Реле сопротивления на операционных усилителях Советский патент 1981 года по МПК H02H3/40 H01H83/16 

154) РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ОПЕРАЦИОННЫХ Реле сопротивления на операциоТГ усилителях относится к автоматизации энергетических систем и может быть использовано для релейной защиты электротехнических установок. Известны реле сопротивления, основанные на сравнении электрических величин по абсолютному значению и содер жащие цепи формирования электрических величин, сравнения их по абсолютному значению и сглаживающего фильтра 1 j и 2. Общим недостатком этого устройства является значительное время срабатывания из-за переходных процессов в сглаживающем фильтре. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является реле сопротивления на операционных усилителях (ОУ), содержащее преобразователь ток-напряжение, выходом присоединенный через первое масщтабирующее звено к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через УСИЛИТЕЛЯХ последовательно соединенное второе масштабирующее звено - к входу фазоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу второго однополупериодного формирователя модуля, вторым входом - к выходу фазопоноротного блока, инвертирующий ОУ со сглаживающей RC-цепью в обратной связи, входом подсоединенный через первьй резистор к первому выходу, а через второй резистор - к входу первого однополупериодного формирователя модуля, через третий резистор к первому выходу, а через четвертый и пятый резисторы - к первому и второму входам второго однополупериодного формирователя модуля, выход инвертирующего ОУ подсоединен к первому входу компаратора, к второму входу которого подсоединен блок смещения .3j. Однако наличие в отрицательной обратной связи инвертирующего ОУ 3 сглаживакяцей RC-цепи преследует свое целью обеспечение устойчивого срабатьгеания компаратора при коротких замыканиях на границе зоны срабатывания реле сопротивления. При этом, чем более высокая степень сглаживания, тем более устойчивое срабатьгаание компаратора. Вместе с тем увеличение сглаживания приводит к снижению быстродействия из-за увеличения времени переходного процесса в сглаж вакнцей цепи. Цель изобретения - повышение быст родействия. Указанная цель достигается тем, что в известное реле сопротивления, дополнительно введены два сумматора, в обратные связи которых включены вт рая и третья сглаживающие RC-цепи,, и две дифференцирующие цепи, причем вход инвертирующего ОУ через.первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, входы первого сумматора подсоединены ко вт рому выходу и к входу первого однополупериодного формирователя модуля, а входы второго сумматора - к втором выходу и первому и второму входам вт рого однополупериодного формировател модуля. На чертеже представлена схема пре лагаемого реле сопротивления на опер ционных усилителях. Схема содержит преобразователи ток-напряжение 1 и напряжение-напряжение 2, масштабирующие звенья 3-5 однополупериодные формирователи 6 и 7 модуля, фазоповоротный блок 8, включающий инвертирующий усилитель 9 фазоповоротный блок выполненный на ОУ 10, и переключатель 11, сумматор 12 - на ОУ 13, в обратную связь кото рого включена сглаживающая цепочка RC - 14 и 15, сумматор 16 - на ОУ 17 в обратную связь которого включена сглаживающая RC-цепочка 18 и 19, инвертирующий ОУ 20, сглаживаклцая RC-цепь 21 в обратной связи ОУ 20, резисторы 22-26,дифференцирукшц1е цепи 27 и 28, компаратор 29 и блок 30 смещения. Напряжение, пропорциональное току 1, с выхода преобразователя ток-напряжение 1 подается на входы масштабирукяцих звеньев 3 и 4. Коэффициент передачи масщтабирующих звеньев регулируется изменением сопротивления в цепи отрицательной обратной связи 0 ОУ, На выходе масштабирующего звена 3 формируется напряжение kj , где k.- коэффициент преобразоваНИН преобразователя, ток-напряжение; ki - коэффициент преобразования масштабирующего звена A, которое подается на вход фазоповоротного блока 8. Изменение фазы входного сигнала осуществляется плавно с помощью переменного резистора фазовращателя, построенного на ОУ 10, и ступенчато путем, подключения фазовращателя к вьгходу масштабирующего звена 4 или инвертирующего усилителя 9 с помощью переключателя 11. Фазоповоротный блок 8 позволяет менять фазу выходного сигнала относительно входного от О до ЗбО. В результате на вьгходе блока 8 напряжение равно , где k2 - комплексный коэффициент преобразования, модуль которого регулируется с помощью масшта.бирующего звена 4, а фазы - фазоповоротным блоком 8. Напряжение с выхода преобразователя напряжение-напряжение 2 поступает на вход масштабирующего звена 5, на выходе которого формируется сигнал коэффициент преобразования преобразователя напряжение-напряжение; k - коэффициент преобразования масштабирующего звена 5. Напряжение Е поступает на вход однополупериодного формирователя 6 модуля выполненного на ОУ, причем положительные полуволны с первого выхода формирователя 6 преобразовьтаются в соответствии с коэффициентом передачи, определяемым соотношением операционного сопротивления 21 в цепи отрицательной обратиой связи инвертирующего ОУ 20 и входного резистора 26. Отрицательные полуволны поступают на первый вход сумматора 12. Кроме того, напряжение с выхода масштабирующего звена 3 поступает на второй вход сумматора 12, где суммируется с отрицательньв и полуволнами с выходом блока 6. На выходе сумматора 12 формируете средневыпрямленное напряжение, которое отфильтровывается с помощью сглаживающей цепочки включенной в обратную связь ОУ 13. Напряжение с выхода фазоповоротного блока 8 поступает на первый вход второго однопэлупериодного формирователя 7 модуля, на второй чход которого поступает напряжение с выхода I масштабирующего звена 5. На первом выу.