слой — базой Б. Кон- центрация дырок в эмиттере и коллекторе значительно выше, чем концентрация свободных электронов в базе. На границах слоев, как и в полупроводниковом диоде, образуются р-п переходы. Переход на границе эмит- тера и базы называется эмиттерным переходом, а на границе коллектора и базы — коллекторным пере- ходом. Чтобы пропустить через транзистор ток, к слоям нужно приложить напряжение так, как это показано на рис. 13. К эмиттерному переходу приложено напряже- ние б/9,б в прямом направлении (плюс к p-слою). Пе- реход открыт, и дырки поступают из эмиттера в базу, образуя эмиттерный ток /э- Часть из них, соответствую- щая числу свободных электронов в базе, уходит из ба- зы во внешнюю цепь, образуя ток баз /б. Поскольку концентрация свободных электронов в базе значительно меньше концентрации дырок в эмиттере, в создании/б участвует лишь 5—10% общего числа дырок, поступив- ших в базу из эмиттера. Остальные дырки под воздейст- вием электрического поля, созданного коллекторным на- пряжением Uc,k, через коллекторный переход поступают в коллектор и затем во внешнюю цепь, образуя коллек- торный ток /к. Этот ток является обратным для коллек- торного перехода. Но переход не разрушается, посколь- ку ток создается не за счет ионизации слоев, а за счет притока дырок из эмиттера. Этот ток ограничивают та- ким образом, чтобы транзистор не перегревался. В рас- смотренном режиме под действием приложенного на- пряжения эмиттер — коллектор Б%к через транзистор проходит ток /к, транзистор открыт. Ток /к, т. е. сте- пень открытия транзистора, при прочих равных усло- виях определяется напряжением эмиттер — база. Пол- ностью открытый транзистор имеет очень небольшое 20
внутреннее, сопротивление; падение напряжений в ис- пользуемых транзисторах не превышает 0,2 В. Если базу сделать положительнее эмиттера (рис. 14), то эмиттерный и коллекторный переходы окажутся за- крытыми. По коллекторному переходу при этом прохо- дит обратный ток /к,о, составляющий для современных транзисторов единицы и доли микроампер. Несмотря на приложенное, как и в предыдущем случае, напряжение бДк ток через транзистор (т. е. по цепи эмиттер — кол- лектор) практически не проходит, транзистор закрыт. Рис. 15. Транзистор п-р-п. 1 — эмиттерный переход; 2 — кол- лекторный переход. Рис. 14. Подведение напряже- ний к транзистору р-п-р для его закрытия. Таким образом, незначительное изменение управляюще- го напряженйя U9$ вызывает изменение тока через транзистор от нуля до максимального значения, перево- дит транзистор из открытого состояния в закрытое (и наоборот). Сказанное выше относится и к транзисторам с об- ратной проводимостью типа п-р-п. Для прохождения че- рез такой транзистор тока к нему следует подвести на- пряжение так, как показано на рис. 15. В этом случае эмиттер является источником свободных электронов, ко- торые проходя через эмиттериый и коллекторный пере- ходы, создают ток /0, 1$ и /к. Поскольку направление тока совпадает с перемещением положительных заря- дов, считается, что ток через открытый п-р-п транзи- стор проходит от коллектора к эмиттеру. Противопо- ложное направление токов в транзисторах разной про- водимости учитывается в их условных изображениях. На рис. 16 стрелка направлена для транзистора р-п-р от эмиттера к базе, а для п-р-п от базы к эмиттеру. В реле РЧ транзисторы включены по схеме с общим эмиттером; используют только полностью открытое или полностью закрытое состояние транзисторов, т. е. они работают в ключевом режиме. 21
Необходимо отметить etue одну особенность транзи- стора Поскольку эмиттер и коллектор представляют собой слои полупроводника одной и той же проводимо- сти, принципиально возможна работа транзистора с обратной полярностью напряжения эмиттер—коллек- тор (рис 17) При этом коллектор играет роль эмитте- ра, и наоборот В таком случае транзистор открыт, если база будет отрицательнее коллектора Этот режим ра- боты называется инверсным Рис 16 Условные изо- бражения транзисторов р п-р (а) и п-р-п, {б) Рис. 17. Работа транзисторов в инверсном режиме. Мы рассмотрели работу полупроводниковых прибо- ров очень упрощенно Принцип действия, устройство, характеристики полупроводниковых приборов, а также способы их использования достаточно широко освеще- ны, например, в i[l, 2], а технические данные и основные характеристики приведены, например, в [3] 3. РАБОТА УЗЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СХЕМЫ И РЕЛЕ В ЦЕЛОМ Узлы пюлуп|рЮ1В|01Дни1ковой схемы реле РЧ-1 удобно начать рассматривать с простого выходного каскада, изображенного на рис 18. Предыдущий каскад, кото- рый управляет транзисторoim Т, изобразим в виде клю- ча К, разомкнутый ключ соответствует закрытому со- стоянию выходного транзистора предыдущего каскада, замкнутый — открытому Когда ключ К замкнут, база транзистора Т (точ- ка Л) подключена к делителю R2—R3 между шинками -гбВ и 0, поэтому ее потенциал значительно положи- тельнее эмиттера (подключенного к шинке б) и транзи- стор надежно закрыт Ток в обмотке реле РП практиче- ски отсутствует, реле находится в отпавшем положе- нии 22
Если ключ К разомкнуть, то база транзистора Т оказывается подключенной к делителю R3~~ (R1 A-R2) между—12В и + 6В, и потенциал ее станет отрица- тельнее (при отключенной базе потенциал точки А был бы около —3 В). Транзистор открывается, и по обмотке реле проходит ток, который определяется сопротивле- нием обмотки и питающим напряжением Падение на- пряжения на открытом транзисторе практически отсут- ствует Реле срабатывает При замыкании ключа трап- Рис. 18 Схема выходно- го каскада Рис 19 Схема усили- тельного каскада зистор закрывается и реле отпадает При закрытии транзистора из-за индуктивности обмотки реле могут возникнуть перенапряжения, на коллекторе транзисто- ра будет в этом случае большой отрицательный потен- циал Для предотвращения повреждения транзистора используется диод Д, который шунтирует обмотку реле, если потенциал ее нижнего вывода станет отрицатель- нее шинки — 22 В. При открытом транзисторе Т диод Д закрыт и не влияет па работу реле Таким образом, с помощью такого каскада, работа- ющего в ключевом режиме, обеспечивается срабатыва- ние реле при размыкании ключа К, т е при закрытии выходного транзистора предыдущего каскада. Коллек- торное напряжение принято 22 В, чтобы обеспечить на- дежную работу выходного реле РП-220, которое имеет напряжение срабатывания оноло 15 В Рассмотрим работу более сложного усилительного каскада, состоящего из двух транзисторов (рис 19) Как и раньше считаем, что управление каскадом осу- 23
ществляется с помощью ключа К. Прежде всего следу- ет отметить, что транзистор Т1 имеет обратную прово- димость (п-р-п). Такой транзистор открыт, если его база имеет положительный потенциал относительно эмиттера. Эмиттер транзистора Т1 подключен к сред- ней точке делителя R7-—R8, выполненного из относи- тельно низко-омных резисторов (по 1,2 кОм). Потенциал эмиттера около —6 В и мало зависит от состояния транзистора Т1 (открыт или закрыт), так как сопротив- ление резисторов делителя на порядок меньше коллек- торной нагрузки Т1 (резистор R4 на 10 кОм). При замкнутом ключе R диод Д1 открыт, следовательно, Д2 закрыт (так как точка 'Б имеет потенциал не поло- жительнее точки 4, связанной через Д1 с шинкой 0) и отделяет базу транзистора Т1 от шиикн —12 В. Поэто- му база транзистора Т1 положительнее его эмиттера, и Т1 открыт. При этом обеспечен отрицательный потен- циал базы транзистора Т2. Последний тоже открыт. Точка Б при открытом транзисторе Т1 немного положи- тельнее точки В — на величину падения напряжения на эмиттерном переходе открытого Т1. При размыкании ключа К диод Д1 закрывается, что позволяет открыться диоду Д2, база транзистора Т1 получает связь с шинкой —-12 В и оказывается под- ключенной к делителю R2-R3, причем сопротивление R2 меньше R3 Транзистор Т1 закрывается (при отсо- единенном диоде ДЗ потенциал токи Б был бы около —8 В, т. е. отрицательнее точки В). Диод ДЗ предназ- начен для защиты эмиттерного перехода транзистора Т1 от больших запирающих напряжений (напряжение в точке Б относительно эмиттера транзистора 77 не пре- вышает падения напряжения на диоде ДЗ). Кроме то- го, диод ДЗ способствует стабильной работе транзисто- ра 77 при колебаниях температуры. Закрытие транзи- стора Т1 приводит к закрытию Т2, так как база тран- зистора Т2 отделяется от шинкн —12 В, но остается подключенной к шпике -Д6 В через резистор R5, диод Д4 имеет такое же назначение, как ДЗ. Диоды Д1 и Д2 образуют так называемый диодный ключ Если диод Д1 открыт, то Д2 обязательно закрыт, и наоборот. Управление с помощью диодного ключа повышает чет- кость работы управляемого транзистора. На рис. 19 пунктиром показаны конденсаторы С1 и С2. Конденсатор С1 замедляет закрытие транзистора 24
Ti после ^размыкйния ключа К на Время заряда £/ До напряжения, равного потенциалу точки Б (так как диод Д2 открывается только в том случае, если точка А отрицательнее точки Б, а до заряда конденсатора точ- ка А остается положительнее, чем точка Б). Подобную роль может играть конденсатор С2, который также на время своего заряда задерживает появление в точке А отрицательного потенциала после размыкания клю- ча К. При замкнутом ключе К конденсатор С1 шунтий рован через диод Д1 н разряжен, конденсатор С2 шук* тирован через Д1 и Т2 и тоже разряжен. -12В Рис. 20 Фазочувствительный элемент схемы реле. Рис. 2I. Схема усилительно- ограничительного каскада. Таким образом, при замкнутом управляющем клю- че К выходной транзистор Т2 рассматриваемого каска- да открыт, а при разомкнутом К-—закрыт. Если под- ключен конденсатор С1 или С2, то закрытие транзисто- ра Т2 происходит не в момент размыкания управляю- щего ключа, а через некоторое время. На рис. 20 показан фазочувствительный элемент схемы реле. Как и при рассмотрении усилительных каскадов примем, что управление осуществляется клю- чами Л7 и К2, При замкнутом ключе К.1 транзистор Т1 закрыт, поскольку его база включена между шинка- ми 0 и +6 В и положительнее эмиттера. При отключен- ном ключе К1 база транзистора Т1 оказывается под- ключенной между шинками +6 В и —12 В. Так как сопротивление до шинки —12 В меньше, чем до шипки -|-6 В, база транзистора Т1 приобретает отрицатель- ный потенциал (относительно эмиттера). Если коллек- тор транзистора Т1 будет отрицательнее шинки 0, то 25
