книги из ГПНТБ / Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового энергоснабжения

в интегральной (твердотельной либо гибриднопленочной), кроме конденсатора С в случае большой выдержки времени. В этом слу­ чае расход транзисторов и других компонентов не является реша­ ющим критерием, так как все они могут быть изготовлены одновре­ менно в едином технологическом цикле.

Значительно более важной является функциональная плот­ ность (возможность изготовления законченного функционального элемента в малом объеме).

На рассмотренной основе возможно выполнить и другие важ­ ные функциональные элементы времени: элемент задержки (одновибратор) и времяимпульсный преобразователь и др. При запуске схемы короткий импульс, сформированный каскадом транзистор­ ной задержки (рис. 79), через И-НЕг запускает триггер (И-ИЕ\ и И-НЕ2) , импульсом с которого включается элемент Я-ЯВф Начи­ нается разряд конденсатора С. В момент, когда напряжение на конденсаторе становится равным Ux, срабатывает нуль-инди­ катор и сбрасывает триггер, схема возвращается в исходное со­ стояние.

Следовательно, схема работает как одновибратор с зависимой от Ux выдержкой времени. Если выбрать напряжения Un, U\ и Ux так, что срабатывание происходит на линейном участке экспонен­ ты —-примерно (0,1-Е0,3)т, — то длительность возбужденного со­ стояния триггера будет пропорциональна Ux. В этом случае схему можно использовать как времяимпульсный преобразователь. В этих схемах коэффициент использования емкости задающего конденсатора имеет тот же порядок, что и в схеме рис. 76.

Большие возможности открываются в связи с применением по­ левых транзисторов (особенно с изолированным затвором). Вход­ ное сопротивление такого транзистора может превышать Ю9Ом. Казалось бы, существует возможность уменьшения емкости времязадающего конденсатора. Вместе с тем входное сопротивление та­ кого транзистора велико как при закрытом транзисторе, так и в активной зоне, поэтому возрастает не только время срабатывания Яр реле, но и время подготовки £под. Для полного завершения про­ цесса заряда необходимо, чтобы ^под= (3-н5)т.

В то время как обычно tcр<т, в реле времени необходимо вы­ полнить уСЛОВИе ^подг-СКр-

Рис. 79. Универсальный времяобразующий элемент

J50

пользуется для образования временных интервалов. Полевой (уни­ полярный) транзистор имеет высокое входное сопротивление как в закрытом состоянии, так и в активной зоне и при насыщенном транзисторе.

Здесь возможны новые, более эффективные принципы выпол­ нения конденсаторных реле времени с обратными связями. Одна из

транзистор Т1 открыт. На затвор транзистора Т2 поступает низкий потенциал, и он также открыт. Конденсатор С заряжен таким об­ разом, что на левой обкладке потенциал 0, а на правой обкладке потенциал -\-Ua3. При запуске схемы транзистор Т1 и диод Д1 за­ крываются, начинается разряд конденсатора по цепи Ri, R*$, Re, переход база — эмиттер Т2 (диод Д2 закрыт).

где (Упор — напряжение, соответствующее порогу открытия тран­ зистора;

(У3н—-дополнительное к порогу напряжение, необходимое для насыщения транзистора.

151

§31. Система типовых логических

ифункциональных элементов «Сейма»

Разработка, проектирование, изготовление и эксплуатация электронных систем существенно облегчаются, если в них преиму­ щественно используют универсальные (типовые), хорошо отрабо­ танные и проверенные в эксплуатации логические и функциональ­ ные элементы, схемы и узлы. Логические и функциональные эле­ менты, объединенные в единую систему (набор), унифицированы по напряжениям питания, входным и выходным сигналам, предель­ ной частоте переключения, условиям применения (окружающая температура, влажность) и др., а также имеют единое конструктив­

ное выполнение.

Устройства автоматики и телемеханики электроэнергетических объектов железных дорог имеют ряд специфических особен­

Так, элементы систем ЭСА и ТУ электрифицированных желез­ ных дорог должны работать в условиях исключительно высокого уровня помех, создаваемых силовым и другим оборудованием, в широком интервале температур (обычно от —40 до -Ь60°С, а иногда н более).

Требования надежности и долговечности для электронных систем ЭСА и ТУ (15—20 лет и более), как правило, суще­ ственно превышают аналогичные требования, предъявляемые к устройствам, например, вычислительной техники. Проблема на­ дежности усугубляется тем, что из экономических и других соо­ бражений в системах элементов ЭСА и ТУ приходится применять транзисторы широкого применения. Во многих случаях устройства ЭСА и ТУ устанавливают на обслуживаемых пунктах, а также вне закрытых помещений (наружная установка), когда обслужи­ вание их непосредственно на месте затруднено или невозможно. Последнее накладывает особые требования как на надежность, так

ина конструкцию устройств.

Внастоящее время для целей комплексной автоматизации и телемеханизации устройств энергоснабжения железных дорог,

включая и релейную защиту, используется система элементов «Сейма».

153

§ 3 2 . Л о г и ч е с к и е э л е м е н т ы с и с т е м ы « С е й м а »

Логическая часть системы элементов «Сейма» включает в себя набор потенциальных и импульсно-потенциальных элементов. Основными потенциальными логическими элементами системы яв­ ляются элемент И-НЕ и диодная приставка И. Элемент И-НЕ из­ готовляется в двух модификациях: элемент И-НЕ-1К с малым ко­

И-У-2К (рис. 82, в), по параметрам аналогичный И-НЕ-2К, но со сдвигом фазы выходного сигнала 0.

В соответствующие модули включается по четыре одинаковых элемента.

Для размножения входов И и ИЛИ используется диодная схе­ ма И. Модуль (рис. 83) содержит пять таких схем.

