RU2478238C1

RU2478238C1 - Voltage relay

Info

Publication number: RU2478238C1
Application number: RU2011130385/07A
Authority: RU
Inventors: Владислав Иванович Плотников; Иван Петрович Иванов; Феликс Тимофеевич Железнов; Андрей Львович Виноградов
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс" (ОАО "ВНИИР-Прогресс")
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-03-27
Also published as: RU2011130385A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: voltage relay includes a storage capacitor, a semiconductor switch, a control unit of semiconductor switch consisting of resistance voltage divider and reference voltage source made on a stabilitron tube, and an actuating electromagnetic relay. Semiconductor switch control unit includes transistor of the first conductivity type and a resistor. Semiconductor switch is made on the transistor of the second conductivity type, the base of which is connected to collector of additional transistor.

EFFECT: increasing sensitivity and temperature stability of voltage relay.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам защиты от превышения напряжения, и может быть использовано в схемах защитного отключения передвижных электроустановок.The invention relates to electrical engineering, namely to means of protection against overvoltage, and can be used in protective shutdown circuits of mobile electrical installations.

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).A voltage relay is known, comprising an input rectifier bridge, the output of which is connected in series to the coil of an executive electromagnetic relay and a semiconductor switch, made in particular on a transistor optocoupler, the control input of which is connected to the output of the control unit on the transistor and operational amplifiers with positive feedback circuits , to one of the inputs of which a resistive voltage divider is connected, connected in parallel with a semiconductor switch, and to the other, a thermal comp nsirovanny reference voltage source connected in series to a zener diode and resistor connected in parallel as semiconductor switches (CN 101697409 (A), published on 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.The presence of resistance at the earthing switches of mobile electrical installations, which can have a significant variation in magnitude, leads to an uncontrolled subsidence of the input voltage when the semiconductor switch is turned on, when a relatively low-resistance winding of the actuating electromagnetic relay is connected to the input. The voltage drop of the input voltage can be so significant that in some cases the electromagnetic relay does not work, and therefore this voltage relay does not perform its function, which is a low indicator of reliability.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- 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;- the complexity and unreliability of its work in protective shutdown circuits of mobile electrical installations having large values of grounding resistance, through which a controlled voltage is supplied to the voltage relay input;

- недостаточная перегрузочная способность полупроводникового ключа, ввиду отсутствия у него защитных цепей от бросков напряжения, что также характеризует реле как ненадежное изделие.- insufficient overload capacity of the semiconductor key, due to the lack of protective circuits against voltage surges, which also characterizes the relay as an unreliable product.

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.Closest to the claimed voltage relay, adopted as a prototype, is a voltage relay (AC No. 530369, published September 30, 1976) containing a storage capacitor, a semiconductor switch made on a thyristor, a semiconductor switch control unit with a resistive voltage divider and a voltage reference source made on a zener diode, an executive electromagnetic relay, the winding of which is connected in series with a semiconductor key, and two are connected in parallel with the winding according to the serial connection diodes, to the common point of which are connected a storage capacitor and a zener diode. A thyristor-based semiconductor switch has a residual voltage drop of the order of 1 V.

Недостатком прототипа является низкая чувствительность и существенный температурный уход напряжения срабатывания, обусловленный отсутствием чувствительного порогового устройства со стабильным и четким порогом срабатывания.The disadvantage of the prototype is the low sensitivity and significant temperature loss of the response voltage, due to the lack of a sensitive threshold device with a stable and clear threshold.

Технический результат предполагаемого изобретения - повышение чувствительности и температурной стабильности срабатывания реле напряжения.The technical result of the proposed invention is to increase the sensitivity and temperature stability of the voltage relay.