Транзистор Т1 откроется. Следовательно, ключ л/ уп- равляет транзистором Т1. При замкнутом ключе К2 конденсатор С1 практиче- ски разряжен. Потенциал верхней пластины (точка Л) равен нулю, потенциал нижней пластины (точка Б) близок к пулю (подробное описание процесса разряда конденсатора смотри ниже). В момент размыкания ключа К2 начинается заряд конденсатора С1. Если в это время открыт транзистор Т1, то тюк заряда проходит через него, потенциал точ- ки Б в процессе заряда остается равным нулю, точка В остается положительной и транзистор Т2 не открывает- ся. Если транзистор Т1 закрыт, то зарядный ток начи- нает проходить по резистору R5, база транзистора Т2 приобретает отрицательный потенциал относительно эмиттера, транзистор Т2 открывается. По мере нараста- ния напряжения на конденсаторе ток по резистору R5 уменьшается и через некоторое время после начала за- ряда транзистор Т2 закрывается. Время открытого состояния транзистора Т2 опреде- ляется параметрами схемы, для реле РЧ-1 оно состав- ляет около 1 мс. При замыкании ключа К2 конденсатор С1 разря- жается. Процесс протекает следующим образом. Как из- вестно, напряжение иа конденсаторе не изменяется мгновенно. Поэтому в первый момент после замыкания ключа К2 потенциал точки А становится равным нулю, а потенциал точки Б становится положительнее на напряжение, до которого был заряжен конденсатор, т. с, примерно на 12 В. Потенциал базы транзистора Т1 составляет либо около 1,5 В (при замкнутом ключе/С/), либо около —4 В (при разомкнутом ключе К1). Таким образом, коллектор транзистора Т1 положительнее эмиттера, а его база отрицательнее коллектора (неза- висимо от состояния К1). В таком1 режиме транзистор открывается и через него происходит разряд конденса- тора С1. Если ключ К1 разомкнут, то конденсатор раз- ряжается практически до нуля; если ключ Д7 замкнут, то разряд прекращается, когда потенциал базы стано- вится равным потенциалу базы транзистора Т1, так как в этот момент транзистор Т1 закрывается. Разряд конденсатора С1 не является основным про- цессом. Работа схемы основана на процессе заряда С7, во время которого открывается или не открывается 26
транзистор Т2. Кратковременное открытие транзистора Т2 происходит в момент размыкания ключа КД, если ключ К1 при этом замкнут. Если ключ /О размыкается одновременно с ключом К2 или раньше, то транзистор Т2 не открывается. Таким образом, схема фиксирует порядок размыкания ключей; если сначала размыкает- ся ключ К2, то транзистор Т2 кратковременно открыва- ется, если ключ КД —остается закрытым. Теперь рассмотрим работу усилительно-опраничи- тельного каскада (рис. 21), который используется для преобразования синусоидального напряжения в прямо- угольные импульсы. При отсутствии входного напряжения £/вх транзи- стор Т 'Открыт, поскольку его база оказывается отрица- тельнее эмиттера (так как точка Б отрицательна). Ког- да к резистору R1 приложена отрицательная полуволна входного напряжения, точка А получает еще более от- рицательный потенциал, диод Д1 закрывается, предот- вращая чрезмерное увеличение тока через эмиттерный переход транзистора Т. Транзистор Т остается откры- тым. При положительной полуволне напряжения САх точка А после прекращения тока по резистору R1 (или изменения его направления) становится положительной, диод Д1 открывается, а Д2 закрывается, так как точка Б становится положительнее точки В. Это приводит к отделению базы транзистора Т от шинки —12 В, и транзистор закрывается. Надежное закрытие обеспечи- вается подачей положительного потенциала через рези- стор R3, диод ДЗ защищает эмиттерный переход от большого запирающего напряжения. При закрытии транзистора Т в точке Г появляется отрицательное на- пряжение, т. е. импульс. Амплитуда импульса не зави- сит от амплитуды входного напряжения, а определяется коллекторным напряжением, сопротивлением нагрузки и другими параметрами схемы. Ширина импульса, т. е. его длительность, несколько меньше полуволны входно- го напряжения, так как для закрытия диода Д2 нужно, чтобы было больше падения напряжения на рези- сторе R1 при отсутствии входного напряжения. Таким образом, при переменном синусоидальном напряжении на входе схемы на выходе появляются прямоугольные импульсы (рис. 22). После ознакомления с работой отдельных узлов рас- смотрим работу всей схемы. Сначала вернемся к струк- 27
турной схеме реле (см рнс 2) На вход формировате лей Ф1 и Ф2 подано синусоидальное напряжение oi измерительных цепей Напряжение Uo (опорное) совпа- ~ г-x ' дает по фазе с напряжением / V сети, напряжение Uj при ча- \J стоте сети выше уставки реле Рис 22 Импульсы па уси- лительно ограничительном каскаде / — переменное напряжение на входе 2 — уровень чувствителъ ности 3 —импульсы на выходе отстает от опорного напряже- ния и опережает его, если ча- стота сети ниже уставки (бо лее подробно об этом сказано в § 1) Синусоидальные на- пряжения Uf и Uo преобразу ются формирователями в пря моугольные импульсы, которые подаются на фазочувствитель ный элемент ФЭ Команду на срабатывание реле вырабатывает фазочувствительный элемент Она поступае: на усилитель У, если импуль сы от формирователя Ф1 опережают импульсы от фор- мирователя Ф2 или совпадают с ними по фазе Усили- тель имеет элемент выдержки времени После истечения заданного времени срабатывает исполнительный орган ИО (промежуточное реле РП-220) Рассмотрим более подробно отдельные элементы, связь между ними, назначение и работу некоторых блокирующих элементов Формирователи Ф1 и Ф2 практически одинаковы, они представляют собой усидигельно-ограничюельныс каскады, рассмотренные выше (рис 21, 22) Формиро ватель Ф2 состоит из транзистора Т2 (МП-42Б), дио- дов ДЗ, Д8, (Д223Б) и Д6 (Д9Ж), резисторов R6, R8 и R10 (МЛТ) Здесь и далее обозначения отдельных элементов соответствуют принципиальной схеме реле РЧ 1, показанной на рис 3, если пет дополнительных ссылок на другие рисунки, а обозначения формировате- лей Ф1 и Ф2 соответствуют рис 2 Синусоидальное напряжение, которое следует преобразовать в прямо угольные импульсы, снимается с резистора R5 Форми рователь Ф1 состоит из транзистора Т1 (МП-42Б), дио до® Д4, Д5, Д9 (Д223Б) и Д7 (Д9Ж), резисторов R7, R9, RJ/, R* (МЛТ). Синусоидальное напряжение сни- мается с (резисторов R2 и R3 (МЛТ) Дополнительный резистор R*, который подключают параллельно R6 или R7, предназначен для обеспечения 28
правильной работы репе часто!ы при небольших напря жениях на входе реле Отклонения частоты срабатыва ния от уставкн вызываются двумя основными причина ми Во-первых, при небольшом напряжении на входе ре ле дроссель измерительной цепи работает в начальной части характеристики намагничивания, имеющей мень- шую крутизну Индуктивность дросселя уменьшается, что приводит к увеличению частоты срабатывания реле Во вторых, чувствительность формирователей может Рис 23 Влияние чувствитель пости формирователей на ши рину импульсов 1 — синусоидальное напряжение на входе формирователей 2 — уровень чувствительности формирователя Ф2 3 — то же формирователя Ф! 4 —. импульсы формирователя Ф1 5 — то же Ф2 Рис 24 Зависимость срабаты ваяия репе РЧ I от напряже ния на входе реле при разных значениях сопротивления рези стора Кривые /—б соот вегств^ ют уменьшающимся зна- чениям сопротивления рези- стора Р* быть неодинаковой из за различия параметров деталей, входящих в схему, хотя типы и номинальные данные входящих в разные формирователи деталей одинаковы Так, например, сопротивление большинства применен пых резисторов может иметь разброс ±10%, различ иыми могут быть характеристики транзисторов МП42Б Различная чувствительноегь формирователей приводит к различной ширине импульсов на их выходе, особенно при небольшом напряжении на входе реле, что нагляд- но показано на рис 23 Различная ширина импульсов в свою очередь вызывает значительную погрешность в ра- боте фазочувствителыного элемента (подробнее смотри ниже), т е снижает точность работы реле Дополни- тельный резистор Д*, принудительно изменяя чувстви тельность одного из формирователей, обеспечивает не обходимую точность реле в заданном диапазоне изме- нения входного напряжения 29
Зависимость частоты срабатывания от напряжения на входе реле прн разных сопротивлениях резистора показана на рис 24 Формирователь Ф1 имеет два входных диода Д4 и Д5 Через диод Д5 подается напряжение от измеритель- ной цепи, настроенной на уставку АЧР, а через диод Д4 —от измерительной цепи, настроенной на уставку АПВ после АЧР (если соединены выводы 5 и 6 реле) (рис 6). Поскольку уставка АПВ после АЧР выше, чем устав- ка АЧР, напряжение, подаваемое через Д4, всегда опе- режает напряжение, подаваемое через Д5 На рис 25 показано, что импульс формирователя Ф1 при одновременном воздействии на него двух измерительных це- пей реле оказывается шире одно- го полупериода промышленной частоты, а его начало совпадает с переходом через нуль напряже- ния с измерительной цепи ЧАПВ При этом предполагается, что формирователь обладает весьма высокой чувствительностью, г с 5 ровень чувствительности во мно- го раз меньше амплитуцы сину- соидального напряжения на вхо- де формирователя. Рис 25 Импульсы фор- мирователя Ф1 при од- новременном воздейст- вии на него напряжений двух измерительных це- пей 1 — напряжение измеритель ной цепи ЧАПВ 2 — то же АЧР 3 —импульсы на вы ходе формирователя Таким образом, при поданном на вход реле доста- точно большом переменном напряжении (более 40 В) формирователи вырабатывают прямоугольные импуль- сы Начала импульсов практически совпадают с перехо- дом напряжения на входе формирователя через нуль По мере уменьшения напряжения на входе реле умень- шается и амплитуда переменного напряжения на входе формирователей Уровень чувствительности формирова- теля становится соизмеримым с напряжением на его входе Это приводит к тому, что начала импульсов сме- щаются относительно перехода через нуль переменного напряжения Сказанное иллюстрируется рис 23 Чувст- вительность формирователей, несмотря на применение дополнительного корректирующего резистора, несколько различна Поэтому смещения импульсов формировате- лей относительно перехода переменного напряжения 30
