РЕЛЕ МИНИМАЛЬНОГО ТОКА Советский патент 1973 года по МПК H01H47/32 

1

Изобретение относится к области автоматики и может быть применено для автоматического переключения сильноточных устройств при снижении до минимального заданного значения величины постоянного тока.

Известны реле минимального тока, предназначенные для автоматической коммутации сильноточных электропитающих установок. Эти реле достаточно надежно срабатывают при пропадании контролируемого постоянного тока. Однако в тех случаях, когда необходимое переключение должно производиться при снижении Величины контролируемого тока до заданного минимального значения, составляющего относительно малую часть (5%) от исходной величины тока, известные реле минимального тока не могут быть применены в виду недостаточной стабильности их тока срабатывания.

Целью изобретения является создание несложного и недорогого реле минимального тока, которое надежно срабатывает при снижении величины контролируемого постоянного тока до заданного минимального значения, составляющего небольщую часть от исходной величины тока.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема реле минимального тока; на фиг. 2 - график насыщения сердечника.

Реле содержит Цепь контроля величины постоянного тока /, исполнительное устройство 2, транзистор 3, трансформатор 4, делитель напряжения на резисторах , диод 7, резистор 8, конденсатор 9, токовую шину 10, намагничивающую обмотку 11, обмотку обратной связи 12, обмотку разма лничивания 13, обмотку выходного реле 14, транзистор 15 усилителя, резисторы 16 и 17 и конденсаторы

18 и 19.

Трансформатор 4 выполнен на тороидальном сердечнике из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Токовая щпна 10, по которой протекает

контролируемый постоянный ток проходит сквозь отверстия тороида, трансформатора 4, что вызывает намагничивание сердечника, встречное намагничиванию, создаваемому коллекторным током транзистора 3, протекающим по обмотке 11. Обмотка обратной связи 12 включена в цепь базы транзистора 3, а обмотка размагничивания 13 и диод 7 включены таким образом, что полярность напряжения на обмотке 13 соответствует закрытому

состоянию диода 7 при возрастании коллекторного тока транзистора 3 и проводящему состоянию диода 7 при исчезновении коллекторного тока. В качестве исполнительного устройства 2 может быть использовано электромагнитное реле или любое другое устройство

{электромеханическое и электронное), срабатывающее за счет увеличения напряжения постоянного тока либо за счет уменьшения частоты напряжения переменного тока.

Реле м-инимального тока работает следующим образом.

В течение одного полупериода генерируемых колебаний в цепи контроля тока, соответствующего открытому состоянию транзистора 5, происходит намагничивание сердечника трансформатора 4 коллекторным током, а в течение последующего полупериода сердечник трансформатора 4 размагничивается током, протекающим через обмотку 13 и диод 7. Этим током заряжается конденсатор 9, разряд которого происходит через резистор 8. В исходном положении контролируемый ток (/контр.) имеет максимальную величину, которая может достигать сотен и тысяч ампер (фиг. 2). Это вызывает смещение рабочей точки на характеристике намагничивания трансформатора в насыщенную область с напряженностью намагничивания во много раз превышений Яс материала сердечника (точка I на фиг. 2). Цепь намагничивания контролируемым током образует один виток вокруг сердечника трансформатора 4, и следовательно, намагничивающая сила, создавамая этим током, численно равна /контр. Режим работы транзистора 3 и число витков обмотки // выбраны таким образом, что, наиряженность, создаваемая коллекторным током ДГк открытого транзистора равна примерно 3 Яс, и трансформатор 4 работает на насыщенном участке характеристики «амагничив-ания (между точками I и II фиг. 2), имеющем низкое значение магнитной проницаемости

(АБ АБмин).

Л/2

Период генерируемых колебаний определяется выражением

Zwi-HB-S

(1)

т

где tWi -ЧИСЛО витков обмотки //;

ДВ - амплитуда изменения индукции

в сердечнике трансформатора 4; S - площадь сечения сердечника трансформатора 4;

Е -напряжение источника питания устройства.

