Назначение, принцип действия и устройство реле

Страница 2 из 11

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО РЕЛЕ
Реле частоты РЧ применяют в устройствах релейной защиты и автоматики для фиксации понижения (РЧ-1) или повышения (РЧ-2) частоты переменного тока. Частота является одним из важнейших показателей качества электроэнергии. Снижение частоты происходит при возникновении дефицита активной мощности, когда мощность нагрузки оказывается больше мощности генераторов. Как правило, такое положение возникает при отделении части энергосистемы или одной электростанции от общей сети. Чтобы в этих условиях предотвратить дальнейшее глубокое снижение частоты, необходимо срочно ликвидировать дефицит активной мощности. Это обеспечивается, с одной стороны, отключением части нагрузки, с другой стороны, повышением до максимально возможной мощности работающих генераторов и включением в сеть резервных. Все эти операции нужно делать как можно быстрее. Поэтому они выполняются автоматически. Отключение нагрузки осуществляется автоматической частотной разгрузкой (АЧР). Включение и загрузка резервных генераторов (обычно это гидрогенераторы, которые могут набрать полную мощность в течение нескольких минут) производятся устройством частотного пуска, повышение мощности работающих генераторов обеспечивается регуляторами турбин и котлов. Реле РЧ-1 являются основными элементами АЧР, устройств частотного пуска и используются для некоторого изменения настройки регуляторов турбин и котлов. Кроме того, реле РЧ используются для пуска автоматического повторного включения (АПВ) присоединений, отключенных АЧР, после восстановления частоты.

Повышение частоты происходит при возникновении избытка активной мощности, что также может быть при отделении части энергосистемы от общей сети. Повышение

частоты опасно, так как значительно утяжеляет режим работы турбо- и гидрогенераторов и препятствует восстановлению параллельной работы отделившегося участка с сетью Для быстрого снижения частоты применяют различные автоматические устройства, основным элементом которых является реле РЧ-2.

Рис. 1. Векторные диаграммы токов и напряжений в последовательной цепи.
а — схема последовательной цепи; б—г — векторные диаграммы при частоте питающего напряжения выше (6), равной (в) и ниже (е) резонансной частоты цепи.
ной цепи.
а — схема последовательной цепи; б—г — векторные диаграммы при частоте питающего напряжения выше (6), равной (в) и ниже (е) резонансной частоты цепи.
ее снижении. Емкостное сопротивление, наоборот, — уменьшается при повышении частоты и увеличивается при ее снижении. Если при последовательном соединении емкости и индуктивности их сопротивления равны, то результирующее сопротивление цепи чисто активное и ток в ней совпадает по фазе с приложенным напряжением. Такое явление называется резонансом напряжений, а частота, при которой он возникает, называется резонансной. Если увеличить частоту приложенного напряжения (не изменяя параметры элементов цепи), то из-за увеличения индуктивного сопротивления и уменьшения емкостного общее сопротивление цепи станет активно-индуктивным. Ток в такой цепи отстает от приложенного
Принцип действия реле РЧ основан на измерении фазы тока относительно питающего напряжения в цепи с последовательно соединенными индуктивностью и емкостью. Известно, что индуктивное сопротивление увеличивается при повышении частоты и уменьшается при
напряжения. При уменьшении частоты общее сопротивление цепи станет активно-емкостным и ток в ней будет опережать приложенное напряжение. Сказанное иллюстрирует рис. 1, где показаны векторные диаграммы токов и напряжений для последовательной цепи при разной частоте питающего напряжения.
На векторных диаграммах показаны напряжения па индуктивности UL, на конденсаторе Uc , на резисторе Un, ток по цепи I и питающее напряжение Un.
Резонансная частота зависит от параметров цепи. Если увеличить индуктивность в цепи, то резонансная частота снизится.

.

Рис. 2 Структурная схема реле РЧ-1.

Подробно рассмотрим устройство и работу реле РЧ-1, а в заключение — особенности выполнения реле РЧ-2.
В реле РЧ-1 есть последовательная цепь из дросселя и конденсатора, называемая измерительной. Изменение фазы тока в этой цепи относительно приложенного напряжения фиксируется фазочувствителыюй схемой. Схема дает разрешение ira срабатывание реле, если ток в измерительной цепи совпадает с приложенным напряжением или опережает его. Таким образом, при снижении частоты в сети срабатывание реле происходит при частоте, равной резонансной частоте измерительной цепи; при дальнейшем снижении частоты реле остается в сработанном состоянии.

На рис. 2 изображена структурная схема реле. Оно состоит из входного трансформатора Т, фильтра низших частот Ф, двух измерительных цепей Иср,Ив, полупроводниковой схемы (обведена пунктиром), блока
питания БП и исполнительного органа МО. Полупроводниковая схема состоит из двух формирователей импульсов Ф1 и Ф2, фазочувствительного элемента ФЭ и усилителя У. Принципиальная схема реле с обозначением всех элементов показана на рис. 3.
Входной трансформатор Т предназначен для отделения цепей переменного напряжения от цепей оперативного напряжения. На первичную обмотку трансформатора Т подают напряжение, частоту которого необходимо измерять. Обычно эту обмотку подключают к одному из трансформаторов напряжения. Напряжение со вторичной обмотки через фильтр Ф (рис. 2) подают на измерительные цепи и на делитель, состоящий из резисторов R4 и R5 (рис. 3). С резистора R5 снимается так называемое опорное напряжение U0, которое совпадает по фазе с напряжением на входе измерительных цепей Uвх- Кроме того, напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т используется для формирования напряжения смещения (на конденсаторе Ct), назначение которого будет объяснено ниже.

Фильтр Ф состоит из дросселя ЗДр и конденсатора 1С и предназначен для подавления высших гармоник, которые могут быть в кривой напряжения сети на входе реле. Б реле две измерительные цепи. Одна из них (#сР) состоит из дросселя 1Др, конденсаторов 4С, 5С и резистора R3. Вторая измерительная цепь состоит из дроселя 2Др, конденсаторов 2С, ЗС и резистора R2. Для ее подключения следует замкнуть выводы 5 и 6 реле. Если подключены обе измерительные цепи, то фазочувствительная схема дает разрешающий сигнал, когда хотя бы в одной из них ток совпадает с приложенным напряжением. Следовательно, реле будет срабатывать при более высокой из частот, настроенных на измерительных цепях. Коэффициент возврата реле очень высокий, реле отпадает практически при той же частоте, что и срабатывает.
Вторая измерительная цепь используется обычно для настройки реле на определенную частоту возврата, значительно отличающуюся от частоты срабатывания (например, для пуска АПВ после АЧР). При этом на первой, постоянно подключенной измерительной цепи, настраивают нужную частоту срабатывания, а на второй, нормально отключенной, — нужную частоту возврата. Вторую цепь подключают тогда, когда реле (или все устройство) сработает. Таким образом, реле срабатывает при частоте, настроенной на первой измерительной цепи (вторая не подключена), а возвращается при частоте, настроенной на второй измерительной цепи. В соответствии с этим первую цепь называют цепью срабатывания, а вторую — возврата.

Рис. 3. Принципиальная схема реле РЧ-1.

Вторую измерительную цепь можно также использовать в тех случаях, когда требуются разные уставки срабатывания одного и того же устройства (в зависимости от схемы сети или объекта, времени года и т. п.). На пей и в этом случае следует настраивать более высокую уставку.
Как было отмечено выше, реле срабатывает при частоте сети, равной резонансной частоте измерительной цепи. Изменение резонансной частоты и, следовательно, частоты срабатывания (уставки) в реле РЧ осуществляется изменением индуктивности дросселя. Для перестройки уставок в условиях эксплуатации предназначены отпайки на обмотке дросселя и дополнительная секция обмотки, зашунтированная переменным резистором (1R или 2R). Увеличением числа включенных витков уменьшают частоту срабатывания. 

Переход на соседнюю отпайку изменяет частоту срабатывания на 1 Гц. Плавное изменение уставки достигается изменением сопротивления переменного резистора 1R или 2R, шунтирующего дополнительную секцию обмотки дросселя. Для регулировки реле на заводе-изготовителе (главным образом для подгонки шкалы) предназначен магнитный шунт, с помощью которого можно изменять воздушный зазор в магнитопроводе дросселя, т. е. индуктивность всего дросселя в целом. Эта регулировка позволяет компенсировать отклонения емкости конденсаторов от номинальной, отклонения характеристики намагничивания железа дросселя от расчетной, такие технологические погрешности, как изменения сечения или других размеров магнитопровода дросселя, числа витков его обмотки и др.

Напряжение выхода измерительной цепи Uf снимается с резистора R3 (R2) измерительной цепи. Это напряжение совпадает по фазе с током в измерительной цепи и изменяет свой угол относительно опорного напряжения 00 при изменении частоты на входе реле (частоты сети). Если частота сети равна частоте срабатывания, то U0 и Uf совпадают по фазе (рис. 4). Напряжение
выхода измерительной цепи возврата всегда опережают напряжение выхода цепи срабатывания, так как цепь возврата всегда настраивают на частоту выше, чем частота срабатывания.
Напряжения U0 и Uf поступают на формирователи импульсов Ф1 и Ф2 (рис. 2) и преобразуются в прямоугольные импульсы. Эти импульсы подаются на фазочувствительный элемент ФЭ, выходной транзистор которого (Т4 на рис. 3) кратковременно открывается 1 раз в период, если частота сети выше уставки, и остается длительно закрытым при частоте сети, равной уставке или ниже ее. К выходу фазочувствительного элемента подключен двухкаскадный усилитель. Первый каскад состоит из транзисторов Т5 и Т6, второй каскад— из 77 и Т8. В состав усилителя входит также элемент выдержки времени. Усилитель срабатывает только при длительно закрытом выходном транзисторе Т4 фазочувствительного элемента, т. е. при частоте сети, равной или ниже уставки. Срабатывание усилителя приводит к открытию транзистора Т9, входящего в состав исполнительного органа. Когда транзистор Т9 открывается, по обмотке выходного реле РЛ проходит ток, оно срабатывает. Работа полупроводниковой схемы реле подробно описана в § 3.
Для функционирования полупроводниковой схемы и выходного промежуточного реле необходимо оперативное напряжение В реле РЧ-1 приняты такие уровни напряжений: + 6, —12 и —22 В (последнее используется только для выходного реле). Напряжения отчитываются от общей шинки, условно принятой за нулевую. Для получения указанных напряжений предназначен блок питания, основу которого составляют два стабилитрона Ст1 и Ст2 (рис. 3). С одного (Ст2) снимается напряжение +6 В, с другого {Ст1) —22 В. С помощью гасительных резисторов R33 и R34 получают напряжение —12 В.