через нуль йео ди каковы. Когда напряжение на входе реле снизится настолько, что амплитуда напряжения на входе формирователя станет меньше уровня чувст- вительности формирователя, импульсы прекратятся При этом транзистор формирователя остается откры- тым, что соответствует отсутствию импульса на выходе В реле РЧ-1 импульсы исчезают при напряжении на входе реле около 1,5 В. Импульсы с формирователей поступают на фазочув- ствительный элемент, который состоит из транзисторов ТЗ и Т4 (МП42Б), диодов Д10—Д12 (Д223Б), резисто- ров R11—R16 (МЛТ), конденсатора С2 (МБМ) Прин- цип действия этого элемента был рассмотрен выше (рис 20) Транзисторы ТЗ и Т4 на полной схеме реле соответствуют транзисторам Т1 и Т2, показанным на рис 20, резистор R10— резистору R4, приведенному на рис. 20 и 21, a R11— резистору “R1 на рис. 20 и R4 на рис 21 В качестве ключей К1 и К2 (рис 20) служат формирователи импульсов Ф1 и Ф2 соответственно Импульс на выходе формирователя соответствует разомкнутому, отсутствие импульса — замкнутому клю- чу. Таким образом, фазочувствительный элемент фикси- рует порядок поступления импульсов от формировате- лей Если сначала поступает импульс от формировате- ля Ф2, то транзистор Т4 кратковременно открывается 1 раз в период Иначе говоря, на выходе фазочувстви- тельного элемента появляются положительные импуль- сы Если же импульсы от формирователей Ф1 и Ф2 по- ступают одновременно или сначала поступает импульс от Ф1, транзистор Т4 остается закрытым, т. е импуль- сов на выходе фазочувствительного элемента нет. При достаточно высокой чувствительности формиро- вателей импульсов, когда уровень чувствительности во много раз меньше амплитуды напряжения на входе, можно считать, что начало импульса совпадает с пере- ходом переменного напряжения иа входе формировате- ля через нуль Сравнивая моменты начала импульсон от двух формирователей, сопоставляем моменты пере- хода через нуль напряжений на входе формирователей, т е сравниваем по фазе переменные напряжения, по- данные иа вход формирователей Если импульс от фор- мирователя Ф2 начинается раньше, чем от Ф1, это оз- начает (см рис 2), что напряжение на входе Ф2 (t/0) опережает напряжение на входе Ф1 (1Д), 31
Выше было показано, что прй частоте сети выше уста- вки реле напряжение О0 опережает (7/. При частоте сети, равной уставке, эти напряжения совпадают по фазе и прн частоте сети ниже уставки напряжение 0о отстает от напряжения бу (§ 1 и рис. 4). Следовательно, если на выходе фазочувствительного элемента есть положитель- ные импульсы (открывается транзистор Т4 1 раз в пе- риод), то частота сети выше уставки реле. Если часто- та сети равна уставке или ниже ее, то импульсов нет. Таким образом, команда на срабатывание подается именно фазочувствительным элементом и заключается в прекращении положительных импульсов. Команда на возврат реле заключается в появлении положительных импульсов (на выходе фазочувствителыюго элемента). Ширина положительного импульса, т. е. длительность открытого состояния транзистора Т4, может быть раз- личной Если частота сети значительно выше уставки реле, то напряжение t70 намного опережает U/. Импульс от формирователя Ф1 приходит, когда конденсатор С2 уже зарядился и транзистор Т4 уже закрылся В этом случае ширина положительного импульса определяется временем заряда С2 н составляет около 1 мс. Если ча- стота сети близка к уставке, то импульс от формирова- теля Ф/ приходит до окончания заряда С2. Транзистор Т4 закрывается в момент начала импульса от формиро- вателя Ф/, следовательно, он открыт менее i мс. По мере уменьшения частоты сети импульс на выходе фазо- чувствительного элемента становится короче. Разная чувствительность формирователей приводит к разному смещению начал импульсов относительно перехода переменного напряжения на входе формиро- вателя через нуль, что особенно заметно при низком напряжении. В таком случае одновременный приход импульсов от формирователей Ф1 и Ф2 уже не говорит о совпадении напряжений (й0 и О/) на входе формиро- вателей по фазе. Если чувствительнее формирователь Ф1, то одновременный приход импульсов будет, когда (70 еще опережает th, т. е. когда частота сети выше ус- тавки реле (рис. 26). Это приведет к срабатыванию ре- ле прн частоте в сети выше уставки. Если чувствитель- нее формирователь Ф2, то реле будет срабатывать при частоте в сети ниже уставки (если пренебречь влиянием уменьшения крутизны характеристики намагничивания дросселя). 32
Чтобы исключить йейравильную работу релё йри низком переменном напряжении, выполнена специаль- ная блокировка. Если напряжение на входе реле менее 10—15 В (или совсем отсутствует), то транзистор Т4 открыт через диод ДЮ и резистор R14 независимо от взаимного расположения импульсов формирователей. Открытое состояние транзистора Т4 (длительный поло- жительный импульс) является запретом на срабашва- выходах при разной чувствительности формирователей. а — чувствительность формирователя Ф1 лучше, чем Ф2; б — чувствительность Ф2 лучше, чем Ф1, Ф1 и Ф2 — уровни чувствительности формирователей, 1 — импульсы формирователя Ф1, 2 — то же, Ф2 ние реле. Когда величина переменного напряжения на входе реле достаточна для точной работы фазочувстви- тельного элемента, на отрицательный вывод диода ДЮ подается положительное смещение с конденсатора С1. Диод ДЮ закрывается, отделяя базу транзистора Т4 от шинки —12 В. С этого момента транзистор Т4 управ- ляется только формирователями импульсов. Благодаря этой блокировке исключается также неправильное срабатывание реле РЧ-1 при подаче и снятии перемен- ного напряжения. Таким образом, совместная работа измерительных цепей, формирователей импульсов и фазочувствительно- го элемента обеспечивает выработку: запрещающего сигнала в виде длительного положи- тельного импульса на выходе фазочувствительного эле- мента при недостаточном переменном напряжении на входе реле независим от его частоты или при отсут- ствии этого напряжения; 3—96 33
запрещающего сигнала в виде кратковременных по- ложительных импульсов на выходе фазочувствительно- ю элемента при нормальной величине переменного на- пряжения на входе реле с частотой выше уставки; разрешающего сигнала (отсутствие положительных импульсов иа выходе фазочувствительного элемента) при нормальной величине переменного напряжения на входе реле с частотой, равной уставке или ниже ее. Сигналы с фазочувствителыюго элемента поступают на вход первого каскада усилителя У (рис. 2). Этот каскад состоит из транзисторов Т5 (M1I113A) н Тб (МП42Б), диодов Д13—Д16 (Д223Б), резисторов R16— R23 (МЛТ), конденсатора СЗ. Резистор R16 можно счи- тать принадлежащим как первому каскаду усилителя, так и фазочувствительпому элементу, а резистор R21— второму каскаду усилителя. Работа такого усилитель- ного каскада была рассмотрена выше (рис. 19). В дан- ном случае транзисторы Т5 и Тб. соответствуют тран- зисторам Т1 1S.T2 (рис. 19), а в качестве управляюще- го ключа служит выходной транзистор Т4 фазочувст- вительного элемента. Если он открыт, что соответствует замкнутому ключу К на рис. 19, то открыт и выходной транзистор первого каскада усилителя Тб. Закрытие транзистора 76 происходит через некоторое время пос- ле закрытия транзистора Т4 за счет заряда конденсато- ра СЗ (соответствует С2 иа рис. 19). Разряд конденса- тора СЗ происходит практически мгновенно в момент открытия транзистора Г4. Время, на которое задержи- вается закрытие транзистора Тб для реле РЧ-1 состав- ляет около 1 мс. Даже при очень кратковременном от- крытии транзистора Т4 транзистор Тб откроется не ме- нее чем на 1 мс, т. е. произойдет расширение импульса от фазочувствительно элемента, в связн с чем этот кас- кад называют иногда расширителем импульсов. Расши- рение импульсов необходимо для надежного разряда конденсаторов второго каскада усилителя, обеспечиваю- щих выдержку времени реле. Итак, при частоте в сети выше уставки реле тран- зистор Тб открывается 1 раз в период на время около 1 мс. Открытие транзистора Тб происходит при откры- тии транзистора Т4, т. е. в момент начала импульса формирователя Ф2. При отсутствии переменного напря- жения на входе реле транзистор Тб длительно открыт. При частоте в сети, равной уставке или ниже, транзи- 34
стор Тб не открывается. Транзистор Тб является управ- ляющим для второго каскада усилителя, который отли- чается от первого только тем, что замедляющие конден- саторы подключены на вход усилителя (соответствуют конденсатору С1 на рис. 19) и емкость их значительно больше. В состав каскада входят транзисторы Т7 (МП113А) и Т8 (МП42Б), диоды Д17—Д20, резисторы R21—R30, конденсаторы С4, 6С—8С. Транзисторы Т7 н Т8 соответствуют транзисторам Т1 и Т2 (рис. 19). В ка- честве ключа служит транзистор Тб. При открытом Тб конденсаторы С4, 6С—8С шунтированы, транзисторы Т7 и Т8 открыты. В момент закрытия транзистора Тб начинается заряд конденсаторов С4, 6С—8С, транзи- сторы Т7 и Т8 еще остаются открытыми Если частота сети выше уставки реле, то конденсаторы не успеют за- рядиться до напряжения, при котором закроется тран- зистор Т7 (а затем Т8), поскольку транзистор Тб вновь откроется и зашунтирует конденсаторы С4, 6С—8С. Когда частота в сети станет равной уставке, транзистор Тб перестанет открываться и конденсаторы С4, 6С—8С зарядятся до напряжения закрытия транзистора Т7. Одновременно закроется и транзистор Т8, т. с. усили- тель сработает. Время срабатывания усилителя определяется емко- стью конденсаторов, подключенных на вход второго кас- када. Если подключены конденсаторы 6С—8С, то оно составляет около 0,5 с, если подключен только конден- сатор 6С, то 0,15 с. При подключении конденсаторов 6С и 7С это время составляет около 0,3 с. При открытии транзистора Тб конденсаторы вы- держки времени полностью разряжаются Если в про- цессе набора выдержки времени па выходе фазочувст- вительного элемента появится хотя бы один положи- тельный импульс (кратковременно откроется транзи- стор Т4), конденсаторы разрядятся и отсчет выдержки времени начнется сначала. Таким образом, при отсутствии на входе реле пере- менного напряжения (транзистор Тб длительно открыт) и при частоте в сети выше уставки (транзистор Тб от- крывается 1 раз в период) выходной транзистор Т8 длительно открыт. После понижения частоты в сети на время, большее времени срабатывания, транзистор Т8 закрывается. Транзистор Т8 является управляющим для выходно- 3* 35