Из выражения (1) следует, что при работе В рассматриваемом режиме период Т относительно мал, а частота колебаний / - велика. По мере уменьшения величины тока /KOHtp. рабочая точка на характеристике намагничивания смещается к области с большой крутизной, и в тот момент, когда величина тока достигает заданного минимального значения (точка III на фиг. 2), трансформатор 4 оказывается в режиме с максимальным изменением индукции в сердечнике (ДВмакс ё 2Bs}. В результате происходит скачкообразное уменьшение частоты генерируе.мых колебаний, Причем частота колебаний в режиме, при котором контролируемый ток минимален, примерно на порядок ниже частоты колебаний при исходной величине контролируемого тока. Такое скачкообразное уменьшение частоты генерируемых колебаний вызывает срабатывание исполнительного устройства 2.

Вход исполнительного устройства 2 подключен к обмотке 13 трансформатора 4 цепи контроля тока; электромагнитное реле 14 включено в коллекторную цепь транзистора

15, а напряжение в цепь базы транзистора 15 поступает через делитель напряжения, состоящий из резистора 17 и конденсатора 18. Отрицательные полупериоды колебательного напряжения, поступающего на базу транзистора

15, вызывают усиленные импульсы тока в цепи его коллектора. Этими импульсами тока заряжается конденсатор 19, подключенный параллельно обмотке реле 14, вследствии чего В обмотке этого реле протекает примерно постоянный ток. При относительно большой величине контролируемого тока /контр, частота колебаний, поступающих на исполнительное устройство 2, велика (порядка 3000 гц), и вследствии того, что делитель 17,

18 имеет на этой частоте большое затухание, коллекторный ток транзистора 15 недостаточен для срабатывания реле 14.

При уменьшении величины постоянного контролируемого тока до минимального заданного значения скачкообразное снижение частоты колебаний (примерно до 300 гц) приводит к резкому возрастанию коллекторного тока транзистора 15 ввиду малого затухания делителя 17, 18 на этой частоте, и реле 14

срабатывает. Для обеспечения достаточно надежной работы предложенной схемы реле минимального тока рекомендуется соблюдать следующие примерные соотношения:

AW

(2)

( 1

см м

3

(3) V см J

м

где /ср - длииа средней магнитной силовой линии сердечника трансформатора 4;

Число витков Wi может быть выбрано равным от нескольких сот до нескольких тысяч, в зависимости от величины сопротивления токовой шины 10 и от допустимой величины пульсаций, наводимых в токовой шине 10 за счет колебаний в цепи контроля /.

Для сердечника трансформатора 4 рекомендуются мапнитопроводы тороидальные типа ОЛ, причем выбор размера сердечника в значительной степени зависит от максимальной величины контролируемого тока.

Конструктивно реле минимального тока может быть выполнено в виде автономного

блочка, надеваемого на токовую тину 10. Может быть также использовано одно и то же устройство для работы при различных градациях контролируемого тока путем применения в месте установки реле .минимального тока шины 10, состоящей из центральной и шунтирующей ветвей. При этом образующийся короткозамкнутый виток практически не влияет на работу устройства при условии выбора достаточно большого числа витков w, обмотки 11 (сопротивление центрального стержия токовой шины не должно быть менее 10- -т-г-Ю- ожа).

Предмет изобретения

Реле минимального тока, содержащее транзистор, тороидальный сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса, на котором размещены намагничивающая обмотка, обмотка обратной связи и обмотка размагничивания, исполнительное реле и усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, в нем тороидальный сердечник прошит выходной шиной источника контролируемого тока, база транзистора соединена через обмотку обратной связи со средней точкой резисторного делителя напряжения, коллектор транзистора соединен через намагничивающую обмотку с отрицательным полюсом

источника питания, один вывод обмотки размагничивания соединен с положительным полюсом источника питания, а другой - с катодом диода и через резистор с базой транзистора усилителя, анод диода соединен через

резистор, зашунтированный конденсатором, с положительным полюсом источника питания, коллектор транзистора усилителя соединен через обмотку выходного реле, зашунтированную конденсатором, с отрицательным полюсом источника питания, а его эмиттер соединен через резистор с положительным полюсом источника питания.

Г

a

2

.f

W

-f

: ::--1.-..-Г71±1L

1

8

/(

Г6

Фиг. 1

Н

I контр.} малс /