Рис. 4. Фазные соотношения между опорным напряжением UD и напряжением выхода измерительной цепи Uf при частоте сети выше частоты срабатывания (а), равной частоте срабатывания (б), ниже частоты срабатывания (в).
На стабилитроны напряжение подают через другие гасительные резисторы 3R—6R и выводы 9—12 реле РЧ-I. Если реле используется на 220 В постоянного тока, то используют все гасительные резисторы 3R—6R, перемычка устанавливается между выводами 9 и 10. При питании от сети постоянного тока 110 В используют только резисторы 5R и 6R, перемычку ставят между выводами 10 и 11. При использовании переменного оперативного напряжения применяют вспомогательное устройство ВУ-3, выводы 1 и 3 (см рис. 5) которого подключают соответственно к выводам 1 и 3 реле РЧ-I. В этом случае резисторы 3R—6R не используют, перемычки устанавливают между выводами 10, 11 и 12 реле РЧ-1.
До 1979 г. выпускались реле, у которых было два гасительных резистора 3R и 4R, а вместо выводов 9—12 использовалась колодка с тремя гнездами для винта (на рис 3 не показана).
При использовании реле с постоянным оперативным напряжением 220 В винт следует установить в положение 1 (резисторы 3R и 4R включены последовательно), 110 В—в положение 2 (включен только резистор 4R). При применении переменного оперативного напряжения (с устройством ВУ-3) винт устанавливают е положение 3 (резисторы 3R и 4R не используются). Цифры 1—3 выбиты у соответствующих гнезд колодки.
Дроссель 4Др и конденсаторы С5 и С6 (большой емкости — по 100 мкФ) образуют Г-образный фильтр для подавления переменной составляющей в оперативном напряжении Прежде всего это важно при питании от переменного оперативного тока Кроме того, конденсаторы С5 и С6 обеспечивают плавное увеличение (снижение) напряжения на полупроводниковой схеме реле при подаче (снятии) оперативного напряжения, что исключает кратковременные срабатывания выходного реле.
Вспомогательное устройство ВУ-3 (рис. 5) представляет собой феррорезонансный стабилизатор напряжения с выпрямительным мостом. Оно состоит из входного трансформатора Т, дросселя Др, конденсатора С1 и выпрямителя В. Первичная обмотка трансформатора Т имеет отпайки для подключения переменного напряжения 100, 127 и 220 В. Параметры дросселя Др и конденсатора С1 подбирают так, чтобы индуктивное сопротивление дросселя было равно сопротивлению конденсатора при напряжении на первичной обмотке трансформатора
Т, равном (0,35—0,4) Е/В«ш, и частоте 47,5 Гц для работы с реле РЧ-1 и 52,5 Гц —с РЧ-2. Сопротивление последовательной цепи Др—С1 при этом минимально. При увеличении питающего напряжения дроссель насыщается, условия резонанса нарушаются, сопротивление цепи Др-С1 увеличивается. В результате обеспечивается значительно меньшее изменение выходного напряжения по сравнению с входным. Устройство ВУ-3 предназначено только для совместного использования с реле серии РЧ.
Для проверки работоспособности реле предусмотрена кнопка К (рис. 3), шунтирующая основную часть обмотки дросселя измерительной цепи срабатывания. При нажатии кнопки К сопротивление этой цепи становится активно-емкостным, ток в цепи опережает напряжение входа. Это соответствует снижению частоты в сети, и реле должно сработать, независимо от действительной частоты сети.
Все элементы реле размещены на корпусе, откидной плате и съемной плате, имеющей печатный монтаж. Регулировочные элементы размещены на лицевой панели. Реле закрывается кожухом, передняя стенка которого прозрачная. Откидная плата связана с корпусом жгутом гибких проводов, а съемная с откидной — разъемом с 16 гнездами. Связь реле с внешними цепями осуществляется через два четырехместных ряда выводов, позволяющих выполнять переднее и заднее присоединения. Кроме того, еще один ряд выводов (9—12) предназначен для осуществления переключения реле с 220 на 110 В напряжения постоянного оперативного тока и переключения для использования переменного оперативного тока (с помощью устройства ВУ-3) путем установки перемычек.

Рис. 5, Принципиальная схема вспомогательного устройства ВУ-3.
Обозначение элементов схемы выполнено по-разному в зависимости от их местонахождения. Элементы, размещенные на съемкой плате, обозначены сначала буквой, а затем цифрой (например, R2, С5 и т. д.). Элементы, размещенные на корпусе и откидной плате, обозначены сначала цифрой, а затем буквой или одной

Рис. 6. Расположение элементов па корпусе реле для выпуска после 1979 г. (а) и до 1979 г. (б).
буксой (например, 2R, 5С, Т). Это облегчает нахождение элементов непосредственно на реле.
На корпусе размещены (рис. 6,о) входной трансформатор Т, дроссель ЗДр и конденсатор 1С фильтра высших гармоник, конденсатор 7С элемента выдержки времени, выходное реле РП и три ряда выводов. На наружной (задней) стенке корпуса размещены резисторы 3R — 6R (на рис. 6 не показаны). Они подключены к выводам 9—12, внутри реле на эти выводы устанавливают перемычки. На откидной плате (рис. 7,а) расположены дроссели 1Др, 2Др и конденсаторы 2С—5С измерительных цепей срабатывания и возврата, конденсаторы 6С и 8С элемента выдержки времени и основание штепсельного разъема Р.

Рис. 7. Расположение элементов на откидной плате (показано при снятой лицевой панели) для реле выпуска после 1979 г. (а) и до 1979 г. (б).
На задней стенке откидной платы помещен дроссель 4Др блока питания (на рис. 7 не показан). Кроме того, на откидной плате закреплена лицевая панель реле частоты. На рис. 7 она показана пунктирной линией. Доступ к магнитным шунтам дросселей 1Др и 2Др возможен без снятия лицевой панели.
На лицевой панели (рис. 8) размещены гнезда, к которым подсоединены отводы обмоток дросселей 1Др и 2Др, обеспечивающие ступенчатое изменение частоты срабатывания и возврата реле с обозначениями уставок, резисторы плавной регулировки уставок с шкалами от 0 до 10 (каждое деление примерно соответствует 0,1 Гц), перемычки для изменения уставки по времени срабатывания реле и кнопка К для проверки работоспособности реле. Все элементы снабжены поясняющими надписями, показано положение перемычек, соответствующее той или иной уставке по времени срабатывания.

Рис 8. Лицевая панель реле.

Зажимы для установки перемычек, определяющих время срабатывания, соответствуют слева направо точкам 31—34 принципиальной схемы реле (рис. 3). На рис. 3 перемычки показаны в положении для уставки 0,5 с. Остальные элементы реле (диоды, транзисторы и маломощные резисторы) смонтированы на съемной плате с печатным монтажом. Около каждого элемента нанесена маркировка, соответствующая обозначению элемента на схеме реле, приведенном в заводской технической  информации, и на рис. 3 данной брошюры. Штепсельный разъем, связывающий съемную плату с откидной, имеет два ряда гнезд (на части, связанной с откидной платой) и штырьков (на части, связанной с съемной платой). Эти ряды обозначены буквами а и б, гнезда (штырьки) в ряду —цифрами от 1 до 8. Обозначения нанесены непосредственно на разъеме. Таким образом, каждая пара гнездо—штырек обозначается одной цифрой и одной буквой (например, 7а, lb). Если на схеме около изображения разъема стоит двойное обозначение (например, 6а, 6Ь), это указывает на то, что шестые гнезда (штырьки) рядов а и б соединены, т. е. данная цепь проходит через две пары гнездо— штырек.
До 1979 г. выпускались реле РЧ-1 с несколько отличающимся от описанного расположением элементов. Это расположение показано на рис. 6,6 и 7,6.

РЧ-1 реле понижения частоты

РЧ-1 реле понижения частоты применяются в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на изменение частоты переменного тока. Реле используются в устройствах релейной защиты и автоматики для понижения частоты переменного тока в случают рассогласования мощности генератора и нагрузки.

Если мощность нагрузки становится больше, чем мощность генератора, то происходит снижение частоты сети и ухудшение качества электрической энергии, что приводит к снижению коэффициента полезного действия электрических машин и прочих потребителей электроэнергии, их перегреву, ускоренному старению изоляции и сокращению срока службы.

Реле РЧ-1 служит для того, чтобы в этих условиях предотвратить дальнейшее  снижение частоты и ликвидировать дефицит активной мощности. Это обеспечивается, с одной стороны, отключением части нагрузки, с другой стороны, повышением до максимально возможной мощности работающих генераторов и включением в сеть резервных при их наличии.

Все эти операции должны выполняться в автоматическом режиме и максимально быстро. Отключение нагрузки осуществляется автоматической частотной разгрузкой (АЧР). Включение и загрузка резервных генераторов  производятся устройством частотного пуска, повышение мощности работающих генераторов обеспечивается регуляторами турбин и котлов.

Реле РЧ-1 является основным элементом системы автоматической частотной разгрузки,  устройств частотного пуска и используются для некоторого изменения настройки регуляторов турбин и котлов.

Помимо этого, реле РЧ-1 также используются для пуска устройства автоматического повторного включения (АПВ) цепей, отключенных системой автоматической частотной разрядки после восстановления частоты.

Реле РЧ-1 технические характеристики

Пределы изменения уставок по срабатыванию 50—45 Гц, по возврату 46—51 Гц;

Уставки по времени срабатывания 0,15, 0,3; 0,5 сек; время возврата не более 0,15 сек;

Изменение частоты срабатывания при изменении напряжения постоянного оперативного тока в пределах 0,8÷1,1 Uном или напряжения переменного оперативного тока в пределах 0,4÷1,3 Uном и одновременном изменении переменного напряжения на входе реле  РЧ-1 в пределах 40—130 В не более 0,2 Гц;

Изменение частоты срабатывания при изменении переменного напряжения на входе реле в пределах 20—130 В не более 0,3 Гц.

РЧ-1 реле понижения частоты

Реле РЧ-1 предназначено для работы в вертикальном положении, при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 40 °С, во взрывобезопасной среде, без попадания в него воды, масла, эмульсии

Реле понижения частоты РЧ-1 в наличии на нашем складе. Ждем ваших заказов.

Смотрите далее РЧ-2 реле повышения частоты

Реле частоты РЧ-1

Страница 1 из 11

Хомяков М. Н., Реле частоты РЧ-1.— Москва, 1982.
Рассмотрено устройство и даны рекомендации по наладке реле понижения частоты РЧ-1, выполненного с использованием полупроводниковых приборов. Описано устройство примененных усилителей, диодных ключей и других видов реле.
Для квалифицированных электромонтеров, связанных с эксплуатацией и наладкой устройств автоматической частотной разгрузки, частотного пуска и других устройств, в состав которых входит реле РЧ-1 .