го каскада (принцип действия рассмотрен выше, см. рис 18). Открытый транзистор Т8 соответствует замкну- тому ключу К, закрытый — разомкнутому. Следователь- но, при срабатывании усилителя открывается транзи- стор T9 и срабатывает выходное реле. Если отключить все замедляющие конденсаторы 6С—8С, то в течение одного периода промышленной ча- стоты оставшийся конденсатор С4 будет успевать заря- жаться до напряжения закрытия транзистора 7'7. Тогда транзистор Т8 будет закрываться 1 раз в период, а транзистор T9 будет открываться 1 раз в период, по обмотке реле будет проходить пульсирующий ток. Для срабатывания реле этого тока недостаточно, одного его иногда хватает для удержания реле, если оно по каким- либо причинам сработает. В связи с этим эксплуатация реле с отключенными замедляющими конденсаторами недопусти ма. Теперь проследим работу всей схемы от формирова- телей до выходного реле. При частоте переменного на- пряжения на входе реле выше уставки импульс форми- рователя Ф2 начинается раньше импульса формирова- теля Ф1, в связи с чем транзистор Т4 открывается то- ком заряда конденсатора С2 1 раз в период. При этом 1 раз в период открывается транзистор Тб, который шунтирует конденсаторы С4, 6С—8С и не дает им за- рядиться до напряжения закрытия транзистора Т7. Следовательно, остается открытым транзистор Т8, чем обеспечивается надежное закрытие транзистора T9. Вы- ходное реле при этом не обтекается током и не сраба- тывает. Как только частота напряжения на входе реле понизится до уставки, импульс формирователя Ф1 бу- дет начинаться одновременно с импульсом формирова- теля Ф2. Транзистор ТЗ будет открываться в момент на- чала заряда конденсатора С2, ток заряда будет прохо- дить не по переходу эмиттер — база транзистора Т4, а по транзистору ТЗ. Транзистор Т4 останется закрытым, не будет открываться и транзистор Тб. После заряда замедляющих конденсаторов закроются транзисторы Т7 и Т8 и откроется T9. Выходное реле сработает. Рассмотрим характер импульсов в тех или иных точ- ках схемы реле, которые можно увидеть на экране элек- тронного осциллоскопа (рис. 27). Заземленный зажим осциллоскопа нужно подсоединить к шинке 0, другой зажим —к коллектору соответствующего транзистора. 36
Рис. 27. Импульсы в характерных Точках схемы реле РЧ-1 (относитель- но шинки 0). / — коллектор транзистора Т1-, 2 —то же Т2- 3 —то же, Т4; 4 —то же, Тб; 5 — то же, Тб. шиш- I ТТТТ’ Начнем с формирователей импульсов (транзисторы Т1 и Т2). Открытое состояние тран- зистора Т1 соответствует верх- нему краю изображения; им- пульс (закрытое состояние транзистора) располагается ниже. Импульс на коллекторе транзистора Т1 должен быть прямоугольным, ширина его примерно равна ширине паузы, амплитуда около 5 В. Напря- жение на коллекторе транзи- стора Т1, измеренное вольт- метром постоянного напряжения, должно быть 2—2,5 В (в 2 раза меньше амплитуды за счет пауз, примерно равных по длительности импульсу). Левая часть импульса па коллекторе транзистора Т2 (начало импульса) непрямоугольная. Увеличение на- пряжения на коллекторе определяется процессом заря- да конденсатора С2. Продолжительность заряда кон- денсатора С2 составляет около 1/3 длительности им- пульса, т. е. 2,5—3,5 мс. Амплитуда импульса должна быть около 12 В (при измерении вольтметром 4,5— 5,5 В). Характер импульсов на коллекторах транзисторов Т1 и Т2 практически нс зависит от частоты переменного напряжения на входе реле РЧ-1. Переходим к рассмотрению импульсов на транзи- сторе Т4. Как было отмечено раньше, этот транзистор кратковременно открывается 1 раз в период, если ча- стота переменного напряжения иа входе реле РЧ-1 вы- ше уставки. Открытое состояние транзистора Т4 и счи- тается обычно импульсом, хотя напряжение на транзи- сторе в этот момент близко к нулю. Амплитуда импульса должна быть близка 12 В, его ширина незначительна -- около 1 мс. При приближении частоты переменного на- пряжения к уставке реле ширина импульса уменьшает- ся, при исчезновении импульсов реле срабатывает. 37
Измеренное вольтметром напряжение па коллекторе транзистора Т4 немного меньше амплитуды импульса. Вольтметр, измеряющий только переменную составляю- щую, покажет незначительное напряжение, исчезающее при срабатывании реле. Импульсы на коллекторе транзистора Т5 будем рас- сматривать не относительно эмиттера этого транзисто- ра, а относительно шипки 0, чтобы не изменять подклю- чение осциллоскопа. При открытом транзисторе Т5 на- пряжение па его коллекторе близко к напряжению эмит- тера и составляет около —6 В. При закрытом транзи- сторе Т5 напряжение на его коллекторе равно падению напряжения на открытом диоде Д16 и составляет око- ло 0,5 В. Провалы на экране соответствуют открытому транзистору, верхняя граница изображениязакрыто- му. Ширина (длительность) провалов зависит от час- тоты переменного напряжения и составляет I—2 мс. Амплитуда импульсов должна быть около 6,5 В. При частоте переменного напряжения на входе реле, рав- ной уставке, импульсы пропадают — транзистор Т5 остается длительно закрытым. Если частота переменно- го напряжения выше уставки, то напряжение на коллек- торе транзистора Т5, измеренное вольтметром относи- тельно шинки О, обычно бывает —0,1-*-—0,3 В. Отри- цательный знак появляется из-за того, что в провалах напряжение на коллекторе —6 В, небольшая величина напряжения объясняется тем, что провалы относительно узки. Иногда напряжение па коллекторе транзистора Т5 бывает даже положительным до 0,1 В. Напряжение между эмиттером и коллектором транзистора 75, изме- ряемое вольтметром, составляет до срабатывания око- ло 6 В, после срабатывания 6,5 В. Незначительно из- менение показаний вольтметра при срабатывании реле объясняется малой шириной провала, исчезающего, ког- да частота переменного напряжения равна уставке па реле РЧ-1. Импульсы на коллекторе транзистора Тб напоми- нают импульсы на коллекторе транзистора Т2. После закрытия транзистора напряжение па его коллекторе нарастает по мере перезаряда конденсатора СЗ. Ампли- туда импульсов составляет около 12 В, при срабатыва- нии реле импульсы исчезают, так как транзистор Тб остается длительно закрытым. Измеренное вольтметром напряжение на коллекторе транзистора Тб составляет 38
-12 В Рис, 28. Фазочувствительный элемент реле РЧ-2. . Совместная пабота изме- 7,5—10 В прн частоте напряжения йа входе реле выше уставки и на 1,0—1,5 В выше при частоте, равной устав- ке илн ниже ее. Транзисторы Т7—Т9 не переключаются каждый пе- риод, поэтому импульсов напряжения на их коллекторах наблюдать нельзя. Рассмотрим особенности устройства реле повышения частоты РЧ-2. Принцип действия и структурная схема реле РЧ-1 и РЧ-2 одинако- вы. Срабатывание н того и другого реле происходит при условии равенства частоты сети и резонансной частоты используемой измеритель- ной цепи. Чтобы реле РЧ-2 при частоте сети выше уставки находилось в срабо- танном состоянии, несколь- ко изменен фазочувстви- тельный элемент. Формиро- ватели (транзисторы Т1 и Т2), все каскады усилителей (транзисторы Т5—T9) и блок питания реле РЧ-1 и РЧ-2 абсолютно аналогичны рнтельных цепей, формирователей импульсов и фазо- чувствительиого элемента обеспечивают (сравните с ра- ботой РЧ-1) выработку: запрещающего сигнала в виде длительного положи- тельного импульса на выходе фазочувствительного эле- мента при недостаточном переменном напряжении на входе реле независимо от его частоты или при отсутст- вии этого напряжения; запрещающего сигнала в виде кратковременных по- ложительных импульсов на выходе фазочувствительпого элемента при нормальном переменном напряжении на входе реле с частотой ниже уставки; разрешающего сигнала (отсутствие положительных импульсов на выходе фазочувствительного элемента) при нормальном переменном напряжении на входе реле с частотой, равной уставке, или выше ее. В реле РЧ-2 запрещающие импульсы — кратковре- менное открытие транзистора Т4 — обеспечиваются, если напряжение 6'0 отстает от напряжения Р/ (рис. 1), 39
Wo сооФвеФствует частоте сети ниже Частоты уставкй. Сравнение фаз напряжений Оо и Of осуществляют, сравнивая моменты конца импульсов формирователей. Реле не работает, если импульс от формирователя Ф2 кончается позже, чем импульс от формирователя Ф1. На рис. 28 показан фазочувствительный элемент реле РЧ-2. Обозначения на схеме такие же, как на полной принципиальной схеме реле РЧ-2 в [&]; дополнительным по отношению к реле РЧ-1 является только резистор R35, Как и раньше, примем, что импульс формирователя соответствует разомкнутому, отсутствие импульса ~ зам- кнутому ключу, ключи К1 и К2 соответствуют формиро- вателям Ф1 н Ф2, При разомкнутых ключах К1 и К2 транзистор ТЗ открыт (так как сопротивление резисто- ра R35 меньше, чем R13 и база транзистора ТЗ отри- цательна) и шунтирует переход эмиттер — база тран- зистора 74; поэтому транзистор Т4 тоже закрыт. При замыкании ключа Д7 потенциал базы транзистора ТЗ скачком увеличится (станет положительнее) на величи- ну напряжения, до которого был заряжен конденсатор С2, транзистор ТЗ закроется на время разряда конден- сатора С2. Если к этому моменту ключ К2 еще разомк- нут, то транзистор Т4 кратковременно откроется. При замкнутом ключе К2 транзистор Т4 закрыт не- зависимо от состояния транзистора ТЗ, т. е. не зави- сит от состояния ключа К1. При размыкании ключей транзистор ТЗ остается открытым, поэтому транзистор Т4 не имеет возможности открыться. Следовательно, ра- бота фазочувствительного элемента определяется поряд- ком замыкания ключей К1 и К2, т. е. порядком прек- ращения импульсов от формирователей Ф1 и Ф2. Если сначала исчезает импульс Ф1 (напряжение Of опере- жает напряжение 0о), то транзистор Т4 кратковремен- но открывается 1 раз в период, т. е. вырабатывается за- прещающий сигнал. Если импульсы исчезают одновре- менно или раньше исчезает импульс формирователя Ф2, то транзистор Т4 не открывается, что соответствует ко- манде на срабатывание реле. Во всем остальном работа реле РЧ-2 не отличается от работы реле РЧ-1. На этом заканчивается рассмотрение принципа дей- ствия и устройства реле частоты РЧ. Некоторые допол- нительные сведения штатель может найти в заводской технической документации и в [8]. 40
4. ПРОВЕРКА И НАЛАДКА РЕЛЕ Порядок технического обслуживания всех устройств релейной защиты и электроавтоматики определен соот- ветствующими руководящими материалами [4, 7]. Ниже приведены ориентировочные объем и порядок проверки реле при новом включении и некоторые рекомендации по проверке отдельных элементов, а также поиску неис- правностей. Во время наладки при новом включении реле реко- мендуется выполнить следующее: внешний осмотр и ме- ханическую ревизию; проверку изоляции, выходного про- межуточного реле, блока питания, работоспособности полупроводниковой части схемы; настройку реле на ча- стоты срабатывания и возврата для пуска АПВ; провер- ку зависимости частоты срабатывания от напряжения и поведения реле при подаче и снятии переменного напря- жения и напряжения постоянного оперативного тока; проверку работы реле в полной схеме; измерение време- ни срабатывания; повторный осмотр. Такой объем проверок реле при новом включении необходим в связи со следующими причинами: во-пер- вых, некоторые неисправности могут появиться при транспортировке и хранении роле (например, ослабле- ние резьбовых соединений, ухудшение изоляции, иногда нарушение паек), во-вторых, при новом включении сле- дует накопить некоторую информацию о конкретном реле, что позволит во время эксплуатации более пра- вильно судить о техническом состоянии реле и его от- дельных элементов. Данных из заводского технического паспорта для этих целей недостаточно. При внешнем осмотре и ревизии (механической) ре* ле РЧ-1 и вспомогательного устройства ВУ-3 следует, как и для другой аппаратуры, оценить механическую исправность отдельных элементов и их закрепление, про- верить затяжку всех резьбовых соединений и надеж- ность паек. Особенно внимательно нужно осмотреть съемную плату с полупроводниковыми приборами. Ее тщательно осматривают с двух сторон, обращают внима- ние на исправность контактных дорожек, отсутствие отслоений от них, трещин, каких-либо посторонних пере- мычек (олово, канифоль, винты, шайбы н т. п.) между соседними дорожками или дорожкой и корпусом радио- элемента (резистора, транзистора, диода и др.), а также между корпусами радиоэлементов. 41
