Лекция -6

Содержание лекции: ознакомление с элементами интегральных микросхем, используемых в устройствах РЗА на микроэлектронной элементной базе

Цель лекции: Получить сведения о назначении и принципе действия элементов интегральных микросхем в схемах релейной защиты.

6.1 Устройства РЗА на микроэлектронной элементной базе

Общие принципы построения защит

Устройства релейной защиты, как правило, содержат три основных части: измерительную, логическую и выходную. В измерительную часть входят измерительные и пусковые органы защиты, которые воздействуют на логическую часть при достижении контролируемыми электрическими параметрами (ток, напряжение, мощность, сопротивление) значений (уставок), предварительно заданных для защищаемого объекта.

Логическая часть состоит из отдельных переключающих элементов и органов выдержки времени, которые при определенном действии (срабатывании) измерительных и пусковых органов, в соответствии с заложенной в логическую часть программой, запускают выходную часть.

Выходная часть связывает релейную защиту с цепями управления коммутационными аппаратами (выключателями) и устройствами передачи команд по каналам связи и телемеханики. Выходные органы защиты имеют на выходе переключающие элементы достаточной мощности, обеспечивающие работу цепей управления. До последнего времени все органы релейной защиты выполнились только с помощью электромеханических реле. Нередко новые требования к релейной защите не могут быть удовлетворены из-за несовершенства аппаратуры, содержащей электромеханические устройства. Стало очевидным, что использование электромеханических устройств в релейной аппаратуре задерживает дальнейшее развитие техники релейной защиты, как в качественном, так и в количественном отношениях.

Один из возможных выходов из создавшегося положения открылся благодаря успехам современной полупроводниковой схемотехники, а в первую очередь – созданию интегральных микросхем, которые и стали основой для создания нового поколения релейной защиты.

Интегральные микросхемы относятся к категории электронных устройств средней степени интеграции, реализующих одну или несколько однородных функций. В последние годы электронная промышленность начала выпускать многоцелевые, так называемые большие интегральные схемы (БИС) универсального назначения. Второе направление развития РЗА – микропроцессорные устройства – обладающие еще более высокой эффективностью, однако стоимость их значительно превышает стоимость микроэлектронных. Поэтому последние находят спрос в случаях, когда к устройствам не предъявляются высокие требования в точности и многофункциональности. Микропроцессорные устройства будут рассмотрены в лекции №8

Рисунок 6.1 Общее условное изображение логического элемента

Представим себе такой идеальный логический элемент (рисунок 6.1) в виде некоторого переключающего устройства, обладающего несколькими входными зажимами Х₁, Х₂, Х₃.,.., Х_n и одним выходным зажимом Y.

За исходное состояние элемента примем такое, когда на его входные зажимы поданы нулевые сигналы и когда его переключение происходит после поступления на его входы некоторого сочетания единичных сигналов. Такие элементы зовутся элементами "единичной", или "положительной", логики. Если в исходном состоянии к элементам подводятся единичные сигналы, то их называют элементами "нулевой", или "отрицательной" логики. В наших примерах рассматриваются элементы "положительной" логики.

Операции ИЛИ. У идеального элемента, обеспечивающего выполнение операции ИЛИ при нулевых сигналах на всех его выходах, выходной сигнал имеет тоже нулевое значение. Если хотя бы на одном из входных зажимов подается единичный сигнал, элемент немедленно подействует, и на его выходе установится единичный сигнал. Единичный сигнал на выходе сохранится при любом числе сигналов 1, поданных на его входы. Когда со всех входных зажи-мов сигналы 1 снимаются, выходной сигнал ИЛИ опять становится нулевым.

На структурных схемах элемент ИЛИ принято изображать так, как показано на рисунке 6.2, а.

Операции И. Элемент, осуществляющий операцию И, при нулевых сигналах на всех его входных зажимах имеет на выходном зажиме сигнал 0. Но в отличие от элемента ИЛИ этот элемент переключится только тогда, когда единичные сигналы поступят на все его входы.

Только при этом условии на его выходном зажиме образуется сигнал 1. В случаях, когда единичные сигналы поступят только на часть входных зажимов, на выходе элемента И будет оставаться нулевой сигнал. После срабатывания элемента И сигнал 1 на его выходе будет сохраняться до тех пор, пока не снимается единичный сигнал хотя бы с одного из его входных зажимов.

На структурных схемах элемент И изображается так, как дано на рисунке 6.3, а.

Операция НЕ или ИНВЕРСИЯ. В исходном положении элемента НЕ принято, что на его единственном входном зажиме X имеется нулевой сигнал, при этом на его выходном зажиме Y держится единичный сигнал. В случае появления на входном зажиме единичного сигнала сигнал на выходе элемента НЕ принимает нулевое значение.

а- условное изображение; б) – на электромеханических элементах;

в) – на полупроводниковых элементах; г)- таблица соответствия;

Рисунок 6.3- Логический элемент И;

Действие элемента НЕ называют в математической логике инвертированием сигнала или инверсией, а сам элемент – инвертором. Для его изображения применяется прямоугольник с небольшим кружочком, нанесенным посредине правой или левой его стороны.

а- условное изображение; б) – на электромеханических элементах;

в) – на полупроводниковых элементах; г)- таблица соответствия;

Рисунок 6.4- Логический элемент НЕ;

На структурных схемах элемент НЕ изображается так, как дано на (рисунке 6.4, а.)

а – элемент ИЛИ; б – элемент И; в – элемент НЕ; г – элемент И-НЕ;

д – элемент ЗАПРЕТ

Рисунок 6.5 -Условные изображения логических элементов:

Для промышленной автоматики изготовляют серийные логические микросхемы, представляющие собой набор из сложных элементов и предназначенные для одновременного выполнения операций И и НЕ. Такой элемент сокращенно записывается так: элемент И-НЕ.

В качестве реагирующего органа используются операционные усилители. Питание операционных усилителей, применяемых при изготовлении реле защиты, осуществляется от двух разнополярных источников напряжения постоянного тока с общей нулевой точкой. Значения питающих напряжений берутся в диапазоне от ±5 до ± 15 В.

Дата добавления: 2014-01-07