ПРЕДИСЛОВИЕ
Для современных энергосистем характерно широкое применение различных устройств автоматики. Это объясняется сложностью объединенной энергосистемы, сильным влиянием элементов энергосистемы и отдельных систем, входящих в объединение, друг на друга.
Среди устройств автоматики широко распространены устройства, реагирующие на частоту переменного тока в сети. К ним, в частности, относятся автоматическая частотная разгрузка, устройства автоматического частотного пуска гидрогенераторов, автоматика разгрузки электростанций при повышении частоты. Одним из элементов таких устройств является реле частоты.
Любые машины, приборы, реле работают надежно только при условии квалифицированного технического обслуживания. Возросший общеобразовательный и культурный уровень советских людей, всеобщее среднее образование позволяют современным рабочим трудиться творчески, познавать принципы действия сложных технических устройств, часто усовершенствовать их, осознанно применять передовые методы диагностики и устранения неисправностей.
Данная книга знакомит с реле частоты серии РЧ, выполненными с использованием полупроводниковых приборов. Такие реле выпускаются промышленностью и широко применяются в энергосистемах и на промышленных предприятиях. При написании брошюры использован опыт эксплуатации реле РЧ в Мосэнерго и в некоторых других энергосистемах.

РЧ-1 | АЧР энергосистем

Страница 25 из 37

6.3. Полупроводниковое реле понижения частоты РЧ-1
Индукционное реле понижения частоты обладает двумя существенными недостатками: оно чувствительно к колебаниям контролируемого напряжения и ложно работает при исчезновении и последующей подаче напряжения. В полупроводниковом реле РЧ-1 [37] оба эти недостатка устранены. На рис. 6.5, а показана структурная схема реле, а на рис. 6.5, б приведены временные диаграммы, поясняющие работу реле.
Реле работает следующим образом. Напряжение контролируемой сети Uс через разделительный трансформатор Т и полосовой фильтр Ф, предназначенный для устранения высших гармоник, подается на фазосдвигающую схему. Эта схема состоит из частотно-зависимого измерительного элемента И1 (LC-контур) и активного делителя А. Угол между напряжениями U1-2 на выходе фазосдвигающей схемы зависит от частоты напряжения сети на входе реле. Реле выполнено так, что пока вектор тока в измерительном LC-контуре (вектор напряжения 1 отстает от вектора тока в делителе А (вектора подведенного напряжения или напряжения), реле не работает, а как только вектор тока в этом контуре начнет опережать вектор тока в делителе А — реле сработает.
Фазочувствительная схема реле включает в себя два формирователя импульсов Ф1 и Ф2, дифференцирующий Д и логический Л элементы. С помощью дифференцирующего элемента Д из переднего фронта импульса иф2 формируется короткий импульс. Вместе с импульсом с формирователя ΦΙ импульс Uд подается на логический элемент Л, причем взаимное положение импульсов во времени зависит от частоты сети. Элемент Л пропускает импульс Uд только в случае отсутствия в это время на входе импульса. Если частота сети превышает частоту срабатывания реле, то каждый полупериод на входе элемента Л выдается импульс U’д. При обратном соотношении (fс<fср) такой импульс отсутствует.
Далее с помощью расширителя РИ импульс расширяется во времени. Расширитель импульсов выполнен таким образом, что при подаче на его вход импульса сигнал на выходе отсутствует, а при отсутствии входного сигнала импульс на выходе появляется.
Предотвращение ложной работы реле при исчезновении напряжения сети осуществляется путем подачи сигнала на вход РИ от пускового элемента П. Этот элемент запускает РИ только при наличии на входе реле переменного напряжения. Увеличенный по длительности импульс подается затем на усилитель У и далее на выходной орган В.
С целью расширения возможностей реле РЧ-1 в нем имеются два независимых измерительных контура (И1 и И2).

Рис. 6.6. Фазосдвигающая (измерительная) часть реле: а — принципиальная схема, б — векторная диаграмма, ик — падение напряжения на активном сопротивлении дросселя и резистора; UL — падение напряжения на индуктивном сопротивлении дросселя; U — падение напряжения на конденсаторе

Выход основного измерительного контура И1 подключен к формирователю импульсов наглухо, дополнительного И2 — через внешний контакт К. Если подключены обе измерительные цепи, реле будет срабатывать при частоте, соответствующей более высокой уставке. Вторая измерительная цепь используется обычно для настройки реле на определенную частоту возврата, отличающуюся от частоты срабатывания, например для выполнения ЧАПВ, при перестройке частоты возврата АЧР2 для обеспечения автоматической синхронизации разделившихся энергосистем и т. д. В соответствии с этим первую измерительную цепь называют цепью срабатывания, а вторую — возврата. Вторая измерительная цепь может быть также использована для создания еще одной очереди АЧР.
На рис. 6.6 показаны схема измерительной части реле и векторная диаграмма. Схема состоит из последовательно включенных дросселя с воздушным зазором 1L, конденсатора 4С, 5С и резистора R3. Активный делитель выполнен на резисторах R4 и R5. Зависимость угла φ между напряжениями U1 и U2 от частоты может быть описана выражением
(6.8)
где Rap — активное сопротивление дросселя.
Для принятых в реле параметров схемы эта зависимость составляет 0,4° на 0,1 Гц. Реле РЧ-1 обладает незначительной угловой погрешностью, что достигается применением высокостабильных конденсаторов, резисторов и дросселя с воздушным зазором. Поскольку схема работает в условиях, близких к резонансу (т. е., значения угла φ малые), изменение сопротивления обмотки дросселя Rдp с изменением температуры не вносит существенной погрешности.

Рис. 6.7. Принципиальная схема реле понижения частоты РЧ-1 (1 — 8 — зажимы)

На рис. 6.7 приведена принципиальная схема реле РЧ-1. Включение реле в сеть производится через разделительный трансформатор Т. Полосовой фильтр низких частот состоит из дросселя 3L и конденсатора 1C. Активный делитель фазосдвигающей схемы образуется резисторами R4 и R5, а фазосдвигающая цепочка — дросселем 1L, конденсаторами 4С и 5С и резистором R3. Вторая фазосдвигающая цепочка, подключение которой выполняется внешним контактом (для ее подключения необходимо замкнуть выводы 5 и 6 реле), состоит из дросселя 2L, конденсаторов 2С и 3С и резистора R2. Изменение уставок срабатывания реле ступенями в 1 Гц осуществляется путем переключений отпаек дросселей 1L и 2L. Плавная регулировка уставок осуществляется резисторами 1R и 2R. Формирователи прямоугольных импульсов выполнены на транзисторах VT1 и VT2. Диоды VD3 — VD9, образующие так называемую схему диодного ключа, предназначены для защиты переходов эмиттер — база транзисторов при больших значениях входного напряжения.
Конденсатор С2 выполняет роль дифференцирующего элемента, а транзистор VT3 — логического. При положительной полуволне на входе транзисторы VT1 и VT2 закрыты, при отсутствии сигнала на входе и отрицательной полуволне — открыты.
С изменением контролируемого напряжения меняется xL дросселя и возникает угловая погрешность фазосдвигающей схемы. Стабильность уставок реле при колебаниях напряжения достигается за счет взаимного согласования вольт-амперной характеристики измерительного дросселя и входных параметров формирователя прямоугольных импульсов — транзистора VT1, настраиваемого с помощью сопротивления R*. Зависимость погрешности реле частоты от контролируемого напряжения для одной из уставок показана на рис. 6.8. Как видно из этого рисунка, она может быть практически сведена до нуля в диапазоне изменения напряжения 30 — 120 В.

Рис. 6.8. Зависимость погрешности реле от контролируемого напряжения при различных сопротивлениях

При необходимости путем индивидуальной регулировки реле может быть задана требуемая зависимость уставок от напряжения вплоть до повышения уставок срабатывания при снижении напряжения.
Расширитель импульсов выполнен двухступенчатым. Первая его ступень осуществлена на транзисторах VT4 — VT6 я представляет собой одновибратор с положительной обратной связью. Если импульс на выходе VT4 исчезает, конденсатор С3 заряжается через резистор R18 и транзистор VT6. Время расширения импульса на первой ступени определяется временем заряда конденсатора С3 до потенциала на делителе R22 — R23. После расширения импульс длительностью 1 мс инвертируется и подается на вторую ступень расширителя, которая выполнена на транзисторах VT7 и VT8. В эту же ступень расширения входит емкость, набранная из трех конденсаторов 6С — 8С. Время расширения и, следовательно, время срабатывания реле определяется значением включаемой емкости. Усилитель, на который поступает сигнал с расширителя, выполнен на транзисторе VT9 по схеме с общим эмиттером. В коллекторную цепь этого транзистора включено электромеханическое реле К типа РП-210. Минимальное время нарастания напряжения, достаточное для открытия транзистора VT9, составляет около 0,06 с.
Для исключения ложной работы реле при снижении, а также при снятии и подаче переменного напряжения выполнена специальная блокировка (пусковой орган П) на двухполупериодном выпрямителе (диоды VDI и VD2). В нормальном режиме выпрямленное напряжение пускового органа запирает диод VD10. Если контролируемое напряжение исчезает, транзистор VT4 открывается отрицательным током через резистор R14 и реле не срабатывает.
Для проверки работоспособности реле в условиях эксплуатации без изменения частоты подаваемого на реле напряжения предусмотрена контрольная кнопка SB. С ее помощью шунтируется дроссель измерительного органа, при этом на вход фазочувствительной схемы подается заведомо опережающее по фазе напряжение, что при исправном реле вызовет срабатывание исполнительного органа.
Питание схемы реле может осуществляться как от постоянного, так и от переменного оперативного напряжения. При применении оперативного переменного напряжения реле подключается через вспомогательное устройство ВУ-3, представляющее собой феррорезонансный стабилизатор напряжения с выпрямительным мостом.
Основные технические данные реле РЧ-1 следующие. Номинальное напряжение контролируемой сети переменного тока 100 В, оперативного постоянного тока 220, 110 В, оперативного переменного напряжения 100, 127, 220 В. Предел изменения
уставок срабатывания 45 — 50, возврата 46 — 51 Гц, уставки по времени срабатывания 0,15; 0,3; 0,5 с, время возврата не более 0,15 с. Разность между частотой срабатывания и частотой возврата не более 0,05 Гц на любой уставке (при отключенной цепи возврата). Изменение частоты срабатывания при изменении напряжения постоянного оперативного тока в пределах (0,8 ч-1,1) или напряжения переменного оперативного тока в пределах (0,4 ч-1,3) и одновременном изменении контролируемого переменного напряжения на входе реле в пределах 40-130 В — не более 0,2 Гц, то же при изменении переменного напряжения на входе реле 20 — 130 В не более 0,3 Гц. Изменение частоты срабатывания при изменении температуры окружающего воздуха и номинальных значениях напряжений контролируемой сети и оперативного тока при изменении температуры от 0 до 40° С — не более 0,2, от — 20 до 40° С — не более 0,25, от — 40 до 40° С — не более 0,35, от 20 до 40° С не более 0,1 Гц. Потребляемая мощность реле и устройств при номинальных напряжениях: измерительной цепью — не более 5 В · А, вспомогательной цепью при оперативном постоянном токе — не более 20 Вт, цепью переменного тока устройства, питающего вспомогательные и измерительные цепи реле, — -не более 15 В-А.

