РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ
VOLTAGE RELAY

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам защиты от превышения напряжения, и может быть использовано в схемах защитного отключения передвижных электроустановок.
Известно реле напряжения, содержащее входной выпрямительный мост, к выходу которого подключены последовательно соединенные обмотка исполнительного электромагнитного реле и полупроводниковый ключ, выполненный, в частности, на транзисторном оптроне, вход управления которого подключен к выходу блока управления на транзисторе и операционных усилителях с цепями положительной обратной связи, к одному из входов которых подключен резистивный делитель напряжения, подсоединенный параллельно полупроводниковому ключу, а к другому - термокомпенсированный источник опорного напряжения на последовательно соединенных стабилитроне, диодах и резисторе, также подключенный параллельно полупроводниковому ключу (CN 101697409 (А), опубликовано 21.04.2010).
Наличие сопротивления у заземлителей передвижных электроустановок, которое может иметь значительный разброс по величине, приводит к неконтролируемой просадке входного напряжения в момент включения полупроводникового ключа, когда происходит подключение к входу относительно низкоомной обмотки исполнительного электромагнитного реле. Просадка входного напряжения может быть столь значительной, что в некоторых случаях электромагнитное реле не срабатывает, в связи с чем данное реле напряжения не выполняет свою функцию, что является низким показателем надежности работы.
Недостатками аналога являются:
- сложность и ненадежность его работы в схемах защитного отключения передвижных электроустановок, имеющих большие значения сопротивления заземлителей, посредством которых осуществляется подвод контролируемого напряжения к входу реле напряжения;
- недостаточная перегрузочная способность полупроводникового ключа, ввиду отсутствия у него защитных цепей от бросков напряжения, что также характеризует реле как ненадежное изделие.
Наиболее близким к заявляемому реле напряжения, принятым за прототип, является реле напряжения (АС №530369, опубликовано 30.09.1976), содержащее накопительный конденсатор, полупроводниковый ключ, выполненный на тиристоре, блок управления полупроводниковым ключом с резистивным делителем напряжения и источником опорного напряжения, выполненным на стабилитроне, исполнительное электромагнитное реле, обмотка которого соединена последовательно с полупроводниковым ключом, причем параллельно обмотке подключены два согласно последовательно соединенных диода, к общей точке которых подсоединены накопительный конденсатор и стабилитрон. Полупроводниковый ключ, выполненный на основе тиристора, имеет остаточное падение напряжения порядка 1 В.
Недостатком прототипа является низкая чувствительность и существенный температурный уход напряжения срабатывания, обусловленный отсутствием чувствительного порогового устройства со стабильным и четким порогом срабатывания.
Технический результат предполагаемого изобретения - повышение чувствительности и температурной стабильности срабатывания реле напряжения.
Указанный технический результат достигается тем, что в реле напряжения, содержащем накопительный конденсатор, полупроводниковый ключ, блок управления полупроводниковым ключом с резистивным делителем напряжения и источником опорного напряжения, выполненным на стабилитроне, исполнительное электромагнитное реле, обмотка которого соединена последовательно с полупроводниковым ключом, а параллельно обмотке подключены два согласно последовательно соединенных диода, к общей точке которых подключены первые выводы накопительного конденсатора и стабилитрона, в блок управления полупроводниковым ключом введены транзистор первого типа проводимости и резистор, при этом второй вывод стабилитрона подключен к эмиттеру транзистора первого типа проводимости и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом накопительного конденсатора, база транзистора первого типа проводимости соединена со средней точкой резистивного делителя напряжения, подключенным параллельно полупроводниковому ключу, полупроводниковый ключ выполнен на транзисторе второго типа проводимости, база которого через введенный ограничительный резистор соединена с коллектором транзистора первого типа проводимости.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что благодаря введению в блок управления полупроводниковым ключом транзистора первого типа проводимости и резистора при подключении второго вывода стабилитрона к эмиттеру транзистора и первому выводу резистора в блоке управления полупроводниковым ключом образуется измерительный мост с термокомпенсирующим диодом и усилителем постоянного тока, а подключение коллектора транзистора первого типа проводимости к базе транзистора второго типа проводимости образует пороговый элемент на транзисторах разного типа проводимости с коллекторной обратной связью, имеющий четкий и стабильный порог срабатывания, которые в совокупности обеспечивают повышение чувствительности и температурной стабильности реле напряжения.
В заявляемом реле напряжения повышение температурной стабильности обеспечивается применением не дополнительного термокомпенсирующего диода, как это предложено в известных технических решениях, а за счет уже имеющегося в реле напряжения одного из согласно последовательно соединенных диодов, подключенных параллельно обмотке исполнительного электромагнитного реле. Следовательно, использование предложенного схемотехнического решения приводит к появлению нового положительного эффекта, заключающегося в том, что уже имеющийся в реле напряжения диод в цепи заряда накопительного конденсатора, кроме функции развязки, дополнительно одновременно начинает выполнять и функцию термокомпенсации измерительного моста.