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.The specified technical result is achieved by the fact that in the voltage relay containing a storage capacitor, a semiconductor switch, a semiconductor switch control unit with a resistive voltage divider and a voltage reference source made on a zener diode, an electromagnetic actuator relay, the winding of which is connected in series with the semiconductor switch, and in parallel with the winding two are connected according to the series-connected diodes, to the common point of which the first conclusions of the storage capacitor are connected of the torus and the zener diode, a transistor of the first type of conductivity and a resistor are introduced into the control unit of the semiconductor key, while the second output of the zener diode is connected to the emitter of the transistor of the first type of conductivity and the first output of the resistor, the second output of which is connected to the second output of the storage capacitor, the base of the transistor of the first type of conductivity is connected with the midpoint of the resistive voltage divider connected in parallel with the semiconductor switch, the semiconductor switch is made on the second transistor na conductivity, whose base is introduced through a limiting resistor connected to the collector of the transistor of the first conductivity type.

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.The essence of the alleged invention lies in the fact that due to the introduction of a transistor of the first type of conductivity and a resistor into the semiconductor switch control unit when connecting the second output of the zener diode to the emitter of the transistor and the first output of the resistor in the semiconductor switch control unit, a measuring bridge is formed with a temperature compensating diode and a DC amplifier, and connecting the collector of the transistor of the first type of conductivity to the base of the transistor of the second type of conductivity forms a threshold element NT on transistors of different types of conductivity with collector feedback, having a clear and stable response threshold, which together provide an increase in the sensitivity and temperature stability of the voltage relay.

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.In the inventive voltage relay, the increase in temperature stability is provided by the use of not an additional thermocompensating diode, as proposed in the known technical solutions, but due to the voltage already existing in the relay of one of the diodes connected in series connected in parallel to the coil of the actuating electromagnetic relay. Therefore, the use of the proposed circuitry solution leads to the appearance of a new positive effect, namely, that the diode already existing in the voltage relay in the charge circuit of the storage capacitor, in addition to the isolation function, additionally simultaneously begins to perform the temperature compensation function of the measuring bridge.

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.It is known that to increase the sensitivity and efficiency of the voltage relay, the introduction of a first type of transistor into it, the emitter and base of which is connected to the diagonal of the measuring bridge formed by a resistive voltage divider, a zener diode and a diode, and the collector to the control input of a semiconductor switch made on the transistor of the second type of conductivity, the collector of which is connected through the limiting resistor to the base of the transistor of the first type of conductivity and the executive winding is electromagnetically a relay, with a measuring bridge connected parallel to a series connected winding of the electromagnetic actuator and the semiconductor relay key.

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.In the inventive voltage relay, the measuring bridge and the conductor switch containing elements with low overload capacity are directly connected to each other in parallel and connected to the relay input through the coil of the executive electromagnetic relay, which has high overload capacity, and at the same time they are shunted by the storage capacitor, which provides them surge protection of input voltage.

На фигуре представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого реле напряжения, где приняты следующие обозначения:The figure shows a circuit diagram of the proposed voltage relay, where the following notation:

1 - накопительный конденсатор;1 - storage capacitor;

2 - блок управления полупроводниковым ключом;2 - control unit semiconductor key;

3 - делитель напряжения;3 - voltage divider;

4 - стабилитрон;4 - zener diode;

5 - резистор;5 - resistor;

6 - транзистор первого типа проводимости;6 - a transistor of the first type of conductivity;

7 - полупроводниковый ключ;7 - semiconductor key;

8 - транзистор второго типа проводимости;8 - transistor of the second type of conductivity;

9 - ограничительный резистор;9 - limiting resistor;

10 - исполнительное электромагнитное реле;10 - executive electromagnetic relay;

11, 12 - диоды;11, 12 - diodes;

13 - замыкающий блок-контакт исполнительного электромагнитного реле.13 - closing block contact of the Executive electromagnetic relay.