Методические указания к лабораторной работе № 6 по релейной защите, страница 2

  2-я категория: АЧР-2 с общей уставкой по частоте  и  различными уставками по времени, предназначается для подъема  частоты  после действия АЧР-1, а также для предотвращения зависания частоты и ее медленного снижения при аварийных медленных снижениях  генерирующей мощности.

   3-я категория — дополнительная, действующая по возможности селективно и предназначенная для ускорения разгрузки  и  увеличения ее объема при больших (45% и более) дефицитах  мощности,  вызванных отделением района от основных источников питания.

     Диапазон уставок очередей АЧР-1 по частоте  от  48,5  Гц  до 46,5 Гц. Очереди распределяются в этом диапазоне равномерно,  минимальная ступень по частоте между очередями 0,1 Гц (принята, исходя из точности аппаратуры, используемой при настройке реле частоты). Уставки по времени устройств АЧР-1  должны  быть возможно малыми; их величина определяется условием предотвращения  ложного действия реле частоты во время переходных процессов в цепях  напряжения в случае исчезновения напряжения.

    Для устройств АЧР-1 с реле  РЧ-1 0,1…0,15с.

     Для всех очередей устройств АЧР-2 устанавливается единая уставка по частоте срабатывания — 48,5 Гц. Уставки по времени регулируются на разных комплектах от 5 до 40с. Интервал между смежными очередями устройства АЧР-2 устанавливается 3…5с.

     К устройствам АЧР-2 подключаются потребители суммарной  мощностью не менее (0,4…0,5) Р_ачр-1.

              2.3. Принцип действия реле частоты РЧ-1

       Уставка реле РЧ-1 не зависит от величины напряжения и реле не работает ложно при резких изменениях напряжения.

       Напряжение контролируемой частоты (рис.5)  через  разделительный трансформатор Т и полосовой фильтр Ф,  который устраняет влияние высших гармоник на работу реле, подается на фазосдвигающую схему. Эта  схема  состоит  из  частотно-зависимого (измерительного) элемента И₁ и активного делителя А. Угол между напряжениями U₁ и U₂ на выходе фазосдвигающего  устройства определяется частотой сети на входе реле. Эти напряжения поступают в фазочувствительный элемент. Он состоит из двух формирователей импульсов Ф₁ и Ф₂, дифференцирующего элемента Д, логического элемента  Л. На выходе формирователей импульсов  возникают  прямоугольные импульсы U_ф1 и U_ф2, длительность которых близка к полупериоду входного напряжения.

       Рис.1. Реле понижения частоты РЧ-1

     а — структурная  схема, б—время импульсные диаграммы, в — схема фазосдвигающей цепочки.

       С помощью дифференцирующего элемента Д из переднего  фронта импульса U_ф2  формируется  короткий  (тормозной)  импульс  U_д. Взаимное расположение импульсов U_ф1 и U_д зависит от частоты сети. Оба эти импульса подаются на логический элемент Л (запрет), который разрешает дальнейшее прохождение тормозного  импульса  только при отсутствии на входе импульса U_ф1.

      Если частота сети f_c выше частоты срабатывания реле f_ср, на выходе элемента Л в каждый полупериод выдается  импульс  U_д,  при f_с/ f_ср он отсутствует.

      Импульс расширяется во времени расширителем  импульсов  РИ, который выполняется так, что при подаче на его выход сигнала  выходная команда отсутствует, и наоборот.

      Пусковой элемент П, пускающий РИ только при  наличии  переменного напряжения сети на входе реле, предотвращает ложную работу реле при исчезновении напряжения сети. С РИ  командный  сигнал через усилитель У подается на выходной орган В.

      Реле  включается  через  трансформатор  Т_р.  Дроссель   3Др (рис.6) и конденсатор 1С образуют полосовой фильтр низких частот. Дроссель 1Др и конденсаторы 4С и 5С с резистором 1R,  установленным в блоке преобразования БП, образуют  одну  фазочувствительную цепочку, управляемую кнопкой К, служащей для проверки  исправности работы реле. Дроссель 2Др, конденсаторы 2С и 3С  с  резистором 2R, установленным в блоке преобразования, образуют  другую фазочувствительную цепочку, являющуюся рабочим органом реле.

МТ 34-70-003-82 Методика наладки и проверки реле частоты РЧ-1, РЧ-2

1. Реле РЧ-1, РЧ-2

На рис.П1.1 показана структурная, а на рис.5.1, 5.2 принципиальные схемы реле РЧ-1, РЧ-2.

Рис.П1.1. Структурная схема реле частоты

Напряжение сети через разделительный трансформатор Т и фильтр Ф (состоит из дросселя 3L и конденсатора 1С, устраняет влияние высших гармонических составляющих на работу реле)подается на фазосдвигающую схему. Фазосдвигающая схема состоит из двух частотно-зависимых измерительных цепей (срабатывания и возврата ) и делителя А.

Измерительная цепь через элемент служит для задания уставки реле по частоте срабатывания, а через элемент — по частоте возврата (через внешние контакты ЧАПВ).

В каждую измерительную цепь включены дроссель, два конденсатора и резистор (в цепь срабатывания — 1L, 4С, 5С и R3; в цепь возврата — 2L, 2С, 3С, R2). Индуктивность дросселя и емкость конденсаторов создают резонансную цепь. В дросселях 1L и 2L имеются отпайки для ступенчатого изменения индуктивности его цепей. Одна из секций в каждом дросселе зашунтирована соответственно переменными резисторами 1R и 2R. Это позволяет плавно изменять индуктивность дросселя. Кроме того, индуктивность дросселя может изменяться перемещением магнитных шунтов, что осуществляется, как правило, при настройке реле на заводе-изготовителе. Изменением индуктивности дросселя достигается изменение резонансной частоты измерительной цепи и, следовательно, частоты срабатывания реле.

Активный делитель А, состоящий из резисторов R4 и R5, служит для создания опорного напряжения , относительно которого производится измерение углов сдвига фаз токов цепей и , зависящих от частоты сети на входе реле.

Напряжение с выхода измерительной цепи и делителя А подается на фазочувствительную схему реле. Фазочувствительная схема включает в себя два формирователя импульсов и , дифференцирующий Д и логический Л элементы.

Формирователи импульсов предназначены для выработки прямоугольных импульсов , с частотой питающей сети. Оба формирователя выполнены одинаково. Первый формирователь состоит из транзистора V24, диодов V4, V5, V7, V9 и резисторов R7, R9, R11. Второй формирователь состоит из транзистора V25, диодов V3, V6, V8 и резисторов R6, R8, R10. Диоды V5 и V4 образуют вход первого формирователя . На диод V5 подается переменное напряжение с измерительной цепи срабатывания, на диод V4 — с измерительной цепи возврата (если замкнуты между собой выводы 5 и 6 реле). При отрицательной полуволне переменного напряжения, поданного на входной диод, — он закрыт, при положительной — открыт. В последнем случае потенциал точки Б1 (см.рис.5.1) положительнее, чем потенциал нулевой шинки. Состояние транзистора V24 определяется состоянием входных диодов V4 и V 5.

Если оба входных диода закрыты, то транзистор V24 открыт под действием тока, протекающего по цепи: нулевая шинка — эмиттер V24 — V7 — R7 — шинка «минус» 12B. Если один из входных диодов открыт и потенциал точки Б1 положительнее, чем потенциал базы V24, то диод V7 закрывается, отделяя базу V24 от шинки «минус» 12 В. При этом потенциал базы V24 положительный и равен по значению падению напряжения на диоде V9. Следовательно, транзистор V24 закрыт. Таким образом, при положительной полуволне переменного напряжения измерительной цепи транзистор V24 закрыт (импульс ), при отрицательной — открыт (пауза — рис.П1.2. Точно также при положительной полуволне , совпадающего по фазе с напряжением питающей сети, транзистор V 25 закрыт (импульс ), при отрицательной — открыт (пауза).

Рис.П1.2. Время-импульсные диаграммы реле частоты

При поданном на реле переменном напряжении транзисторы V24 и V25 переключаются с частотой питающей сети. Моменты переключения (т.е. угол сдвига импульсов один относительно другого) определяются углом сдвига между напряжением на выходе измерительной цепи и напряжением .

С помощью дифференцирующего элемента Д из переднего фронта импульса формируется короткий импульс . Роль дифференцирующего элемента выполняет конденсатор С2.

Вместе с импульсом с формирователя Ф1 импульс подается на логический элемент Л (роль которого выполняет транзистор V26), причем взаимное положение импульсов и во времени зависит от частоты. Транзистор V26, база которого подключена к коллектору транзистора V24, открыт под действием тока, протекающего по цепи: нулевая шинка — эмиттер V26 — база V26 — V10 — R14 — шинка «минус» 12 В. Открытие транзистора V26 происходит в момент начала положительной полуволны напряжения на выходе измерительной цепи . Таким образом, логический элемент Л пропускает импульс только в случае отсутствия в это время на входе импульса . Если частота превышает частоту срабатывания реле , то в каждом полупериоде напряжения на выходе элемента Л выдается импульс . При такой импульс отсутствует.

Далее с помощью расширителя импульсов (РИ) импульс расширяется во времени. Одновременно РИ выполняет функции инвертора и элемента выдержки времени для создания задержки на срабатывание реле.

Расширитель импульсов работает следующим образом: V27 при отсутствии на реле переменного напряжения длительно открыт под действием тока по цепи: нулевая шинка — эмиттер V27 — база V27 — V10 — R14 — шинка «минус» 12 В. При подведенном к реле переменном напряжении положительное смещение, подаваемое с конденсатора C1, закрывает диод V10 и ток по указанной выше цепи протекать не может. В этом случае транзистор V27 может кратковременно открываться под действием импульсов зарядного тока конденсатора С2. Этот конденсатор дозаряжается до напряжения 18 В при закрытии транзистора V25 (если V25 открыт, то конденсатор С2 заряжен до 6 В). Импульс зарядного тока протекает по конденсатору С2 в момент закрытия транзистора V25, т.е. в момент начала положительной полуволны напряжения .