Проверяют, чтобы паяные поверхности не имели во- ронок, загрязнений, видимых инородных вкраплений. Припой должен заливать место соединения со всех сто- рон, заполняя щели и зазоры между проводами н кон- тактами. Наличие воронки в месте входа ножки радио- элемента или провода в припой может указывать па гге- достаточную надежность пайки. Убеждаются, что иа радиоэлементах нет следов под- гаров, между ними есть зазоры, они надежно закрепле- ны (посадка на клей, крепление гайками или винтами и т. д.). Следует также проверить закрепление фольги рамки габаритных размеров съемной платы и при необ- ходимости удалить ее отслоившиеся части. Если обнаружены какие-либо дефекты или неисправ- ности в съемной плате, то устранять их следует в лабо- ратории, так как при выполнении пайки в условиях ре- лейного щита нельзя гарантировать ее надежность. При исправлении паек или замене радиоэлементов следует соблюдать меры предосторожности. Нельзя перегревать место пайки на печатной плате, так как это может при- вести к порче радиоэлемента, отслоению контактных до- рожек, образованию замыканий между ними из-за боль- ших наплывов припоя. Пайку следует производить па- яльником мощностью не более 60 Вт; при пайке диодов и транзисторов обязательно используют теплоотводы. Лучше всего использовать припой ПОС-61, а в качестве флюса 30%-ный раствор канифоли в спирте. Количество флюса должно быть минимальным, обильное смачива- ние места пайки флюсом недопустимо. В случаях замены радиоэлементов формовку их вы- водов нужно выполнять по рекомендациям заводов-изго- товителей. Они прилагаются в упаковке. Как правило, изгибать выводы следует нс ближе чем на 10 мм от кор- пуса прибора. Проверяют исправность и хорошее закрепление разъ- ема, связывающего съемную плату с корпусом. Исправность переменных резисторов оценивают по легкости хода и отсутствию затираний. При затяжке винтов на магпитопроводах трансформаторов и дроссе- лей, а также при закреплении магнитных шунтов дрос- селей \Др и 2 Др (здесь и далее обозначения отдельных элементов соответствуют принципиальной схеме реле РЧ-1, показанной на рис. 3, если нет дополнительных ссылок на другие рисунки) не следует прилагать боль- 42
Ших усилий. Эти винты небольшого диаметра и иногда резьба срывается. Необходимо обратить внимание на установку диода Д21 (смонтирован иа выходном реле РП). Этот диод не должен касаться металлических частей реле РЧ-1 (или находиться от них очень близко) при установленной на место откидной плате. Проверку изоляции выполняют путем измерения ее сопротивления и испытания ее электрической прочности. Предварительно измеряют сопротивление изоляции при снятой плате с полупроводниковыми приборами. Чтобы напряжение от мегаомметра попало на все элементы ре- ле, перед проверкой следует соединить выводы 1 и 3 ре- ле («плюс» и «минус» постоянного оперативного напря- жения) и подключить к ним выводы 2 и 4 реле (контак- ты выходного реле), убедиться, что установлена пере- мычка между выводами 9 и 10 реле (или винт на пере- ключательной колодке ПК установлен в одно нз гнезд), т. е. вывод 3 реле связан с внутренними цепями, соеди- нить выводы 5 и 6' реле и подключить их к одному из пе- реключателей уставок по частоте, чтобы связать их с обмотками дросселей, закоротить конденсаторы измери- тельных цепей 2С—5С и выдержки времени 6С—8С, промежуточное реле заклинить в подтянутом положении. Для временных перемычек лучше всего пользоваться проводами с зажимами «крокодил». Измеряют сопротивление изоляции относительно зем- ли или корпуса реле цепей: переменного напряжения (вывод 7— земля), постоянного оперативного тока (вы- вод / — земля), вторичных напряжений (переключатель уставок по частоте — земля). Сопротивление изоляции измеряют между: цепями переменного напряжения и цепями постоянного оперативного тока (вывод 7 — вы- вод 1 реле), первичной и вторичной обмотками входного трансформатора Т (вывод 7 — переключатель уставок по частоте). Для проверки используют мегаомметр на 1000 или 2500 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее 10 МОм, как правило, оно составляет более 50 МОм. Затем плату с полупроводниковыми приборами уста- навливают на место. Теперь цепи постоянного оператив- ного тока связаны с цепями вторичного напряжения че- рез схему реле, поэтому нельзя проверять изоляцию между выводами 1 и 3 реле и какими-либо элементами 43
схемы (наприМер, выводами 5 и 6; конденсаторами из- мерительных цепей или выдержки времени и т, д.)_ Как правило, установка съемной платы не ухудшает состоя- ние изоляции, но поскольку реле будет эксплуатировать- ся с вставленной съемной платой, проверяют сопротив- ление изоляции цепей переменного напряжения (вывод 7) и цепей постоянного оперативного тока (вывод 1) па землю и между собой (мегаомметром 1000 или 2500 В), В протокол заносят результаты последних испытаний В соответствии с [5] проверяют электрическую проч- ность изоляции переменным напряжением (1000 В в те- чение 1 мин) и повторно измеряют сопротивление изоля- ции (только при установленной съемной плате). Снима- ют временную перемычку между цепями оперативного тока и контактами промежуточного реле и измеряют со- противление изоляции между ними (мегаомметром 1000 или 2500 В), затем снимают остальные временные перемычки. Перед проверкой изоляции вспомогательного устрой- ства нужно соединить его выводы 1 и 3, закоротить кон- денсатор С1 (рис. 5), соединить его с выводом 1 устрой- ства ВУ-3. Измеряют сопротивление изоляции относи- тельно земли или корпуса устройства ВУ-3: первичных цепей переменного напряжения (вывод 2—земля), вто- ричных цепей (вывод 1 — земля). Измеряют сопротивление изоляции между первичны- ми и вторичными цепями (вывод 1 — вывод 2 устройства ВУ-3). Затем проверяют электрическую прочность изо- ляции и повторно измеряют сопротивление. Проверка выходного промежуточного реле РП состо- ит из измерений напряжения срабатывания и возврата реле РП. Эти измерения производят известными метода- ми. Чтобы не повредить элементы полупроводниковой схемы, и в том числе диод, подключенный непосредст- венно на колодке промежуточного реле, нужно снять выходное реле с разъема. Напряжение срабатывания должно быть 12,5—14 В, напряжение возврата 6—7 В (допускается до 1,5 В). При необходимости производят регулировку реле в соответствии с [5] и рекомендациями, приведенными в техническом описании и инструкции по эксплуатации реле РЧ-1 [7]. Проверка блока питания заключается в измерении напряжения на шинках +6 В, —12 В, —22 В. При этом выходное реле РП и плата с полупроводниковыми при- 44
борами должны быть установлены на Сйби места; пере- носный винт на переключающей колодке ПК поставлен в гнездо 1 при номинальном напряжении 220 В и в гнездо 2 при НО В; на зажимы 1 и 3 реле подано по стоянное напряжение 0,84-1,1 СЧом- Напряжение измеряют относительно шинки 0, к ко- торой можно подключить на гнезде 86 разъема Р, а также непосредственно на плате с полупроводниковыми приборами, где эта шинка имеет маркировку (как и шинки +6 В, —12 В, —22 В). Чтобы при измерении не перегружать блок питания, нужно использовать вольтметр с внутренним сопротив- лением на используемом пределе не менее 20 кОм. При оценке результатов измерений следует руководствовать- ся данными, приведенными ниже. Обозначение течки на съем- ной плате Расположение точки Напряжение в точке схемы относительно нулевой шинки, В рбВ Зажим 1 реле; точки -{-6В на плате с по- 4,8—6,4 лупроводниковым и приборами; гнезда 2a и 2Ь разъема —22В Гнездо 4Ь разъема, точка —22В на пла- 19,8—24,2 те с полупроводниковыми приборами •—12В Точка —12В на ппате с полупроводнике- 12—12,5 выми приборами При значительных отклонениях измеренных напряже- ний от нормы в первую очередь нужно убедиться в ис- правности стабилитронов Ст1 и Ст2. При исправных стабилитронах отклонения напряжений от нормы могут быть вызваны неисправностью как в блоке питания, так и в другой части полупроводниковой схемы реле. Ре- комендации по проверке схемы реле даны ниже. Если предполагается использовать реле РЧ-1 на пе- ременном оперативном токе совместно со вспомогатель- ным устройством ВУ-3, то блок питания нужно прове- рять вместе с устройством ВУ-3. Выводы 1 и 3 реле под- ключают к выводам 1 и 3 устройства ВУ-3. На вход устройства ВУ-3 подают переменное напряжение 0,4Г7Пом; ^ном’, 1,ЗПпом и измеряют напряжение на шин- ках +6 В, —22 В и —12 В реле РЧ-1, как описано выше. Устройство ВУ-3 и блок питания исправны, если эти напряжения соответствуют норме при каждом из указанных выше значений переменного напряжения на входе устройства ВУ-3. Если измеренные напряжения 45
отличаются от нормы, то для выяснения того, что неис- правно (блок питания реле РЧ-1 или устройство ВУ-3), нужно проверить блок питания реле РЧ-1 от аккумуля- торной батареи или подключить устройство ВУ-3 к ис- правному реле. Все дальнейшие проверки выполняют с тем родом оперативного тока, с которым реле РЧ-1 будет работать в полной схеме. Для проверки работоспособности полупроводниковой части схемы на выводы 7—8 реле следует подать пере- менное напряжение (около 100 В), а па 1 и 3 — номи- нальное напряжение постоянного оперативного тока или номинальное переменное напряжение на вход устройст- ва ВУ-3 (в дальнейшем будем это называть: «подать переменное напряжение и оперативный ток»). При нажатни кнопки К на лицевой плате реле РЧ-1 выходное реле РП должно сработать. Напряжение на нем должно быть в пределах 19—24 В. Если выходное реле не сработало или напряжение па его обмотке ниже указанного, необходимо проверить схему реле в соответ- ствии с рекомендациями, приведенными ниже. Снижение напряжения на обмотке реле в первую очередь может быть вызвано неисправностью транзистора T9 или диода Д21. Перед поиском неисправности в полупроводнико- вой части схемы полезно убедиться в исправности цепей переменного напряжения и измерительных цепей. Теперь можно производить настройку реле на часто- ту срабатывания. Эта настройка является весьма ответ- ственной операцией, ее следует выполнять с особой тща- тельностью и точностью. Повышенные требования к точности настройки связаны с особенностями работы устройств АЧР. Они работают в аварийных условиях, причем в таких условиях находится обычно одна или несколько энергосистем. Нарушение требований к наст- ройке может вызвать срабатывание реле при частоте ниже или выше уставки. Следовательно, реле откажет или сработает излишне. Отказ отдельных устройств АЧР приводит к большему снижению частоты, к излиш- нему отключению многих потребителей. Излишнее сра- батывание АЧР при частоте в системе выше уставки так- же приводит к отключению потребителей, т. е. к педоот- пуску энергии. В настройке реле частоты используют генератор тех- нической частоты (ГТЧ) и частотомер. 46