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.The voltage relay contains a storage capacitor 1, a semiconductor switch control unit 2, consisting of a resistive voltage divider 3, a reference voltage source made on a zener diode 4, a resistor 5 and a transistor of the first type of conductivity 6. The base of the transistor of the first type of conductivity is connected to the midpoint of the resistive voltage divider 3. The semiconductor switch 7 is connected parallel to the resistive voltage divider 3 and is made on the transistor of the second type of conductivity 8. The base of the transistor of the second type p conductivity 8 through the limiting resistor 9 is connected to the collector of the transistor of the first type of conductivity 6. The coil of the actuating electromagnetic relay 10 is connected in series with the semiconductor switch 7. Parallel to the winding of the actuating electromagnetic relay 10 are connected two diodes 11 and 12 in series, the first terminals of which are connected the storage capacitor 1 and the zener diode 4. The second output of the zener diode 4 is connected to the emitter of the transistor of the first type of conductivity 6 and the first in water resistor 5, the second terminal of which is connected to the second terminal of the storage capacitor 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.For the possibility of using a voltage relay in alternating current circuits, the voltage relay may contain an input rectifier bridge, and for the possibility of using devices with a long shutdown time in parallel with a semiconductor switch, a closing contact block of the executive electromagnetic relay.

Реле напряжения работает следующим образом.The voltage relay operates as follows.

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.When the input voltage value is lower than the response voltage of the relay, the semiconductor switch 7 is in the off state and does not bypass the storage capacitor 1, allowing it to be charged through the winding of the executive electromagnetic relay 10 and diode 12 with the input voltage. In this case, the diode 11 is locked, and in addition to the charging current of the storage capacitor 1, the current of the measuring bridge of the control unit of the semiconductor switch 2 flows through the winding of the executive electromagnetic relay 10. The short duration of the charging current and the insignificance of the current of the measuring bridge do not lead to the operation of the executive electromagnetic relay 10. When the input voltage level tripping voltage transistor 6 of the control unit of the semiconductor key 2 and transistor 8 of the semiconductor key 7 tkryvayutsya, the process of opening an avalanche transistor occurs due to the presence of the collecting feedback relay. The opening of the transistor of the second type of conductivity 8 leads to the closure of the diode 12 and the connection of a relatively low-impedance winding of the executive electromagnetic relay 10 to the input of the relay, leading to a drop in the input voltage due to a voltage drop across the resistance of the ground electrodes. However, a drop in the input voltage will not reduce the reliability of the operation of the electromagnetic relay, since as soon as the input voltage decreases by the magnitude of the voltage drop across the diode 11, the latter opens and starts energizing the coil of the electromagnetic relay, providing high reliability of its operation. To maintain high reliability of the relay in protective shutdown devices with a long shutdown time, a closing contact 13 is turned on in parallel with the semiconductor switch 7, which prevents the relay from tripping after the discharge of the storage capacitor 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.The claimed voltage relay in comparison with the prototype is characterized by significantly higher sensitivity and temperature stability due to the presence of a measuring bridge with a thermocompensating diode and a DC amplifier, which forms a threshold element with a clear and thermostable response threshold with an output semiconductor switch. Also, the claimed relay, compared with the prototype, has a significantly lower residual voltage drop across the semiconductor key, made on the basis of a saturated transistor, which is only a few tens of millivolts.

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.The claimed technical solution is supposed to be used in upgraded safety relays for personnel of the RBP-11, RBP-12 type with improved parameters for sensitivity and temperature stability. Also, the inventive voltage relay is recommended to be used in residual current circuit breakers installed on both stationary and mobile installations.

Claims

A voltage relay containing a storage capacitor, a semiconductor switch, a semiconductor switch control unit with a resistive voltage divider and a voltage reference made on a zener diode, an electromagnetic actuator relay, the winding of which is connected in series with the semiconductor switch, and two diodes are connected in parallel, in series with each other, connected to the common point of which the first outputs of the storage capacitor and zener diode are connected, characterized in that in the control unit A transistor of the first type of conductivity and a resistor are introduced with a semiconductor key, while the second output of the zener diode is connected to the emitter of the transistor of the first type of conductivity and the first output of the resistor, the second output of which is connected to the second output of the storage capacitor, the base of the transistor of the first type of conductivity is connected to the midpoint of the resistive voltage divider connected in parallel with a semiconductor switch, the semiconductor switch is made on a transistor of the second type of conductivity, the base of which is Through the introduced limiting resistor is connected to the collector of the transistor of the first type of conductivity.