Однако транзистор V27 может открываться зарядным током конденсатора С2 только при закрытом транзисторе V26. Открытый транзистор V26 шунтирует переход эмиттер-база V27, запрещая этим открытие V27. Следовательно, при поданном на реле переменном напряжении транзистор V27 может кратковременно (один раз в период) открываться только в тех случаях, когда транзистор V26 открывается после протекания зарядного тока конденсатора С2. Поскольку транзистор V26 открывается в момент начала положительной полуволны напряжения , а зарядный ток конденсатора С2 протекает в момент начала положительной полуволны напряжения , транзистор V27 периодически открывается только в том случае, когда напряжение отстает от напряжения , т.е. когда частота в сети выше уставки реле (см.рис.П1.2). Если напряжение совпадают по фазе с или опережает его, транзистор V27 остается закрытым, что и является командой для срабатывания реле.

Далее сигнал подается на усилитель У, предназначенный для фиксации, усиления и передачи на исполнительный орган (ИО) команды на срабатывание, полученной от логического элемента. Кроме того, в состав усилителя входят конденсаторы, создающие задержку на срабатывание реле.

Транзистор V29 открыт под действием тока по цепи: нулевая шинка — эмиттер V29 — база V29 — R19 — переход коллектор — эмиттер V28 — R22 — шинка «минус» 12 В. При открытом транзисторе V29 диод V17 открыт, а диод V18 закрыт. Поэтому база транзистора V30 заведомо положительнее его эмиттера, подключенного к средней точке делителя R29-R30. Следовательно, транзистор V30 типа п-р-п надежно открыт. Через открытые транзисторы V30 и V28 открыты соответственно транзисторы V31 и V29. При открытом транзисторе V31 база транзистора V32, который входит в исполнительный орган реле, положительнее его эмиттера и транзистор V32 надежно закрыт.

При закрытии транзистора V28 прерывается путь для тока, открывающего транзистор V29, и последний закрывается, что приводит к закрытию транзистора V31 (так же, как и транзистор V29, закрывается при закрытии транзистора V28). Закрытие транзистора V31 создает возможность для протекания тока, открывающего входной транзистор V32 по цепи: нулевая шинка — эмиттер V32 — база V32 — R31 — R28 — шинка «минус» 12 В. Транзистор V32 открывается, что приводит к срабатыванию реле частоты.

Таким образом, для срабатывания реле частоты необходимо, чтобы закрылся транзистор V28 на время, бульшее уставки реле по времени срабатывания.

Состояние V28 определяется состоянием V27. Если V27 длительно открыт, то диод V13 открыт, а диод V14 закрыт. При этом база транзистора V28 оказывается положительнее его эмиттера (подключенного к средней точке делителя R22-R23 с потенциалом около — 6 В) и транзистор V28 типа п-р-п открыт.

Если V27 длительно закрыт, то диод V13 также закрыт, а V14 открыт. База транзистора V28, подключенная к делителю R17 — V14 R18 , отрицательнее его эмиттера и транзистор V28 закрыт.

При кратковременном открытии один раз в период транзистора V27 открываются также раз в период транзисторы V28, V29. Поскольку V29 шунтирует конденсаторы 6C-8С, последние разряжаются каждый период и транзистор V30 не закрывается, т.е. реле не срабатывает. Как показано выше, транзистор V27 длительно закрывается при снижении частоты в сети до частоты уставки реле. Именно в этот момент происходит закрытие входного транзистора V28, что приводит к срабатыванию реле частоты.

Таким образом, для срабатывания реле частоты необходимо, чтобы закрылся транзистор V28 на время, большее времени заряда конденсаторов 6С-8С , т.е. больше уставки реле по времени срабатывания.

Для подачи напряжения постоянного оперативного тока на полупроводниковую часть схемы и на выходное реле К используется блок питания, состоящий из двух стабилитронов V22, V23, фильтра 4L — С5, С6 и резисторов R33, R34 и 3R , 4R, 5R, 6R.

Фильтр 4L- С5, С6 предназначен для сглаживания напряжения на выводах 1 и 3 при питании реле от переменного оперативного тока (через вспомогательное устройство ВУ-3). Кроме того, фильтр исключает возможность неправильного срабатывания реле при подаче и снятии переменного оперативного тока.

Стабилитрон V23 создает уровень напряжения +6 В относительно нулевой шинки. От стабилитрона V22 подается напряжение 22 В на выходное реле К, а через резисторы R33, R34 подается напряжение на шинку «минус» 12 В. Резисторы 3R, 4R, 5R, 6R являются ограничивающими и используются при питании реле от постоянного оперативного тока. При напряжении 220 В используются резисторы 3R, 4R, 5R, 6R, при напряжении 110 В — только резисторы 5R, 6R.

В схеме реле предусмотрено блокирование, запрещающее срабатывание реле при снижении переменного напряжения на выводах 7 и 8 до 20 В и ниже. В этом случае снимается положительный потенциал с отрицательного вывода диода V10. Диод открывается и под действием тока, протекающего через него, остается длительно открытым выходной транзистор V27 фазочувствительной схемы. Реле частоты поэтому сработать не может.

Предусмотрена возможность введения в схему замедления на срабатывание реле (РЧ-1) до 0,3-0,5 с (собственное время срабатывания реле 0,15 с ). Замедление обеспечивается включением между первым и вторым каскадами усилителя конденсаторов большой емкости, которые начинают заряжаться после срабатывания первого каскада усилителя. Второй каскад срабатывает после их зарядки.

Для проверки работоспособности схемы реле предусмотрена кнопка S, шунтирующая дроссель 1L измерительной цепи срабатывания. При нажатии на кнопку сопротивление цепи становится активноемкостным, ток в цепи опережает напряжение входа. Это соответствует снижению частоты в сети и реле должно сработать.

Схема реле РЧ-2 в основном аналогична схеме реле понижения частоты. Отличие состоит в фазочувствительной схеме (см.рис.5.2). Последнее вызвано тем, что схема работает на задних фронтах импульсов. В связи с этим конденсатор С2 перенесен в цепь коллектора транзистора V24, а база транзистора V26 включена на делитель, образованный резисторами R13 и R35. В реле отсутствуют уставки по времени срабатывания, поэтому вместо трех емкостей установлена одна 6С, а кроме того отличаются обмоточные данные дросселей 1L и 2L .В остальном реле идентичны.

Работа узлов полупроводниковой схемы и реле

Страница 4 из 11

3. РАБОТА УЗЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СХЕМЫ И РЕЛЕ В ЦЕЛОМ
Узлы полупроводниковой схемы реле РЧ-I удобно начать рассматривать с простого выходного каскада, изображенного на рис 18. Предыдущий каскад, который управляет транзисторам Т, изобразим в виде ключа К, разомкнутый ключ соответствует закрытому состоянию выходного транзистора предыдущего каскада, замкнутый — открытому

Рис 16 Условные изображения транзисторов рп-р (а) н п-р-п (б)
Когда ключ К замкнут, база транзистора Т (точка Л) подключена к делителю R2—R3 между шинками -6В и 0, поэтому ее потенциал значительно положительнее эмиттера (подключенного к шинке 0) и транзистор надежно закрыт Так в обмотке реле РП практически отсутствует, реле находится в отпавшем положении
Если ключ К разомкнуть, то база транзистора Т оказывается подключенной к делителю R3—(R1 + R2) между—12 В и +6 В, и потенциал ее станет отрицательнее (при отключенной базе потенциал точки А был бы около —3 В). Транзистор открывается, и по обмотке реле проходит ток, который определяется сопротивлением обмотки и питающим напряжением Падение напряжения на открытом транзисторе практически отсутствует Реле срабатывает При замыкании ключа транзистор закрывается и реле отпадает
Рис 19 Схема усилительного каскада

При закрытии транзистора из-за индуктивности обмотки реле могут возникнуть перенапряжения, на коллекторе транзистора будет в этом случае большой отрицательный потенциал Для предотвращения повреждения транзистора используется диод Д, который шунтирует обмотку реле, если потенциал ее нижнего вывода станет отрицательнее шинки — 22 В. При открытом транзисторе Т диод Д закрыт и не влияет на работу реле
Таким образом, с помощью такого каскада, работающею в ключевом режиме, обеспечивается срабатывание реле при размыкании ключа К, те при закрытии выходного транзистора предыдущего каскада. Коллекторное напряжение принято 22 В, чтобы обеспечить надежную работу выходного реле РП-220, которое имеет напряжение срабатывания около 15 В

Рис. 18 Схема выходного каскада
Рассмотрим работу более сложного усилительного каскада, состоящего из двух транзисторов (рис 19) Как и раньше считаем, что управление каскадом осуществляется с помощью ключа К. Прежде всего следует отметить, что транзистор 77 имеет обратную проводимость (п-р-п). Такой транзистор открыт, если его база имеет положительный потенциал относительно эмиттера. Эмиттер транзистора 77 подключен к средней точке делителя R7—R8, выполненного из относительно низкоомных резисторов (по 1,2 кОм). Потенциал эмиттера около —6 В и мало зависит от состояния транзистора Т1 (открыт или закрыт), так как сопротивление резисторов делителя на порядок меньше коллекторной нагрузки Т1 (резистор R4 на 10 кОм). При замкнутом ключе К диод Д1 открыт, следовательно, Д2 закрыт (так как точка ‘Б имеет потенциал не положительнее точки А, связанной через Д1 с шинкой 0) и отделяет базу транзистора 77 от шинки —12 В. Поэтому база транзистора 77 положительнее его эмиттера, и 77 отк]рыт. При этом обеспечен отрицательный потенциал базы транзистора Т2. Последний тоже открыт. Точка Б при открытом транзисторе Т1 немного положительнее точки В —на величину падения напряжения на эмиттерном переходе открытого 77.
При размыкании ключа К диод Д1 закрывается, что позволяет открыться диоду Д2, база транзистора Т1 получает связь с шинкой —12 В и оказывается подключенной к делителю R2-R3, причем сопротивление R2 меньше R3 Транзистор 77 закрывается (при отсоединенном диоде ДЗ потенциал тони Б был бы около —8 В, т. е. отрицательнее точки В). Диод ДЗ предназначен для защиты эмиттер наго перехода транзистора Т1 от больших запирающих напряжений (напряжение в точке Б относительно эмиттера транзистора Т1 не превышает падения напряжения на диоде ДЗ). Кроме того, диод ДЗ способствует стабильной работе транзистора Т1 при колебаниях температуры. Закрытие транзистора 77 приводит к закрытию Т2, так как база транзистора Т2 отделяется от шинки —12 В, но остается подключенной к шинке +6 В через резистор R5, диод Д4 имеет такое же назначение, как ДЗ. Диоды Д1 и Д2 образуют так называемый диодный ключ Если диад Д/ открыт, то Д2 обязательно закрыт, и наоборот. Управление с помощью диодного ключа повышает четкость работы управляемого транзистора.
На рис. 19 пунктиром показаны конденсаторы С1 и С2. Конденсатор С1 замедляет закрытие транзистора
Т1 после размыкания ключа К на бремя заряда C1 до напряжения, равного потенциалу точки Б (так как диод Д2 открывается только в том случае, если точка А отрицательнее точки Б, а до заряда конденсатора точка А остается положительнее, чем точка Б). Подобную роль может играть конденсатор С2, который также на время своего заряда задерживает появление в точке Л отрицательного потенциала после размыкания ключа К. При замкнутом ключе К конденсатор С1 шунтирован через диод Д1 и разряжен, конденсатор С2 шунтирован через Д1 ‘и Т2 и тоже разряжен.