Частотомер, применяемый при проверке (измеритель- ный), должен иметь клеймо проверки. Его следует обя- зательно сверить с диспетчерским. Диспетчерский часто- томер принимают за эталонный, разницу в показаниях диспетчерского и измерительного частотомеров следует учесть при настройке. Разность показаний обозначают ДД1зм. Она положительна, если измерительный частото- мер показывает больше диспетчерского, и не должна превышать погрешности, указанной в паспорте для соот- ветствующих условий. В процессе настройки необходимо поддерживать на частотомере номинальные напряжения: для частотомеров Д506 и Ф205—100 В, для ДЧ-49— ПО В Перед проверкой ГТЧ необходимо прогреть в соот- ветствии с инструкцией по его эксплуатации (обычно 20—30 мин). Следует убедиться в отсутствии заметных на глаз искажений выходного напряжения по осцилло- скопу. При этом к ГТЧ нужно подключить реле частоты и частотомер При наличии заметных искажений ГТЧ использовать нельзя, так как реле частоты и частотомер реагируют на отклонения напряжения от синусоидально- го. Поскольку искажения выходного напряжения ГТЧ увеличиваются при увеличении нагрузки, следует питать от ГТЧ только настраиваемое реле и измерительный вход частотомера. Все остальные элементы схемы нуж- но отключить. При необходимости на них можно подать напряжение от сети. К сети следует подключать и цепь питания частотомера. Настраиваемое реле частоты следует прогреть в те- чение 1 —1,5 ч, чтобы установился температурный режим полупроводниковой части схемы. Для этого на закрытое крышкой реле подают переменное напряжение около 100 В и номинальное оперативное напряжение. Большинство из используемых в энергосистемах ГТЧ имеют в выходном напряжении четные гармоники (в основном вторую), а в некоторых случаях и постоянную составляющую. В реле РЧ-1 используется для измерения только одна полуволна переменного напряжения. По- этому при наличии в напряжении четных гармоник или постоянной составляющей частота срабатывания реле зависит от полярности подключения цепей напряжения. Различие частот срабатывания Afcp при прямом /Пр и обратном /обр подключении цепей напряжения доходит до 0.06—0,1 Гц. В напряжении сети от трансформаторов V
напряжения (TH) четные гармоники и постоянная со- ставляющая отсутствуют. Частота срабатывания fCP ре- ле РЧ-1, подключенного к TH, оказывается равной сред- неарифметическому значению частот срабатывания, по- лученных при питании реле от ГТЧ: £ fnp + Гоби I ср § (1) или fo6p “ fi (2) Следовательно, при любом подключении реле к ГТЧ настраивать реле нужно иа некоторую частоту настрой- ки /настр, отличающуюся от заданной частоты уставки. Обозначим частоты срабатывания реле РЧ-1 при пита- нии от ГТЧ /менып и /больш- Если в (2) заменить /ПР на /менып, а /обр на /больш, то получим: £ г [ ^болып fweani! Густ /менып “г " 2 ’ Удобно настраивать уставку всегда при одном и том же подключении реле к ГТЧ, при котором получается меньшая частота срабатывания. При этом вместо /менып в (3) можно подставить fнастр, а вместо /б олып—/менып подставить Д/ер. Тогда получим: f =f - —. (4) I настр I уст 2 ' z С учетом погрешности частотомера А/изм можно на- писать: (5) ? __ Г. ^fcp .у /настр /уст 2 ' “/изм' , Если используемый частотомер показывает меньше диспетчерского, то Д/пзм отрицательна и должна быть введена в (5) со знаком «плюс». Прежде чем настраивать реле на заданную частоту срабатывания, необходимо определись, при каких часто- тах срабатывает реле, подключенное к ГТЧ, определить погрешность используемого частотомера и рассчитать частоту настройки (т. е. частоту, при которой должно срабатывать реле при питании от ГТЧ). Для определения частот срабатывания реле РЧ-1 при питании от ГТЧ подключают необходимые отпайки дрос- селей измерительных цепей срабатывания и возврата 48
реле. Цифры, нанесенные у отпаек, ориентировочно соответствуют частоте срабатывания (возврата) реле при крайнем левом положении (до отказа против часо- вой стрелки) движка резистора плавной регулировки 1R (2R). Перевод движка резистора плавной регулиров- ки в крайнее правое положение (до отказа по часовой стрелке) приводит к повышению частоты срабатывания (возврата) примерно на 1 Гц. Повороту оси резистора по часовой стрелке до отказа соответствует крайнее верхнее положение движка резистора на схеме реле (рис. 3), т. е. полное использование дополнительной ре- гулировочной секции дросселя. Если задана уставка 48,8 Гц, нужно подключить отпайку 48. Перемычки в цепях регулировки времени срабатыва- ния устанавливают в положение 0,15 с. Убеждаются, что выводы 5 и 6 реле РЧ-1 не соединены. Затем на реле (выводы 7 и 8) подают напряжение от ГТЧ с частотой выше заданной уставки и оперативный ток. Уменьшая с помощью ГТЧ частоту, определяют частоту срабатыва- ния реле. Измерения повторяют 3—5 раз. За частоту срабатывания принимают среднеарифметическое значе- ние всех измерений. Одновременно определяют частоту возврата, которая должна быть выше частоты срабаты- вания не более чем на 0,1 Гц. Обычно частота возврата отличается от частоты срабатывания значительно мень- ше. Меняют местами провода на выводах 7 и 8 реле, т. е. полярность подключения ГТЧ, И повторяют измерения для определения частоты срабатывания. С учетом полу- ченных данных рассчитывают частоту настройки по (5). Пример. Задана частота срабатывания (уставка) (уст = =48,8 Гц. При подготовке к настройке установлено, что (меньш = = 48 Гц, /Дольш =48,12 Гц; Д/Тзм = —0,04 Гц, т.е. используемый частотомер показывает частоту на 0,04 Гц меньше, чем диспетчер- ский. Определяем частоту настройки: Л Л 48,12 — 48,0 fHacTp = 48,8 — —-2----+ 0,04 = 48,78 Гц. Если бы используемый частотомер показывал частоту на 0,04 Гц больше диспетчерского, то 48,12 — 48,0 Uctp - 48,8 ------2----“ °-04 = 4V Гц, ГенепаТор ГТЧ подключают так, чтобы получалась Меньшая частота срабатывания, и настраивают частоту,
равнук) рассчитанной /настр. Йри этом реле £4-1 должно быть в несработанном положении. Плавным поворотом резистора 1R по часовой стрелке повышают частоту срабатывания реле до момента его срабатывания. Повы- шают частоту с помощью ГТЧ и, снижая ее, проверяют частоту срабатывания реле РЧ-1 2—3 раза. При необ- ходимости производят подрегулировку резистором JR до получения частоты срабатывания, равной частоте настройки. Если на резисторе 1R имеется стопорная гайка, ее следует затянуть. При ее отсутствии следует снять руч- ку с оси резистора 1R, чтобы не сбить настройку слу- чайным прикосновением. В заключение определяют действительную частоту срабатывания реле. Измеряют частоту срабатывания 5 раз. Затем меняют полярность подключения ГТЧ и измеряют еще 5 раз частоту срабатывания. Рассчитыва- ют действительную частоту срабатывания при подклю- чении реле РЧ-1 к сети: с ^меньш 4” ^Гбольш л£ ------------io-------~дгизм- <6) Если определенная таким образом частота срабаты- вания оказывается равной заданной уставке или отлича- ется от нее не более чем на ±0,03 Гц, настройка реле закончена. Настройку реле на частоту возврата для пуска АПВ или других целей производят аналогично. Отличие за- ключается в том, что выводы реле 5 и 6 необходимо объединить, а настроечный резистор 2R предварительно установить в крайнее правое положение. При этом часто- та возврата реле РЧ-1 будет выше заданной уставки. При установке на ГТЧ частоты, равной уставке, реле будет в сработанном положении. Частоты возврата реле прн питании от ГТЧ с разной полярностью могут отличаться от измеренных для наст- ройки уставки срабатывания, поэтому их нужно изме- рить снова. Отличие объясняется тем, что при настройке срабатывания в работе находится только одна измери- тельная цепь, а при настройке возврата — две. Это изме- няет условия работы фильтра ЗДР-1С, т. е. подавления четных гармоник. После настройки реле проверяют зависимость часто- ты срабатывания от переменного напряжения на входе 50
реле РЧ-1. Эта проверка позволяет убедиться, в том что резистор 7?* подобран правильно и исправен. Если реле используется при постоянном оперативном токе, посто- янное напряжение должно быть равным номинальному. Поскольку работа реле РЧ-1 зависит от напряжений на шинках -рб Б и —12 Б, при использовании его с уст- ройством БУ-3 эту проверку выполняют 2 раза при но- минальном напряжении на входе устройства БУ-3 и при его понижении одновременно с понижением переменного напряжения на входе реле РЧ-1. Последнее делают для оценки работоспособности реле РЧ-1 и ВУ-3 в тех слу- чаях, когда переменное напряжение на них подано or общего источника и снижается одновременно. Сле- дует помнить, что завод гарантирует нормаль- ную работу реле РЧ-1 с устройством ВУ-3 при снижении напряжения до 0,4Г7ПС(М. Допустимые пределы отклонения частоты срабатывания даны в заводском техническом описании [6] и составляют не более 0,3 Гц при переменном напряжении на реле 0,24-0,4Г7НОм и не более 0,2 Гц при 0,44-1,3 (7Ном. При снижении перемен- ного напряжения частота срабатывания реле РЧ-1, как правило, увеличивается. При необходимости улучшить работу реле можно путем изменения сопротивления резистора 7?*, включенного параллельно резистору R6 или R7. По данным завода-изготовителя сопротивление этого резистора может быть от 20 ло 450 кОм. Проверяют реле при подаче и снятии переменного напряжения. Напряжение оперативного тока должно быть подано, частоту переменного напряжения устанав- ливают на 0,1—0,15 Гц выше уставки срабатывания. Снятие переменного напряжения производят размыка- нием и закорачиванием цепей напряжения, что возмож- но в условиях эксплуатации. Чтобы не повредить ГТЧ, замыкание цепей следует производить кратковременно, при этом последовательно с реле нужно включить рези- стор на 1 — 1,5 кОм. Проверку производят по несколько раз каждым спо- собом. Реле не должно срабатывать при снятии и подаче переменного напряжения. Если реле хотя бы кратковре- менно срабатывает, то в первую очередь следует убе- диться в исправности блокировки, состоящей из элемен- тов Rl, Cl, R14 и ДЮ. Аналогично проверяют реле при подаче и снятии на- пряжения оперативного тока. Переменное напряжение 4*. 51
