9.Полупроводниковые реле. Логические органы полупроводниковых реле.

Полупроводниковые реле.

Полупроводниковые реле и схемы автоматики - это релейная защита и автоматика нового, второго поколения.

Элементная база этих реле – диоды, транзисторы и интегральные микросхемы. В виде интегральных микросхем выполняются операционные усилители, компараторы, счетчики, дешифраторы и т.д.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые микросхемы преобразуют непрерывные сигналы. К ним относят, например, операционные усилители.

Цифровые микросхемы преобразуют и обрабатывают дискретные сигналы. На их основе выполняют логическую часть РЗиА.

Использование полупроводниковой элементной базы в устройствах РЗиА повышает их быстродействие, уменьшает массу и габариты. Значительно уменьшает потребляемую мощность. Из-за отсутствия движущихся частей и контактной системы полупроводниковые реле более надежны.

Недостаток – зависимость их характеристик и параметров от температуры.

Этот недостаток устраняется конструктивными и схемными решениями.

Логические органы полупроводниковых реле.

1. Комбинационные логические элементы. И, ИЛИ, НЕ.

2. Логический элемент времени. Используется для создании выдержки времени. Для создания выдержки времени используется процесс заряда или разряда конденсатора.

При отсутствии сигнала на входе переход ЭБ открыт. Через него проходит прямой ток. Поэтому транзистор открыт и конденсатор С закорочен. К диоду VD приложено обратное напряжение и он закрыт. Сигнал на выходе равен 0. На входе появляется Uвх. Транзистор закрывается и конденсатор заряжается. После его заряда диод VD открывается и замыкает цепь выхода. Возникает ток Iвых и напряжение Uвых на резисторе Rн. Выдержка времени равна времени от подачи Uвх до возникновения сигнала на выходе. Iвых, U вых.

Схема элемента времени.

3. Триггер.

4. Триггер со счетным входом.

5. Одновибратор. Это элемент с одним устойчивым и одним неустойчивым состоянием. При подаче внешнего сигнала одновибратор переходит в неустойчивое состояние. Затем по истечении заданной выдержки времени возвращается в устойчивое состояние. Может использоваться, например, в качестве расширителя импульсов.

6. Мультивибратор. Мультивибратор, как и триггер имеет два устойчивых состояния, но переход из одного в другое происходит без внешних воздействий. Используется в качестве генератора прямоугольных импульсов.

7. Блокинг-генератор. Применяется для получения кратковременных импульсов. Может работать как в ждущем режиме (посторонний запуск), так и в режиме автоколебаний.

7. Логические реле. Промежуточные реле. Указательные реле. Герконовые реле.

Логические реле.

1. Реле времени. КТ

2. Промежуточные реле КL.

3. Указательные реле КН.

Промежуточное реле.

Они имеют электромагнитную систему с поворотным якорем. Их назначение:

1. Увеличение контактов основного реле.

2. Увеличение коммутационной способности схемы. Разгрузка контактов основного реле.

Промежуточные реле выполняются с одной или несколькими обмотками, с включением по напряжению, по току или по току и напряжению .

Промежуточное реле с обмотками по напряжению включается на полное напряжение источника оперативного тока (обмотки напряжения). С обмотками по току включается последовательно с обмотками других аппаратов (обмотки тока).

Выпускаются на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, 110 ,220 В и переменного тока 127, 220, 380 В.

Промежуточные реле различаются:

1. По количеству обмоток.

2. По типу обмоток.

3. По числу, состоянию и мощности контактов.

4. По времени срабатывания и возврата.

К промежуточным реле предъявляются высокие требования по быстродействию. Время их срабатывания не должно превышать 0,01-0,03 с.

Напряжение срабатывания Uср=0,7 Uном.

Реле постоянного тока типа РП-23, РП-24.

Время срабатывания <0,06 с.

Выпускаются на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, 110 ,220 В

Устройство реле РП-23. Имеется:

- электромагнит с обмоткой;

- якорь, который может менять свое положение;

- неподвижные и подвижные контакты;

- возвратная пружина;

- регулировочные пластины.

Имеется регулировочное устройство, которое регулирует расстояние зазора между якорем и электромагнитом.

Реле постоянного тока типа РП-211, РП-215. Малогабаритные, быстродействующие. Отличаются типом, количеством контактов и обмоток. Время срабатывания 0,02 с. Мощность 5 Вт.

Аналогичные РП-23 промежуточные реле на переменном оперативном токе имеют магнитопровод из листов электротехнической стали. На полюс электромагнита намотан короткозамкнутый виток, для предотвращения вибрации подвижной системы. Типы реле переменного тока РП-25, РП-26.

Недостатки:

1. Возможность отказа при срабатывании из-за снижения напряжения в сети.

2. Значительная мощность, потребляемая при срабатывании.

Меньше недостатков имеют реле переменного тока типа РП-321 и РП-341. В их схеме используется промежуточное реле постоянного тока, подключенное к выпрямителю. Это снижает мощность при срабатывании. Реле имеет насыщающийся трансформатор. Он ограничивает ток и напряжение во вторичной цепи, облегчая работу контактов управляющих реле, и потребление мощности реле. Имеются малогабаритные реле типов РМУГ, РЭ, РЭС. Рассчитаны на низкие напряжения и токи.

Указательные реле.

Наиболее распространенное реле типа РУ-21.

Назначение – используется в схемах защиты для указания срабатывания РЗиА. Облегчают задачу анализа действия РЗиА и определения характера повреждения. Обмотки этих реле могут включаться как последовательно в цепь, так и параллельно. Наиболее распространены указательные реле с последовательным включением обмоток.

Устройство РУ-21.

1. Электромагнит, состоящий из сердечника.

2. Якорь.

3. Сигнальный флажок.

4. Контактная система. 5. Возвратная пружина. 6. Скоба.

При прохождении тока по обмотке якорь притягивается к сердечнику. При этом сигнальный флажок выходит из зацепления и под собственным весом поворачивается. В результате меняется цвет флажка и замыкается контактная система. После исчезновения КЗ ток по обмотке реле не проходит. Якорь возвращается в первоначальное положение, а флажок остается на месте.

Герконовые реле

Недостатки электромеханических реле:

1. Наличие открытых ненадежных контактов, которые подвергаются воздействию окружающей среды.

2. Большое время срабатывания из-за значительной массы подвижного якоря.

Поэтому изобрели герконовые реле. Это электромагнитные реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами.

1 – Стеклянна колба, заполненная инертными газами.

2 – Пружинящие пластины, впаянные в стеклянную колбу.

3- Обмотка.

В нормальном режиме пластины разомкнуты. Ток в обмотке вызывает магнитный поток Ф, проходящий по пластинам. Пластины являются одновременно магнитопроводом, подвижными частями реле и контактными пружинами. Он создает электромагнитную силу, стремящуюся притянуть пластины друг к другу. Пластины смыкаются и замыкают цепь.

Достоинство:

1. Малое время срабатывания (тысячные доли секунды).

2. Малые габариты.

3. Высокая надежность. Геркон имеет большое число срабатываний. Порядка 1012 раз.