Рис. 20 Фазочувствительный Рис. 21. Схема усилительно- элемент схемы реле.      ограничительного каскада.

Рис. 21. Схема усилительно-ограничительного каскада.

Таким образом, при замкнутом управляющем ключе К выходной транзистор Т2 рассматриваемого каскада открыт, а при разомкнутом К — закрыт. Если подключен конденсатор С1 или С2, то закрытие транзистора Т2 происходит не в момент размыкания управляющего ключа, а через некоторое время.
На рис. 20 показан фазочувствительный элемент схемы реле. Как и при рассмотрении усилительных каскадов примем, что управление осуществляется ключами К1 и К2. При замкнутом ключе К1 транзистор 77 закрыт, поскольку его база включена между шинками 0 и +6 В и положительнее эмиттера. При отключенном ключе К1 база транзистора 77 оказывается подключенной между шинками +6 В и —12 В. Так как сопротивление до шинки —12 В меньше, чем до шинки +6 В, база транзистора 77 приобретает отрицательный потенциал (относительно эмиттера). Если коллектор транзистора Т1 будет отрицательнее шинки 0, то транзистор Т1 откроется. Следовательно, ключ Kl управляет транзистором 77.
При замкнутом ключе К2 конденсатор С1 практически разряжен. Потенциал верхней пластины (точка А) равен нулю, потенциал нижней пластины (точка Б) близок к нулю (подробное описание процесса разряда конденсатора смотри ниже).
В момент размыкания ключа К2 начинается заряд конденсатора С1. Если в это время открыт транзистор 77, то ток заряда проходит через него, потенциал точки Б в процессе заряда остается равным нулю, точка В остается положительной и транзистор Т2 не открывается. Если транзистор 77 закрыт, то зарядный ток ‘начинает проходить по резистору R5, база транзистора Т2 приобретает отрицательный потенциал относительно эмиттера, транзистор Т2 открывается. По мере нарастания напряжения на конденсаторе ток по резистору R5 уменьшается и через некоторое время после начала заряда транзистор Т2 закрывается.
Время открытого состояния транзистора Т2 определяется параметрами схемы, для реле РЧ-1 оно составляет ОКОЛО 1 :МС.
При замыкании ключа К2 конденсатор С1 разряжается. Процесс протекает следующим образом. Как известно, напряжение на конденсаторе не изменяется мгновенно. Поэтому в первый момент после замыкания ключа К2 потенциал точки А становится равным нулю, а потенциал точки Б становится положительнее на напряжение, до которого был заряжен конденсатор, т. с, примерно на 12 В. Потенциал базы транзистора 77 составляет либо около 1,5 В (при замкнутом ключе Д7), либо около —4 В (при разомкнутом ключе К1). Таким образом, коллектор транзистора 77 положительннее эмиттера, а его база отрицательнее коллектора (независимо от состояния Kl). В гаком режиме транзистор открывается и через него происходит разряд конденсатора С1. Если ключ К1 разомкнут, то конденсатор разряжается практически до нуля; если ключ К1 замкнут, то разряд прекращается, когда потенциал базы становится равным потенциалу базы транзистора 77, так как в этот момент транзистор 77 закрывается.
Разряд конденсатора С1 не является основным процессом. Работа схемы основана на процессе заряда С1, во время которого открывается или не открывается
транзистор Т2. Кратковременное открытие транзистора Т2 происходит в момент размыкания ключа К2, если ключ К1 при этом замкнут. Если ключ К1 размыкается одновременно с ключом К2 или раньше, то транзистор Т2 не открывается. Таким образом, схема фиксирует порядок размыкания ключей; если сначала размыкается ключ К2, то транзистор Т2 кратковременно открывается, если ключ К1—остается закрытым.
Теперь рассмотрим работу усилительно-ограничительного каскада (рис. 21), который используется для преобразования синусоидального .напряжения в прямоугольные .импульсы.
При отсутствии входного напряжения UBy. транзистор Т открыт, поскольку его база оказывается отрицательнее эмиттера (так как точка Б отрицательна). Когда к резистору R1 приложена отрицательная полуволна входного напряжения, точка А получает еще более отрицательный потенциал, диод Д1 закрывается, предотвращая чрезмерное увеличение тока через эмиттерный переход транзистора Т. Транзистор Т остается открытым. При положительной полуволне напряжения t/BX точка А после прекращения тока по резистору R1 (или изменения его направления) становится положительной, диод Д1 открывается, а Д2 закрывается, так как точка Б становится положительнее точки В. Это приводит к отделению базы транзистора Т от шинки —12 В, и транзистор закрывается. Надежное закрытие обеспечивается подачей положительного потенциала через резистор R3, диод ДЗ защищает эмиттерный переход от большого запирающего напряжения. При закрытии транзистора Т в точке Г появляется отрицательное напряжение, т. е. импульс. Амплитуда импульса не зависит от амплитуды входного напряжения, а определяется коллекторным напряжением, сопротивлением нагрузки и другими параметрами схемы. Ширина импульса, т. е. его длительность, несколько меньше полуволны входного напряжения, так как для закрытия диода Д2 нужно, чтобы £/Вх было больше падения напряжения на резисторе R1 при отсутствии входного напряжения. Таким образом, при переменном синусоидальном напряжении на входе схемы на выходе появляются прямоугольные импульсы (рис. 22).
После ознакомления с работой отдельных узлов рассмотрим работу всей схемы. Сначала вернемся к структурной схеме реле (см рис 2) На вход формирователей Ф1 и Ф2 подано синусоидальное напряжение oi измерительных цепей Напряжение С/0 (опорное) совпадает по фазе с напряжением сети, напряжение Uf при частоте сети выше уставки реле отстает от опорного напряжения и опережает его, если частота сети ниже уставки (более подробно об этом сказано в § 1) Синусоидальные напряжения Uf и U0 преобразуются формирователями в прямоугольные импульсы, которые подаются на фазочувствительный элемент ФЭ Команду на срабатывание реле вырабатывает фазочувствительный элемент Она поступас1 на усилитель У, если импульсы от формирователя Ф1 опережают импульсы от формирователя Ф2 или совпадают с наши по фазе Усилитель имеет элемент выдержки времени После истечения заданного времени срабатывает исполнительный орган ИО (промежуточное реле РП-220)
Рассмотрим более подробно отдельные элементы, связь между ними, назначение и работу некоторых блокирующих элементов
Формирователи Ф1 и Ф2 практически одинаковы, они представляют собой усилительно-ограничительные каскады, рассмотренные выше (рис 21, 22) Формирователь Ф2 состоит из транзистора Т2 (МП-42Б), диодов ДЗ, Д8, (Д223Б) и Д6 (Д9Ж), резисторов R6, R8 и R10 (МЛТ) Здесь и далее обозначения отдельных элементов соответствуют принципиальной схеме реле РЧ 1, показанной на рис 3, если нет дополнительных ссылок на другие рисунки, а обозначения формирователей Ф1 и Ф2 соответствуют рис 2 Синусоидальное напряжение, которое следует преобразовать в прямо угольные импульсы, снимается с резистора R5 Формирователь Ф1 состоит из транзистора 77 (М.П-42Б), диодов Д4, Д51 Д9 (Д223Б) и Д7 (Д9Ж), резисторов R7, R9, Rll, R* (МЛТ). Синусоидальное напряжение снимается с резисторов R2 и R3 (МЛТ)

Рис 22 Импульсы на усилительно ограничительном каскаде
1 — переменное напряжение на входе 2 — уровень чувствительности 3- импульсы на выходе

Рис 23 Влияние чувствительности формирователей на ширину импульсов
Дополнительный резистор R*, который подключают параллельно R6 или R7, предназначен для обеспечения правильной работы реле частоты при небольших напряжениях на входе реле Отклонения частоты срабатывания от уставки вызываются двумя основными причина ми Во-первых, при небольшом напряжении на входе реле дроссель измерительном цепи работает в начальной части характеристики намагничивания, имеющей меньшую крутизну Индуктивность дросселя уменьшается, что приводит к увеличению частоты срабатывания реле Во вторых, чувствительность формирователей может

Ряс 24 Зависимость срабатывания рече РЧ 1 ог напряжения на входе реле при разных значениях сопротивления резистора R» Кривые 1—6 соответствуют уменьшающимся значениям сопротивления радистора R*
быть неодинаковой из за различия параметров деталей, входящих в схему, хотя типы и номинальные данные входящих в разные формирователи деталей одинаковы Так, например, сопротивление большинства применен ьы\ резисторов может иметь разброс ±10%, различными могут быть характеристики транзисторов МП42Б Различная чувствительность формирователей приводит к различной ширине импульсов на их выходе, особенно при небольшом напряжении на входе реле, что наглядно показано на рис 23 Различная ширина импульсов в свою очередь вызывает значительную погрешность в работе фазочувствительного элемента (подробнее смотри ниже), т е снижает точность работы реле Дополнительный резистор R*, принудительно изменяя чувствительность одного из формирователей, обеспечивает не обходимую точность реле в заданном диапазоне изменения входного напряжения.
Зависимость частоты срабатывания от напряжения на входе реле при разных сопротивлениях резистора R* показана на рис 24
Формирователь Ф1 имеет два вводных диода Д4 и Д5 Через диод Д5 подается напряжение от измерительной цепи, настроенной на уставку АЧР, а через д»юд Д4 — от измерительной цепи, настроенной па уставку АПВ после АЧР (если соединены выводы 5 и 6 реле) (рис 6).
Поскольку уставка АПВ после АЧР выше, чем уставка АЧР, напряжение, подаваемое через Д4, всегда опережает напряжение, подаваемое через Д5 На рис 25 показано, что импульс формирователя Ф1 при одновременном воздействии на него двух измерительных цепей реле оказывается шире одного полупериода промышленной частоты, а его начало совпадает с переходом через нуль напряжения с измерительной цепи ЧАПВ При этом предполагается, что формирователь обладает весьма высокой чувствительностью, г с уровень чувствительности во много раз меньше амплитуды синусоидального напряжения на входе формирователя.