от ГТЧ примерно 100 В с частотой на 0,1—0,15 Гц выше уставки срабатывания подают на выводы 7 и 8 реле РЧ-1 и не отключают. Оперативное напряжение на вы- воды /и 3 роле подают и отключают несколько раз Перерывы между отключением и подачей оперативного напряжения должны быть разными: от долей секунды до нескольких секунд. Если реле РЧ-1 использовано с устройством ВУ-3, то подают и отключают напряжение на вход устройства ВУ-3 '(тоже с разными перерывами). При этом реле не должно срабатывать. Если оно сра- батывает (хотя бы кратковременно), то в первую оче- редь следует убедиться в исправности конденсаторов С5 н С6 в блоке питания. Все перечисленные выше проверки можно делать на отдельном реле в лаборатории. Остальные испытания нужно проводить только в полной схеме путем подачи переменного и постоянного напряжения на ряд зажимов панели. Сначала нужно убедиться в правильности под- ключения ГТЧ (или в его пригодности, если ранее использовали другой ГТЧ). Следует также проверить, что устройство ВУ-3 правильно подключено к реле РЧ-1 (по полярности). Проверяют работу реле в полной схеме устройства. Для этого иа устройство подают переменное напряже- ние и напряжение оперативного тока (переменное или постоянное). Плавным изменением частоты переменно- го напряжения добиваются многократного срабатывания и возврата роле РЧ-1 Следует убедиться в отсутствии сильного искрения па контактах выходного реле РЧ-1, в четкой и надежной работе внешних промежу- точных и других реле, входящих в устройство. В эк- сплуатации была отмечена недостаточная помехоустой- чивость реле РЧ-1 (к помехам по цепям питания). Поэ- тому нужно проверить, что выходное реле РЧ-1 не отпа- дает при замыкании и размыкании контактов промежу- точных и других реле, входящих в схему. Если при ра- боте того или иного контакта выходное реле РЧ-1 от- падает, этот контакт следует более тщательно отрегули- ровать или установить искрогасительный контур. Работу реле проверяют при номинальном и пони- женном напряжении оперативного тока, либо при 0,8t/HOM постоянного тока непосредственно на реле РЧ-1, либо при 0,Whom переменного напряжения на входе устройства ВУ-3, 52
Измеряют время срабатывания реле. Перемычки уставки выдержки времени ставят в положение, соот- ветствующее заданному времени срабатывания. На ре- ле подают оперативный ток. Измеряют время от момен- та подачи па реле переменного напряжения в пределах 100 В с частотой на 0,3—0,5 Гц меньше настроенной уставки до замыкания контакта реле. Переменное на- пряжение на реле следует подавать через пусковой ключ секундомера, руководствуясь инструкцией по экс- плуатации используемого секундомера. Измерение вре- мени срабатывания проводят не менее 3 раз. Следует помнить, что эксплуатация реле со всеми снятыми перемычками на переключателе уставок по времени недопустима. Если ни один конденсатор 6С— 8С не подключен, то транзистор T9 кратковременно от- крывается каждый период, независимо от частоты по- данного па реле РЧ-1 переменного напряжения. В та- ких условиях выходное реле РП не возвращается после срабатывания при любой частоте напряжения на входе реле РЧ-1. На этом настройка реле закопчена. Его следует еще раз осмотреть, проверить фиксацию разъема съемной платы, выходного реле РП, положение перемычек и пе- реключателей уставок. После включения реле РЧ-1 в полную схему устройства (подачи переменного напря- жения от трансформатора напряжения и напряжения оперативного тока от рабочего источника) полезно еще раз убедиться в его работоспособности путем нажатия кнопки К. При рассмотрении проверки и наладки реле РЧ-1 предполагали, что его отдельные элементы и реле в це- лом исправны. Если реле не работает или не обеспече- ны необходимые характеристики, то нужно проверять отдельные элементы реле. Прежде всего целесообразно выяснить, какая часть неисправна: съемная плата с по- лупроводниковыми элементами или часть схемы, эле- менты которой расположены на корпусе реле. Для это- го па реле ставят заведомо исправную съемную плату. Чаще всего оказывается неисправной полупроводнико- вая часть реле. Значительные отклонения напряжений от 6 до —22 В в первую очередь бывают из-за неисправности соответ- ствующих стабилитронов. Иногда оказывается, что уста- новлен стабилитрон не того типа. Отклонение напря- 53
жения от —12 В может быть из-за неисправности или неправильного подбора резисторов R33 и R34. Остальные неисправности легче всего найти, анали- зируя характер импульсов в некоторых точках схемы при поданном на реле номинальном напряжении опера- тивного тока и переменном напряжении па входе реле порядка 100 В. Одновременно измеряют напряжения на транзисторах высокоомным вольтметром — не менее 200 кОм на используемом пределе измерения. Таким сопротивлением на пределах 10—25 В обладают уни- версальные приборы Ц52, Ц435, Ц4315, Ц4340, Ц4360 и др. Нормальный вид импульсов при переменном напря- жении на входе реле с частотой выше уставкн описан выше и показан на рис. 27. Сравнивая форму и параметры импульсов с описа- нием, можно ориентировочно установить неисправный каскад, а иногда и характер повреждения. Отсутствие импульсов (прямая линия на экране) указывает, что транзистор не переключается. Если при этом падение напряжения на транзисторе составляет около 0,1 В, то он открыт. Следовательно, запирающий сигнал не по- ступает на базу транзистора или неисправен транзи- стор. Если падение напряжения на транзисторе более 2—2,5 В, то он закрыт. Следовательно, неисправны элементы схемы, связывающие базу транзистора с шинкой —12 В, или транзистор. Значительное уменьше- ние амплитуды или ширины импульсов также указывает на неисправности транзистора или других элементов, входящих в каскад. Рекомендации по проверке отдель- ных элементов рассмотрены ниже. Для подтверждения неисправности того или иного каскада, уточнения характера неисправности, а также цля проверки последних каскадов усилителя (транзи- сторы Т7—T9) измеряют напряжение на транзисторах вольтметром. Ориентировочные значения напряжений исправного реле приведены в табл. 1. Вольтметр дол- жен иметь по возможности большее внутреннее сопро- тивление—не менее 200 кОм на используемом пределе. Когда неисправный каскад установлен, приступают к определению негодной детали. Сначала оценивают исправность транзисторов. Для этого убеждаются в спо- собности транзистора полностью открываться и надеж- но закрываться. Эти проверки можно сделать без вы- 54
паивания транзистора из схемы. Чтобы проверить на- дежность закрытия транзистора, соединяют накоротко его эмиттер с базой. Если транзистор исправный, то на- пряжение эмиттер — коллектор равно приложенному в схеме. Если транзистор закрылся не полностью, то это напряжение окажется меньше приложенного. Ниже приведены ориентировочно напряжения ПЭ)К между эмиттером и коллектором транзисторов при соединении эмиттера с базой (блок питания обеспечивает уровни напряжения +6, —12 и —22 В); Транзистор . . . Т1 Т2 Т4 Напряжение . . . УЭ1К, В . . . . 6 12 12 Эти измерения производят Т5 л Тб Т7 Т8 T9 6 12 6 3 22 при поданном на реле постоянном напряжении вольтметром с внутренним соп- ротивлением на используемом пределе порядка 500 кОм, например прибор Ц4360 на пределе 25 В име- ет сопротивление 500 кОм. При пониженных напряже- ниях от блока питания напряжения на транзисторах также меньше указанных. Чтобы убедиться, что транзистор четко открывается, соединяют его базу через резистор на 40—50 кОм с шинкой —12 В (для транзисторов Т5 и Т7 типа п-р-п с шннкой +6 В). Исправный транзистор должен быть при этом полностью открыт, напряжение между эмит- тером и коллектором должно составлять 0,02—0,2 В. Исправность диода проверяют путем измерения его сопротивления в прямом н обратном направлениях ом- метром любой системы. При измерении сопротивления диода разными при- борами можно получить сильно отличающиеся резуль- таты, Это не указывает па неисправность диода, а объ- ясняется тем, что его сопротивление нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. от напряжения на выходе измерительного прибора. Можно считать диод исправным, если его сопротивление в прямом направ- лении менее 200—250 Ом, а в обратном — более 10— 15 кОм. При измерениях один вывод диода нужно от- делить от всей схемы, а оперативное напряжение на реле не подавать. Лучше всего работать при снятой плате с полупроводниковыми элементами. Резисторы проверяют путем измерения сопротивле- ния. Кроме того, следует убедиться, что установленный резистор соответствует указанному в спецификации (по типу, сопротивлению и мощности). 55
Таблица 1. Ориентировочные значения напряжений исправйоТО I Напряжение на ----------------.------------- Т1 Т2 На реле подано номинальное напряжение опе- ративного тока Не На реле поданы номинальные переменное напряжение и напряжение оперативного тока: частота переменного напряжения выше 2—2,5 4,5—5,5 частоты уставк'и частота переменного напряжения ниже 2—2,5 4,5—5,5 частоты уставки Для проверки электролитических конденсаторов оце- нивают их способность сохранять заряд. Конденсатор отключают от схемы и заряжают до 20 В с соблюде- нием полярности. Вольтметр и источник питания отклю- чают от конденсатора, а через 10—15 с измеряют на- пряжение на нем. Если конденсатор исправен, то в пер- вый момент вольтметр покажет 15—18 В. Сопротивле- ние вольтметоа должно быть не менее 100—200 кОм иа используемом пределе. Неэлектролитические конденсаторы проверяют пу- тем измерения сопротивления конденсаторов постоян- ному току и емкости. Конденсатор нужно выделить из схемы. Сопротивление конденсатора постоянному току (сопротивление утечки), измеренное любым омметром, должно быть достаточно большим, т. е. больше 200 кОм. Емкость конденсатора определяют любым методом, в частности по его сопротивлению переменному току. Нужно помнить, что на конденсаторе написано значе- ние наибольшего допустимого постоянного напряжения. Для большинства конденсаторов допустимое переменное напряжение частотой 50 Гц (кроме конденсаторов МБГЧ) всегда меньше; например, для используемых в реле конденсаторов МБМ оно не должно превышать 50 В. Емкость конденсатора определяют по формуле С = ЗД87с/Е7а, где /с—гок в конденсаторе, мА; Uc— приложенное к конденсатору напряжение, В; С —ем- кость конденсатора, мкФ. Неправильная работа какого-либо каскада может быть вызвана не только неисправностью отдельного эле- мента (диода, транзистора, резистора и т. д.), но и пло- 56