Известно, что для повышения чувствительности и эффективности реле напряжения введение в него транзистора первого типа проводимости, эмиттер и база которого подключены к диагонали измерительного моста, образованного резистивным делителем напряжения, стабилитроном и диодом, а коллектор - к входу управления полупроводникового ключа, выполненного на транзисторе второго типа проводимости, коллектор которого через ограничительный резистор соединен с базой транзистора первого типа проводимости и обмоткой исполнительного электромагнитного реле, при этом измерительный мост подключен параллельно последовательно соединенным обмотке исполнительного электромагнитного реле и полупроводникового ключа.
В заявляемом реле напряжения измерительный мост и проводниковый ключ, содержащие элементы с низкой перегрузочной способностью, соединены между собой в параллель непосредственно и подключены к входу реле через обмотку исполнительного электромагнитного реле, обладающей высокой перегрузочной способностью, и при этом они зашунтированы накопительным конденсатором, который обеспечивает их защиту от бросков входного напряжения.
На фигуре представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого реле напряжения, где приняты следующие обозначения:
1 - накопительный конденсатор;
2 - блок управления полупроводниковым ключом;
3 - делитель напряжения;
4 - стабилитрон;
5 - резистор;
6 - транзистор первого типа проводимости;
7 - полупроводниковый ключ;
8 - транзистор второго типа проводимости;
9 - ограничительный резистор;
10 - исполнительное электромагнитное реле;
11, 12 - диоды;
13 - замыкающий блок-контакт исполнительного электромагнитного реле.
Реле напряжения содержит накопительный конденсатор 1, блок управления полупроводниковым ключом 2, состоящий из резистивного делителя напряжения 3, источника опорного напряжения, выполненного на стабилитроне 4, резистора 5 и транзистора первого типа проводимости 6. База транзистора первого типа проводимости соединена со средней точкой резистивного делителя напряжения 3. Полупроводниковый ключ 7 подсоединен параллельно резистивному делителю напряжения 3 и выполнен на транзисторе второго типа проводимости 8. База транзистора второго типа проводимости 8 через ограничительный резистор 9 соединена с коллектором транзистора первого типа проводимости 6. Обмотка исполнительного электромагнитное реле 10 соединена последовательно с полупроводниковым ключом 7. Параллельно обмотке исполнительного электромагнитного реле 10 подсоединены два согласно последовательно соединенных диода 11 и 12, к общей точке которых подключены первые выводы накопительного конденсатора 1 и стабилитрона 4. Второй вывод стабилитрона 4 подключен к эмиттеру транзистора первого типа проводимости 6 и первому выводу резистора 5, второй вывод которого соединен со вторым выводом накопительного конденсатора 1.
С целью возможности использования в схемах переменного тока реле напряжения может содержать входной выпрямительный мост, а для возможности использования в устройствах с большим временем отключения параллельно полупроводниковому ключу - замыкающий блок-контакт исполнительного электромагнитного реле.
Реле напряжения работает следующим образом.
При значении входного напряжения меньшего напряжения срабатывания реле полупроводниковый ключ 7 находится в отключенном состоянии и не шунтирует накопительный конденсатор 1, позволяя ему заряжаться через обмотку исполнительного электромагнитного реле 10 и диод 12 входным напряжением. При этом диод 11 заперт, а через обмотку исполнительного электромагнитного реле 10 помимо зарядного тока накопительного конденсатора 1 протекает ток измерительного моста блока управления полупроводниковым ключом 2. Кратковременность протекания зарядного тока и незначительность тока измерительного моста не приводят к срабатыванию исполнительного электромагнитного реле 10. При достижении входным напряжением уровня напряжения срабатывания транзистор 6 блока управления полупроводниковым ключом 2 и транзистор 8 полупроводникового ключа 7 открываются, причем процесс открывания транзисторов происходит лавинообразно благодаря наличию в реле коллекторной обратной связи. Открытие транзистора второго типа проводимости 8 приводит к закрытию диода 12 и подключению относительно низкоомной обмотки исполнительного электромагнитного реле 10 к входу реле, приводящего к просадке входного напряжения из-за возникающего падения напряжения на сопротивлении заземлителей. Однако просадка входного напряжения не снизит надежность срабатывания электромагнитного реле, поскольку как только входное напряжение снизится на величину падения напряжения на диоде 11, последний откроется и начнет подпитывать обмотку электромагнитного реле, обеспечивая высокую надежность его срабатывания. Для сохранения высокой надежности работы реле в устройствах защитного отключения с большим временем отключения параллельно полупроводниковому ключу 7 включается замыкающий контакт 13, который предотвращает отключение реле после разряда накопительного конденсатора 1.
Заявляемое реле напряжения по сравнению с прототипом отличается значительно более высокими чувствительностью и температурной стабильностью благодаря наличию в нем измерительного моста с термокомпенсирующим диодом и усилителем постоянного тока, образующим с выходным полупроводниковым ключом пороговый элемент, который имеет четкий и термостабильный порог срабатывания. Также, заявляемое реле по сравнению с прототипом, отличается существенно меньшим остаточным падением напряжения на полупроводниковом ключе, выполненным на основе насыщенного транзистора, которое составляет всего несколько десятков милливольт.
Заявляемое техническое решение предполагается использовать в модернизированных реле безопасности персонала типа РБП-11, РБП-12 с улучшенными параметрами по чувствительности и температурной стабильности. Также заявляемое реле напряжения рекомендуется использовать в системах защитного отключения, устанавливаемых как на стационарных, так и на подвижных установках.