Кремниевая модификация включает в себя два основных триг­

достаточно эффективную (с одним конденсатором) схему счетного запуска. При подключении резисторов R к источнику напряже­

Триггер ТГ-1М (рис. 85) мощный, особо высокой помехоустой­ чивости, с допустимым током нагрузки 100 мА. Ток управления 12 мА. Триггер имеет улучшенную схему счетного запуска и пото­ му, несмотря на значительную помехозащищенность, которая

jiPuc. 82. Модули И-НЕ-1К (а), И-НЕ-2К (б) и И-У-2К (в)

,154

Рис. 84. Маломощный триггер ТГ-4К

155

Рис. 87. Элемент транзис­ торной задержки ТЗ

обусловливает замедленное переключение, его предельная частота переключения достигает 10 кГц.

Для размножения входов триггеров ТГ-4К и ТГ-1М система содержит импульсно-потенциальные ячейки Ф1 и Ф2 соответст­ венно двух типов (рис. 86). С целью образования линий задерж­ ки, а также различных времязадающих схем в системе преду­ смотрен элемент транзисторной задержки (рис. 87). Для повыше­ ния помехоустойчивости, особенно в случае образования длинных линий задержки, элемент имеет диодный ограничитель сигнала по минимуму, кроме того, один из конденсаторов может включаться для создания отрицательной обратной связи.

§33. Функциональные элементы системы «Сейма»

Вгруппу функциональных элементов входят: электронные реле максимального и минимального токов (для одно-, двух- и трех-

фазных схем), дистанционное реле с круговой диаграммой на­ правленности, фазовые органы для устройств защиты, входные уз­

функции в одном модуле (например, дистанционная защита с вы­ держкой времени до 2 с). Во всех случаях, когда позволяют место и выводы разъема, модули с функциональными элементами допол­ няют типовыми логическими элементами И-НЕ-1К, И-НЕ-2К либо диодными сборками И. Это конструктивно облегчает реализацию различных логических связей.

Элемент ДТ-ЗК — трехфазное реле максимального тока (рис. 88). Реле содержит три независимых разделительных транс­ форматора с индивидуальными выпрямительными мостами, обра-

156

зующими схему ИЛИ для амплитудных значений входных напря­ жений. На выходе выпрямителей при этом устанавливается напря­ жение, пропорциональное максимальному из напряжений на входе элемента. Величина выпрямленного напряжения сравнивается с опорным схемой сравнения, основанной на циркуляции тока. Опор­ ное напряжение образовано с помощью стабилитрона Д1. От это­ го же стабилитрона осуществляется питание транзисторов нульиндикатора и реле времени, дополнительно установленного в мо­ дуле. В качестве нуль-индикатора используется эмиттерный пере­ ход транзистора Т1 трехкаскадного потенциального усилителя ('7 7 —7\3). Для образования коэффициента возврата кв< 1 усили­ тель имеет небольшую потенциальную положительную обратную связь (резистор Ri). Коэффициент возврата кв~0,9. Элемент ДТ-3 используется также в однофазных и двухфазных схемах. Элемент ДТ-ЗК можно также использовать как реле минимального напря­ жения (тока), при этом он срабатывает только в случае, если все входные величины одновременно ниже значений порога срабаты­ вания (т. е. реализуется схема И). Следует иметь в виду, что бы­ стродействие реле в этом случае существенно ниже.

Реле времени, включенное в модуль, выполнено на транзисто­ рах Т4, Т5, Тб по схеме модуля РВ. В модуль также включен один элемент И-НЕ-1К (транзистор 77). Такая комбинация элементов позволяет образовать в одном модуле одно-, двух- и трехфазную защиту максимального тока (напряжения) с выдержкой времени до 2 с. В реле возможно реализовать различные уставки по каждой фазе отдельно. Подключение реле к измерительным транс­ форматорам тока (напряжения) осуществляется с помощью про­ межуточных трансформаторов.

Элемент ДТ-2К представляет собой два однофазных реле (рис. 89) и предназначен для использования в дифференциальной

Рис. 88. М о д у л ь Д Т - З К — трехф азное реле

157

Рис. 89. Модуль ДТ-2

которых рассчитана на шесть входов. Параметры реле и прин­ цип действия такие же, как у рассмотренного ранее реле ДТ-ЗК- Элемент ДТ-ЗМ является трехфазным реле минимального на­ пряжения (тока). Реле содержит три разделительных трансформа­

каждому из входных транзисторов, что обеспечивает слабовыраженную релейную характеристику нуль-индикатора с кв=1,1-Н,2. Такая характеристика исключает возможность переключений нуль-индикатора под воздействием пульсации выпрямленного на­ пряжения. Для повышения быстродействия реле включены сглажи­ вающие конденсаторы параллельно эмиттерным переходам вход­ ных транзисторов (в соответствии с соображениями, изложенными ранее). Роль ограничителя при этом выполняет сам эмиттерный переход, что обеспечивается выбором соответствующего режима работы транзистора. При использовании элемента в качестве реле

пользования в качестве однофазного реле сопротивления с круго-

158

вой диаграммой направленности. Элемент имеет два входных трансформатора ТР1 и ТР2, подключаемых соответственно к цепям напряжения и тока. Схема сравнения выполнена на прин­ ципе сравнения токов. Нуль-индикатор аналогичен рассмотренным выше. Сглаживающий конденсатор включен параллельно эммитерному переходу входного транзистора. Это обеспечивает высокое

содержит также реле времени, выполненное по схеме модуля РВ-1Д (см. рис. 94), и элемент И-НЕ-1К (см. рис. 82, а).

Рис. 91. Модуль ДС-ЗК

159