оле ri;roKa 7 форммруе гея отрицательное одиополупернолиое напряжен суммы Bxozuibix сигналов и на втором выходе - положите.мьное однополупери одное напряжение суммы этих же сиг лов. На входы сумматора 16 поступают напряжения с выхода фазоповоротного блока 8, масштабирующего звена 5 и положительные полуволны - с второго выхода блока 7. Сумматор вьтолнен н ОУ 17, в обратную связь которого вк чена сглаживающая цепочка R.- На его выходе формируется средневьт мленное напряжение суммь( Напряжения с выходов блоков 3, 8 и 5 и первых выходов формирователей 6 и 7 модуля преобразовьгааются в соответствии с коэффициентом, опре деляемым отношением операционного с противления 21 обратной связи инвер тирующего ОУ 20 к соответствующему резистору пряжения с выходов сумматоров 12 и 16 - с коэффи циентами, определяемыми отношением операционного сопротивления 21 к со ответствующему сопротивлению дифференцирующей цепочки 27 и 28. В установившемся режиме средневыпрямленные сигналы с выходов сумматоров 12 и 16 не трансформируются на вькод ОУ 20, так как для низкочастотных составляющих козффи.циенты преобразования определяемые отношением операционного сопротивления 21 к 27 и 28, соответствуют дифференциатору. Сигнал на выходе ОУ 20 в этом cnyiae определяется разностью 4T-l 4,(2ll /Е, / - /Е2/ Если разность отрицательна, то компаратор 29 находится в режиме положительного ограничения (срабатывания) ; если разность положительна, то компаратор 29 находится в режиме отрицательного ограничения (несрабатывания) При коротком замыкании в первичной сети происходит резкое изменение входных тока j и напряжения U.. Время переходного процесса результиурющего напряжения на выходе ОУ 20 определяется не только постоянной времени сглаживающей RC-цепи в обратной снязи, но и сигналами, преоб . разуемыми с выходов сумматоров I2 и 16. Учитывая дйфференцнрухчпие свойства каналов преобразования, определяемые цепями 27 и 28, процесс установления на вьпсоде ОУ 20 форсируется в переходном режиме. На второй вход компаратора подается напряжение с выхода блока 30 смещения, что позволяет регулировать уровень срабатывания компаратора, с целью компенсации дрейфа нуля усилителей. Предлагаемое реле сопротивления широкие возможности в отношеНИИ получения характеристик срабатывания в плоскрсти комплексного параметра. Оно позволяет регулировать конфигурацию и положение характеристик срабатывания путем изменения сопротивления резисторов. Такое реле сопротивления выпohнeннoe на ОУ, имеет малое потребление мощности. Введение дополнительных блоков, а также их соответствующее подключение к цепям реле сопротивления позволяет увели- чить быстродействие по сравнению с известным реле на 30 м. Формула изобретения Реле сопротивления на операционных усилителях(ОУ), содержащее преобразователь ток-напряжение, выходом присоединенный через нерпос масштабирующее звено к входу первого одно- . полупериодного формирователя модуля, через последовательно соединенные второе масштабирующее звено - к входу фазоповоротного блока, преобразователь напряжение-напряжение, выходом подсоединенный через третье масштабирующее звено к первому входу второго однополупериодного формирователя моуля, вторым входом подсоединенного к выходу фазоповоротного блока, инертирующий операционный усилитель с ервой сглаживающей RC-цепью в обратой связи, входом подсоединенный чеез первый резистор к первому выхоу, а через второй резистор - к входу ервого однополупериодного формироваеля модуля, через третий резистор первому выходу, а через четвертый пятый резисторы - к первому и втоому входам второго однополупериодного ормирователя модуля, выход инвертиунщего ОУ подсоединен к первому входу омпаратора, к второму входу которого 7 . подсоединен блок смещения, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно введены два сумматора, в обра ные овязн которых включены вторая и третья сглаживающие RC-цепи, и две. дифференцирующие цепи, причем вход инвертирующего операционного усилителя через первую и вторую дифференцирующие цепи подсоединены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, входы первого сумматора подсоединены ко второму выходу и к входу первого однополупериодного фор мирователя модуля, а входы второго сумматора - к второму выходу и перому и второму входам второго одноолупериодного формирователя модуя. Источники информации, принятьш во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 477485, Кл. Н U2 Н :t/4U, 1У75. 2.Ванин В.К, Енин А.С., Рузин Я.Л., Сафонов А.И. Построение устройств заг щиты на аналоговых решающих элементах. Сборник Электроэнергетика. Труды ЛПИ 340, 1974. с. 71-75. 3.Авторское свидетельство СССР № 615562, кл. Н 02 Н 3/40, Н 01 Н 83/16, 1978.