Рис 25 Импульсы формирователя Ф1 при одновременном воздействии на него напряжений двух измерительных цепей
1 — напряжение измеритель ной цепи ЧАПВ 2 — то же АЧР 3 — импульсы на выходе формирователя
Таким образом, при поданном на вход реле достаточно большом переменном напряжении (более 40 В) формирователи вырабатывают прямоугольные импульсы Начала импульсов практически совпадают с переходам напряжения на входе формирователя через нуль По мере уменьшения напряжения на входе реле уменьшается и амплитуда переменного (напряжения на входе формирователей Уровень чувствительности формирователя становится соизмеримым с напряжением на его входе Это приводит к тому, что начала импульсов смещаются относительно перехода через нуль переменного напряжения Сказанное иллюстрируется рис 23 Чувствительность формирователей, несмотря на применение дополнительного корректирующего резистора, несколько различна поэтому смешения импульсов формирователей относительно перехода переменного напряжения через нуль неодинаковы. Когда напряжение на входе реле снизится настолько, что амплитуда напряжения на входе формирователя станет меньше уровня чувствительности формирователя, импульсы прекратятся При этом транзистор формирователя остается открытым, что соответствует отсутствию импульса на выходе.
В реле РЧ-1 импульсы исчезают при напряжении на входе реле около 1,5 В.
Импульсы с формирователей поступают на фазочувствительный элемент, который состоит из транзисторов ТЗ и Т4 (МП42Б), диодов Д10—Д12 (Д223Б), резисторов R11—R16 (МЛТ), конденсатора С2 (МБМ) Принцип действия этого элемента был рассмотрен выше (рис 20) Транзисторы ТЗ и Т4 на полной схеме реле соответствуют транзисторам 77 и Т2, показанным на рис 20, резистор R10 — резистору R4, приведенному на рис. 20 и 21, a R11 — резистору R1 на рис. 20 и R4 на рис 21 В качестве ключей К1 и К2 (рис 20) служат формирователи импульсов Ф/ и Ф2 соответственно Импульс на выходе формирователя соответствует разомкнутому, отсутствие импульса — замкнутому ключу. Таким образом, фазочувствительный элемент фиксирует порядок поступления импульсов от формирователей Если сначала поступает импульс от формирователя Ф2, то транзистор Т4 кратковременно открывается 1 раз в период Иначе говоря, на выходе фазочувствительного элемента появляются положительные импульсы Если же импульсы от формирователей Ф1 и Ф2 поступают одновременно или сначала поступает импульс от Ф1, транзистор Т4 остается закрытым, т. е импульсов на выходе фазочувствительного элемента нет.
При достаточно высокой чувствительности формирователей импульсов, когда уровень чувствительности во много раз меньше амплитуды напряжения на входе, можно считать, что начало импульса совпадает с переходом переменного напряжения на входе формирователя через нуль Сравнивая моменты начала импульсов от двух формирователей, сопоставляем моменты перехода через нуль напряжений на входе формирователей, т е сравниваем по фазе переменные напряжения, поданные иа вход формирователей Если импульс от формирователя Ф2 начинается раньше, чем от Ф1, это означает (см рис 2), что напряжение на входе Ф2 (t/0) опережает напряжение на входе Ф1 (Uj).
Выше было показано, что при частоте сети выше уставки реле напряжение О0 опережает Uf. При частоте сети, равной уставке, эти напряжения совпадают по фазе и при частоте сети ниже уставки напряжение 0о отстает от напряжения Of (§ 1 и рис. 4). Следовательно, если на выходе фазочувствительного элемента есть положительные импульсы (открывается транзистор Т4 1 раз в период), то частота сети выше уставки реле. Если частота сети равна уставке или ниже ее, то импульсов иет. Таким образом, команда на срабатывание подается именно фазочувствительным элементом и заключается в прекращении положительных импульсов. Команда на возврат реле заключается в появлении положительных импульсов (на выходе фазочувствительного элемента).
Ширина положительного импульса, т. е. длительность открытого состояния транзистора Т4, может быть различной Если частота сети значительно выше уставки реле, то напряжение Cf:, намного опережает Uf. Импульс от формирователя Ф1 приходит, когда конденсатор С2 уже зарядился и транзистор Т4 уже закрылся В этом случае ширина положительного импульса определяется временем заряда С2 и составляет около 1 мс. Если частота сети близка к уставке, то импульс от формирователя Ф1 приходит до окончания заряда С2. Транзистор Т4 закрывается в момент начала импульса от формирователя Ф1, следовательно, он открыт менее 1 мс. По мере уменьшения частоты сети импульс на выходе фазочувствительного элемента становится короче.
Разная чувствительность формирователей приводит к разному смещению начал импульсов относительно перехода переменного напряжения на входе формирователя через нуль, что особенно заметно при низком напряжении. В таком случае одновременный приход импульсов от формирователей Ф1 и Ф2 уже не говорит о совпадении напряжений (U0 и Of) на входе формирователей по фазе. Если чувствительнее формирователь Ф1, то одновременный приход импульсов будет, когда U0 еще опережает Uf, т. е. когда частота сети выше уставки реле (рис. 26). Это приведет к срабатыванию реле при частоте в сети выше уставки. Если чувствительнее формирователь Ф2, то реле будет срабатывать при частоте в сети ниже уставки (если пренебречь влиянием уменьшения крутизны характеристики намагничивания дросселя).
Чтобы исключить неправильную работу реле при низком переменном напряжении, выполнена специальная блокировка. Если напряжение на входе реле менее 10—15 В (или совсем отсутствует), то транзистор Т4 открыт через диод Д10 и резистор R14 независимо от взаимного расположения импульсов формирователей. Открытое состояние транзистора Т4 (длительный положительный импульс) является запретом на срабатывание

Рис. 26. Взаимное расположение напряжении на входах формирователей Ф1 и Ф2 в момент одновременного начала импульсов на их выходах при разной чувствительности формирователей. а — чувствительность формирователя Ф1 лучше, чем Ф2\ 6 — чувствительность Ф2 лучше, чем Ф1, Ф1 и Ф2 — уровни чувствительности формирователей. 1 — импульсы формирователя Ф1, 2— то же, Ф?
реле. Когда величина переменного напряжения на входе реле достаточна для точной работы фазочувствительного элемента, на отрицательный вывод диода Д10 подается положительное смещение с конденсатора С1. Диод Д10 закрывается, отделяя базу транзистора Т4 от шинки —12 В. С этого момента транзистор Т4 управляется только формирователями импульсов. Благодаря этой блокировке исключается также неправильное срабатывание реле РЧ-1 при подаче и снятии переменного напряжения.
Таким образом, совместная работа измерительных цепей, формирователей импульсов и фазочувствителного элемента обеспечивает выработку:
запрещающего сигнала в виде длительного положительного импульса на выходе фазочувствительного элемента при недостаточном переметном напряжении на входе реле независим от его частоты или при отсутствии этого напряжения, запрещающего сигнала в виде кратковременных положительных импульсов на выходе фазочувствительного элемента при нормальной величине переменного напряжения на входе реле с частотой выше уставки;
разрешающего сигнала (отсутствие положительных импульсов на выходе фазочувствительного элемента) при нормальной величине переменного напряжения на входе реле с частотой, равной уставке или ниже ее.
Сигналы с фазочувствительного элемента поступают на вход первого каскада усилителя У (рис. 2). Этот каскад состоит из транзисторов Т5 (МШ13А) и Т6 (МП42Б), диодов Д13—Д16 (Д223Б), резисторов R16— R23 (МЛТ), конденсатора СЗ. Резистор R16 можно считать принадлежащим как первому каскаду усилителя, так и фазочувствительпому элементу, а резистор R21— второму каскаду усилителя. Работа такого усилительного каскада была рассмотрена выше (рис. 19). В данном случае транзисторы ТЬ и Т6. соответствуют транзисторам 77 и Т2 (рис. 19), а в качестве управляющего ключа служит выходной транзистор Т4 фазочувствительного элемента. Если он открыт, что соответствует замкнутому ключу К на рис. 19, то открыт и выходной транзистор первого каскада усилителя Т6. Закрытие транзистора Т6 происходит через некоторое время после закрытия транзистора Т4 за счет заряда конденсатора СЗ (соответствует С2 на рис. 19). Разряд конденсатора СЗ происходит практически мгновенно в момент открытия транзистора Г4. Время, на которое задерживается закрытие транзистора Т6 для реле РЧ-1 составляет около 1 мс. Даже при очень кратковременном открытии транзистора Т4 транзистор Т6 откроется не менее чем на 1 мс, т. е. произойдет расширение импульса от фазочувствительно элемента, в связи с чем этот каскад называют иногда расширителем импульсов. Расширение импульсов необходимо для надежного разряда конденсаторов второго каскада усилителя, обеспечивающих выдержку времени реле.
Итак, при частоте в сети выше уставки реле транзистор Т6 открывается 1 раз в период на время около 1 мс. Открытие транзистора Т6 происходит при открытии транзистора Т4, т. е. в момент начала импульса формирователя Ф2. При отсутствии переменного напряжения на входе реле транзистор Т6 длительно открыт. При частоте в сети, равной уставке или ниже, транзистор
Т6 не открывается. Транзистор Т6 является управляющим для второго каскада усилителя, который отличается от первого только тем, что замедляющие конденсаторы подключены на вход усилителя (соответствуют конденсатору С1 на рис. 19) и емкость их значительно больше. В состав каскада входят транзисторы 77 (МП 11 ЗА) и Т8 (МП42Б), диоды Д17—Д20, резисторы R21—R30, конденсаторы С4, 6С—8С. Транзисторы 77 и Т8 соответствуют транзисторам 77 и Т2 (рис. 19). В качестве ключа служит транзистор Т6. При открытом Т6 конденсаторы С4, 6С—8С шунтированы, транзисторы 77 и Т8 открыты. В момент закрытия транзистора Т6 начинается заряд конденсаторов С4, 6С—8С, транзисторы 77 и Т8 еще остаются открытыми Если частота сети выше уставки реле, то конденсаторы не успеют зарядиться до напряжения, при котором закроется транзистор 77 (а затем Т8), поскольку транзистор Т6 вновь откроется и зашунтирует конденсаторы С4, 6С—8С. Когда частота в сети станет равной уставке, транзистор Т6 перестанет открываться и конденсаторы С4, 6С—8С зарядятся до напряжения закрытия транзистора 77. Одновременно закроется и транзистор Т8, т. е. усилитель сработает.
Время срабатывания усилителя определяется емкостью конденсаторов, подключенных на вход второго каскада. Если подключены конденсаторы 6С—8С, то оно составляет около 0,5 с, если подключен только конденсатор 6С, то 0,15 с. При подключении конденсаторов 6С и 7С это время составляет около 0,3 с.
При открытии транзистора Т6 конденсаторы выдержки времени полностью разряжаются Если в процессе набора выдержки времени па выходе фазочувствительного элемента появится хотя бы один положительный импульс (кратковременно откроется транзистор Т4), конденсаторы разрядятся и отечет выдержки времени начнется сначала.
Таким образом, при отсутствии на входе реле переменного напряжения (транзистор Т6 длительно открыт) и при частоте в сети выше уставки (транзистор Т6 открывается 1 раз в период) выходной транзистор Т8 длительно открыт. После понижения частоты в сети на время, большее времени срабатывания, транзистор Т8 закрывается.
Транзистор Т8 является управляющим для выходного  каскада (принцип действия рассмотрен выше, см. рис 18). Открытый транзистор Т8 соответствует замкнутому ключу К, закрытый — разомкнутому. Следовательно, при срабатывании усилителя открывается транзистор Т9 и срабатывает выходное реле.
Если отключить все замедляющие конденсаторы 6С—8С, то в течение одного периода промышленной частоты оставшийся конденсатор С4 будет успевать заряжаться до напряжения закрытия транзистора 77. Тогда транзистор Т8 будет закрываться 1 раз в период, а транзистор Т9 будет открываться 1 раз в период, по обмотке реле будет проходить пульсирующий ток. Для срабатывания реле этого тока недостаточно, одного его иногда хватает для удержания реле, если оно по каким- либо причинам сработает. В связи с этим эксплуатация реле с отключенными замедляющими конденсаторами недопустима.
Теперь проследим работу всей схемы от формирователей до выходного реле. При частоте переменного напряжения на входе реле выше уставки импульс формирователя Ф2 начинается раньше импульса формирователя Ф1, в связи с чем транзистор Т4 открывается током заряда конденсатора С2 ] раз в период. При этом 1 раз в период открывается транзистор Т6, который шунтирует конденсаторы С4, 6С—8С и не дает им зарядиться до напряжения закрытия транзистора 77. Следовательно, остается открытым транзистор Т8, чем обеспечивается надежное закрытие транзистора Т9. Выходное реле при этом не обтекается током и не срабатывает. Как только частота напряжения на входе реле понизится до уставки, импульс формирователя Ф1 будет начинаться одновременно с импульсом формирователя Ф2. Транзистор ТЗ будет открываться в момент начала заряда конденсатора С2, ток заряда будет проходить не по переходу эмиттер — база транзистора Т4, а по транзистору ТЗ. Транзистор Т4 останется закрытым, не будет открываться и транзистор Т6. После заряда замедляющих конденсаторов закроются транзисторы 77 и Т8 и откроется Т9. Выходное реле сработает.
Рассмотрим характер импульсов в тех или иных точках схемы реле, которые можно увидеть на экране электронного осциллоскопа (рис. 27). Заземленный зажим осциллоскопа нужно подсоединить к шинке О, другой зажим — к коллектору соответствующего транзистора.
Рис. 27. Импульсы в характерных точках схемы реле РЧ-1 (относительно шинки 0).
/ — коллектор транзистора 77; г —то же. Т2-. 3 — то же, Т4-. 4— то же, Т5; 5 —то
Начнем с формирователей импульсов (транзисторы 77 и Т2). Открытое состояние транзистора 77 соответствует верхнему краю изображения; импульс (закрытое состояние транзистора) располагается ниже. Импульс на коллекторе транзистора 77 должен быть прямоугольным, ширина его примерно равна ширине паузы, амплитуда около 5 В. Напряжение на коллекторе транзистора 77, измеренное вольтметром постоянного напряжения, должно быть 2—2,5 В (в 2 раза меньше амплитуды за счет пауз, примерно равных по длительности импульсу).
Левая часть импульса па коллекторе транзистора Т2 (начало импульса) непрямоугольная. Увеличение напряжения на коллекторе определяется процессом заряда конденсатора С2. Продолжительность заряда конденсатора С2 составляет около 1/3 длительности импульса, т. е. 2,5—3,5 мс. Амплитуда импульса должна быть около 12 В (при измерении вольтметром 4,5— 5,5 В).
Характер импульсов на коллекторах транзисторов 77 и Т2 практически не зависит от частоты переменного напряжения на входе реле РЧ-1.
Рис. 27. Импульсы в характерных точках схемы реле РЧ-1 (относительно шинки 0).
/ — коллектор транзистора 77; г —то же. Т2-, 3 — то же, Т4-. 4— то же, 75; 5 —то