реле транзисторах (эмиттер—коллектор), В Т4 Тб Т7 TS T9 более 0,2 19-24 7,5—11 5-6 7,5—10 0,2 0,2 19-24 8—11,5 5 5—6,5 8—11,5 5—7 2—2,8 0,2 хой пайкой, нарушением контакта в разъеме, перемыка- нием каких нибудь цепей на съемной плате Эти дефек- ты, как правило, можно обнаружить с помощью тща- тельного осмотра. Трансформаторы и дроссели, входящие в схему реле РЧ-1, проверяют следующим образом. Исправность входного трансформатора Т оценивают по результатам измерений коэффициента трансформации и тока холо- стого хода. Для измерения коэффициента трансформации па пер- вичную обмотку (выводы 7 и 8 реле) подают напря- жение порядка 100 В и измеряют напряжение на вто- ричных полуобмотках (точки 8a и 8&, 8Ь и 7Ь). При этом отсоединяют нагрузку, вынимают съемную плату и отключают дроссель ЗДр и конденсатор 1С (это удоб- но сделать на выводе конденсатора /С). Измерять на- пряжение на первичной и вторичной обмотках нужно вольтметрами одной системы. Сопротивление подклю- ченного ко вторичной обмотке вольтметра должно быть не менее 10 кОм. Такое сопротивление имеет, напри- мер, прибор Ц4312 на пределе измерения переменного напряжения 60 В Подключать вольтметр удобно к вы- водам разъема. При напряжении на первичной обмотке порядка 100 В напряжения между точками 8a и 8b, 8Ь и 7b должны быть по 50 В, напряжение между точками 8a и 7Ь 100 В. Возможны отклонения напряжений на 5— 10%. Ток холостого хода трансформатора измеряют мил- лиамперметром в рассечке провода, подключенного к рыводу 7 реле. Внутреннее сопротивление прибора зна- 57
чения практически не имеет. При напряжении на пер- вичной обмотке порядка 100 В ток холостого хода обычно составляет 2,5—3 мА. Через миллиамперметр не должен проходить ток вольтметра, измеряющего на- пряжение на первичной обмотке. На время измерений нужно его отключить и от вторичной обмотки. 300 М 26 К резистору Ж? регулировки. 720 Рис. 29. Схема дросселя измерительной цепи Цифры нац изображе- нием обмоток обозначают число витков в секции Цифры у выво- дов (кроме 1 и 2) соответствуют обозначениям па переключателе уставок по срабатыванию (без скобок) и по возврату (в скобках). Исправность дросселей 1Др и 2Др измерительных цепей можно оценить разными способами. Сначала по- лезно убедиться, что выводы отпаек от обмотки сдела- ны правильно. Наиболее просто это можно проверить путем измерения сопротивления постоянному току меж- ду соседними выводами. Схема дросселя приведена на рис. 29. Сопротивление одной секции регулировочной части обмотки дросселя составляет 55—70 Ом. Изме- рения производят непосредственно на гнездах переклю- чателей уставок. Можно применять омметр любой си- стемы. Если выводы перепутаны, то между двумя со- седними гнездами сопротивление окажется в пределах 110 Ом и более. Сопротивление постоянному току всей обмотки дросселя составляет около 3000 Ом. Затем проверяют сопротивление дросселя при часто- те 50 Гц. Это сопротивление измеряют методом ампер- метра и вольтметра. Обмотку дросселя выделяют из схемы и подают на нее напряжение около 100 В Полное сопротивление исправного и правильно отрегулирован- ного дросселя составляет 15—20 кОм. В некоторых пре- делах сопротивление дросселя можно изменять путем перемещения магнитного шунта. Для увеличения соп- ротивления магнитный шунт вдвигают в зазор (это соответствует уменьшению воздушного зазора), а для уменьшения — выдвигают. Так можно регулировать шкалу уставок реле. ^8
Завод-изготовитель рекомендует (7] оценивать исправность дросселей путем измерения напряжения иа выводах обмогки при отключенном резисторе плавной регулировки (1Д или 2R) и полностью выведенном магнитном ш^нте. Для такой проверки нужно заведомо нарушать регулировку дросселя, а также отпаивать ре- зистор плавной регулировки. Поэтому ее производят только в тех случаях, когда после выполнения описан- ных выше проверок остались сомнения в исправности дросселя. Дроссель можно считать исправным, если при подаче на всю обмотку напряжения порядка 100 В измеренные на выводах дросселя напряжения (см. рис. 29) соответствуют следующим: Выводы дрос- селя цепи срабатывания /—2 1—49 49—48 49—47 49—46 49—45 Выводы дроссе- ля цепи воз- врата .... 1—2 /—50 50—49 50—48 50—47 50—46 Напряжение, В 2,4—2,5 91—93 1,8—2 3,8—4,2 5,8—6,4 8,0—8,5 Дроссель ЗДр можно считать исправным, если его сопротивление постоянному току составляет около 200 Ом, а полное сопротивление при 50 В и частоте 50 Гц 1,5—2 кОм. Дроссель 4Др считают исправным, если его сопро- тивление постоянному току составляет 36—37 Ом.
Приложение 1 Технические данные реле РЧ Технические данные реле РЧ-1- пределы изменения уставок по срабатыванию 50—45 Гц, по возврату 46—51 Гц; уставки по времени срабатывания 0,15, 0,3; 0,5 с; время возвра- та не более 0,15 с; изменение частоты срабатывания при изменении напряжения постоянного оперативного тока в пределах 0,84-1,1 f/ном или напря- жения переменного оперативного тока в пределах 0,44-1,3 £/иом и одновременном изменении переменного напряжения на входе реле (выводы 7 и 8) в пределах 40—130 В нс более 0,2 Гц; то же при изменении переменного напряжения на входе реле в пределах 20—130 В не более 0,3 Гц. Технические данные реле РЧ-2: пределы изменения уставок по срабатыванию 50—55 Гц, по возврату 55—50 Гц; изменение частоты срабатывания при изменении напряжения постоянного оперативного тока в пределах 0,84-1,1 С/Ном или на- пряжения переменного оперативного тока в пределах 0,44-1,3 С/Ном и одновременном изменении переменного напряжения на входе реле (выводы 7 и 8) в пределах 60—150 В не более 0,2 Гц; то Же при изменении переменного напряжения на входе реле в пределах 45—150 В не более 0,3 Гц, а 20—150 В — не более 0,4 Гц. Общие технические данные дли РЧ-1 и РЧ-2: разность между частотой срабатывания и возврата реле на любой уставке не более 0,05 Гц (при использовании только одной измерительной цепи); изменение частоты срабатывания при изменении температуры окружающего воздуха (напряжения на входе реле и оперативного тока номинальные): Изменение температуры, °C.....................О-ьЦ-40 —20-4 4-40 - 404-4-40 20—40 Изменение частоты сра- батывания, Гц ... . 0,2 0,25 0,35 0,1 разрывная мощность контактов выходного промежуточного реле в цепях постоянного тока 60 Вт, в цепях переменного 300 В-А, потребляемая реле и вспомогательными устройствами мощность переменного тока для измерительных цепей (выводы 7—8 реле) — не более 5 В-А, вспомогательною устройства ВУ-3 —не более 15 В-А. 60
Приложение 2 ЙараметрЫ элементов реле РЧ-1 (обозначения даны в соответствии с рис. 3) Таблица П1. Резисторы Обозначение Сопротивление Обозначение Сопротив пение //?*’, 2R** 1 кОм R20 33 кОм (1 ,3+5%) кОм R21 10 кОм /?2IV—/?51V (5,6+5%) кОм R22, R23 1,2 кОм R1 10 кОм R24 33 кОм R6—R9 39 кОм R25 62 кО I RIO, Rll 18 кОм R26 10 кОм R12 12 кОм R27 33 кОм R13 39 кОм R28 2,7 кОм R14, R15 36 кОм R29, R30 1,2 кОм R16 22 кОм R31 680 Ом R17 62 кОм R32 3,3 кОм R18 33 кОм R33* 30—2500 Ом R19 10 кОм R34 1,5 кОм R* 20—450 кОм * Подбирается при ** Тип ППЗ-45 *»»Тип ПЭВ-25. 1VIim МЛТ-0,5. калибровке на заводе. Таблица П2. Конденсаторы Обозначение Тип Емкость, мкФ Напряжение, В 1 С МБГЧ-1-2А 2 250 2С, ЗС, 4С, 5С КСГ-2Г 0, 1 500 6С, 8С МБГО-2 4 160 7С МБГО-2 10 160 Cl, С4 МБМ 0,5 160 С2, СЗ МБМ 0,05 160 С5, С6 К-50-3 100 50 Таблица ПЗ, Диоды Обозначение Тип Обозначение Тип Д1, Д2, Д21 Д226Б Д8-Д20 Д223Б дз-дз Д223Б Д6, Д7 Д9Ж 61
Таблица П4, Стабилитроны Обозначение Тип Обозначение Тип С ml Д816А Таблица П5, Тр Cm2 анзисторы Д815А Обозначение Тип Обозначение Тип TJ—T4 Т5, 77 МП42Б МП113А Тб, Т8 T9 МП42Б МП26Б Примечание. В реле РЧ-2 применены те же элементы, что и в реле РЧ-1, со следующими отличиями дополнительно установлен резистор R35 МЛТ-0,6 на 10 кОм; конденсаторы 7С и 8С отсутствуют, конденсатор 6С—МБГО-2 на 2 мкФ, 160 В. Приложение 3 Технические данные приборов для измерения постоянного напряжения Тип прибора Предел измерения, В Сопротив тецие прибора Ц4312 150 100 кОм 60 40 кОм 30 20 кОм 7,5 5 кОм 1,5 5 кОм Ц435 100 1000 кОм 25 500 кОм 10 200 кОм 2,5 50 кОм Ц4315, Ц4317, 11,4323, На всех пределах изме- 20 кОм/В Ц4324, Ц4326, Ц4340, рения постоянного на- Ц4360 пряжения Ц4341 То же 16,7 кОм/В
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Применение полупроводников в устройствах релейной защи- ты и системной автоматики/Под общ. ред. И. И. Соловьева и А. М Федосеева. — М/ Высшая школа, 1962. — 284 с. 2. Виноградов Ю. А. Основы электронной и полупроводниковой техники, — М.: Энергия, 1972.—534 с. 3 Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ПоД общ. ред. Н. Н. Горюнова.—М.: Энер- гия, 1977. — 744 с. 4. Решение № Э-20/75 О переходе на новые виды, периодич- ность и объемы проверок устройств релейной защиты и электроавто- матики. — СПО ОРГРЭС, 1975. — 12 с. 5. Общая инструкция по проверке промежуточных и указатель- ных реле —СЦНТИ ОРГРЭС, 1969 —88 с. 6. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Реле частоты типов РЧ-1-У4, РЧ-1-Т4, РЧ 2-У4, РЧ-2-Т4 и вспомогатель- ное устройство типов ВУ-3-У4, ВУ-3-Т4. ЧЭАЗ. Издание 3-е—11 с. 7. Правила технического обслуживания устройств релейной за- щиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализа- ции электростанций и линий электропередачи 35—330 кВ.— ОРГРЭС, 1979.— 96 с. 8 Реле защиты/В. С. Алексеев, Г. П. Варганов, Б. И. Панфи- лов, Р. 3. Розенблюм.-—М.: Энергия, 1976. — 464 с.
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие................................................ 3 1. Назначение, принцип действия и устройство реле ... 4 2. Физические основы работы полупроводниковых приборов 15 3. Работа узлов полупроводниковой схемы и реле в целом 22 4. Проверка и наладка реле . ,.............................41 Приложения.................................................60 Список литературы , , , .............................. 63 Михаил Николаевич Хомяков РЕЛЕ ЧАСТОТЫ РЧ-1 Редактор М. М. Мирумян Редактор издательства Г. Г. Родин Технический редактор В. В. Хапаева Корректор М. Г. Гулина ИБ № 1615 Сдано в набор 31.03.82 Подписано в печать 02 06.82 Т-12346 Формат 84X108’/s2 Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная Печать высокая Усл печ л. 3,36 Усл. кр. отт 3,57 Уч.-изд п. 3,52 Тираж 20000 экз. Заказ 96 Цена 20 к. Энергоиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10 Московская типография № 10 Союзполиграфпрома при Государствен- ном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжно^ торговли. 113114, Москва, М-114, Шлюзовая на§., 10