Переходим к рассмотрению импульсов на транзисторе Т4. Как было отмечено раньше, этот транзистор кратковременно открывается J раз в период, если частота переменного напряжения на входе реле РЧ-1 выше уставки. Открытое состояние транзистора Т4 и считается обычно импульсом, хотя напряжение на транзисторе в этот момент близко к нулю. Амплитуда импульса должна» быть близка 12 В, его ширина незначительна — около 1 мс. При приближении частоты переменного напряжения к уставке реле ширина импульса уменьшается, при исчезновении импульсов реле срабатывает.
Измеренное вольтметром напряжение на коллекторе транзистора Т4 немного меньше амплитуды импульса. Вольтметр, измеряющий только переменную составляющую, покажет незначительное напряжение, исчезающее при срабатывании реле.
Импульсы на коллекторе транзистора Т5 будем рассматривать не относительно эмиттера этого транзистора. а относительно шинки 0, чтобы не изменять подключение осциллоскопа. При открытом транзисторе Т5 напряжение на его коллекторе близко к напряжению эмиттера и составляет около —6 В. При закрытом транзисторе Т5 напряжение на его коллекторе равно падению напряжения на открытом диоде Д16 и составляет около 0,5 В. Провалы на экране соответствуют открытому транзистору, верхняя граница изображения —закрытому. Ширина (длительность) провалов зависит от частоты переменного напряжения и составляет 1—2 мс. Амплитуда импульсов должна быть около 6,5 В. При частоте переменного напряжения на входе реле, равной уставке, импульсы пропадают —транзистор TS остается длительно закрытым. Если частота переменного напряжения выше уставки, то напряжение на коллекторе транзистора Т5, измеренное вольтметром относительно шинки 0, обычно бывает —0,1:0,3 В. Отрицательный знак появляется из-за того, что в провалах напряжение на коллекторе —6 В, небольшая величина напряжения объясняется тем, что провалы относительно узки. Иногда напряжение па коллекторе транзистора Т5 бывает даже положительным до 0,1 В. Напряжение между эмиттером и коллектором транзистора Т5, измеряемое вольтметром, составляет до срабатывания около 6 В, после срабатывания 6,5 В. Незначительно изменение показаний вольтметра при срабатывании реле объясняется малой шириной провала, исчезающего, когда частота переменного напряжения равна уставке на реле РЧ-1.
Импульсы на коллекторе транзистора Т6 напоминают импульсы на коллекторе транзистора Т2. После закрытия транзистора напряжение па его коллекторе нарастает по мере перезаряда конденсатора СЗ. Амплитуда импульсов составляет около 12 В, при срабатывании реле импульсы исчезают, так как транзистор Т6 остается длительно закрытым. Измеренное вольтметром напряжение на коллекторе транзистора Т6 составляет
7,5—10 В при частоте напряжения на входе реле выше уставки и на 1,0—1,5 В выше при частоте, равной уставке или ниже ее.
Транзисторы 77—Т9 не переключаются каждый период, поэтому импульсов напряжения на их коллекторах наблюдать нельзя.
Рассмотрим особенности устройства реле повышения частоты РЧ-2. Принцип действия и структурная схема реле РЧ-1 и РЧ-2 одинаковы. Срабатывание и того и другого реле происходит при условии равенства частоты сети и резонансной частоты используемой измерительной цепи. Чтобы реле РЧ-2 при частоте сети выше уставки находилось в сработанном состоянии, несколько изменен фазочувствительный элемент. Формирователи (транзисторы П и Т2), все каскады усилителей (транзисторы Т5—Т9) и блок питания реле РЧ-1 и РЧ-2 абсолютно аналогичны. Совместная работа измерительных цепей, формирователей импульсов и фазочувствительного элемента обеспечивают (сравните с работой РЧ-1) выработку:
запрещающего сигнала в виде длительного положительного импульса на выходе фазочувствительного элемента при недостаточном переменном напряжении на входе реле независимо от его частоты или при отсутствии этого напряжения;
запрещающего сигнала в виде кратковременных положительных импульсов на выходе фазочувствительного элемента при нормальном переменном напряжении на входе реле с частотой ниже уставки;
разрешающего сигнала (отсутствие положительных импульсов на выходе фазочувствительного элемента) при нормальном переменном напряжении на входе реле с частотой, равной уставке, или выше ее.

Рис. 28. Фазочувствительный элемент реле РЧ-2.
В реле РЧ-2 запрещающие импульсы — кратковременное открытие транзистора Т4 — обеспечиваются, если напряжение 0о отстает от напряжения Of (рис. 1), что соответствует частоте сети ниже частоты уставки. Сравнение фаз напряжений tjQ и Of осуществляют, сравнивая моменты конца импульсов формирователей. Реле не работает, если импульс от формирователя Ф2 кончается позже, чем импульс от формирователя Ф1, На рис. 28 показан фазочувствительный элемент реле РЧ-2. Обозначения на схеме такие же, как на полной принципиальной схеме реле РЧ-2 в [6]; дополнительным по отношению к реле РЧ-1 является только резистор R35.
Как и раньше, примем, что импульс формирователя соответствует разомкнутому, отсутствие импульса—замкнутому ключу, ключи К1 и К2 соответствуют формирователям Ф1 и Ф2. При разомкнутых ключах К1 и К2 транзистор ТЗ открыт (так как сопротивление резистора R35 меньше, чем R13 и база транзистора ТЗ отрицательна) и шунтирует переход эмиттер — база транзистора Т4; поэтому транзистор Т4 тоже закрыт. При замыкании ключа К’1 потенциал базы транзистора ТЗ скачком увеличится (станет положительнее) на величину напряжения, до которого был заряжен конденсатор С2, транзистор ТЗ закроется на время разряда конденсатора С2. Если к этому моменту ключ К2 еще разомкнут, то транзистор Т4 кратковременно откроется.
При замкнутом ключе К2 транзистор Т4 закрыт независимо от состояния транзистор а ТЗ, т. е. не зависит от состояния ключа Ю- При размыкании ключей транзистор ТЗ остается открытым, поэтому транзистор Т4 не имеет возможности открыться. Следовательно, работа фазочувствительного элемента определяется порядком замыкания ключей К1 и К2, т. е. порядком прекращения импульсов от формирователей Ф1 и Ф2. Если сначала исчезает импульс Ф1 (напряжение Uf опережает напряжение 0о), то транзистор Т4 кратковременно открывается 1 раз в период, т. е. вырабатывается запрещающий сигнал. Если импульсы исчезают одновременно или раньше исчезает импульс формирователя Ф2, то транзистор Т4 не открывается, что соответствует команде на срабатывание реле. Во всем остальном работа реле РЧ-2 не отличается от работы реле РЧ-1.
На этом заканчивается рассмотрение принципа действия и устройства реле частоты РЧ. Некоторые дополнительные сведения питатель может найти в заводской технической документации и в сети.