Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Типовьп функциональные элемгенты полупроводниковых ИО



Изучение принципов выполнения схем различных видов ИО (реле) следует начать с рассмотрения отдельных типовых схем функциональных элементов, с помощью которых реализуются описанные выше функции структурных частей ИО, поскольку из этих элементов компонуются схемы измерительных органов полупроводниковых РЗ. К таким элементам относятся промежуточные преобразователи тока и напряжения, частотные фильтры, выпрямители, сумматоры напряжений, схемы сравнения и ряд других элементов, построенных в большинстве случаев на ИМС [40, 45, 53].

Функциональные элементы воспринимающей части ИО. В качестве функциональных элементов этой части используются преобразователи тока, напряжения и выпрямители.

Преобразователи тока. Одной из функций воспринимающей части является преобразование входного тока в пропорциональное ему напряжение. Эта операция, наряду с другими, отмеченными выше функциями воспринимающей части, выполняется посредством промежуточных трансформаторов тока (ПТТ) или трансреакторов (ПТР), которые наиболее просто исключают непосредственную гальваническую связь ИО с внешними цепями переменного тока.

Промежуточные трансформаторы тока (рис. 2.39, а). В первичные обмотки w 1, ПТТ подводится ток IP от измерительного ТТ (I AI B) защищаемого объекта; вторичная обмотка w 2 замыкается на активное сопротивление резистора R, сзажимов которого снимается выходное напряжение U2 = I2R. Выразив с помощью коэффициента трансформации kПТТ = w 2/ w 1 ток I2через I1 получим, что выходное напряжение ПТТ

(2.21)

Коэффициент kПР = kПТТ является коэффициентом преобразования тока I1 в напряжение UПТТ. Как следует из (2.21), он равен .

Выражение (2.21) показывает, что выходное напряжение пропорционально входному току I1 = IРпри условии, что kПР – постоянная величина. Для выполнения этого условия ПТТ должен работать в линейной части характеристики I2 = f (IP) (рис. 2.39,б). Изменяя значения w 1, w 2 или сопротивления R,можно изменять значение kПР.

В конструкции ПТТ предусматривается экран (показан пунктиром). Экран выполняется в виде дополнительной однослойной обмотки, расположенной между первичной и вторичной обмотками ПТТ. Экран защищает питающиеся от вторичной обмотки элементы от высокочастотных помех, появляющихся по разным причинам в цепях w 1 и w 2 ПТТ. Высокочастотные токи (помехи), проходя через емкость С между витками первичной w 1, и вторичной w 2, обмоток и экраном, замыкаются через последний на нулевую шинку, для этого один конец экрана Э должен быть обязательно связан с нулевой шинкой ("землей"). При таком включении емкость С со стороны экрана будет иметь нулевой потенциал, что надежно препятствует прохождению через нее токов помех, появившихся на первичной обмотке ПТТ.

Промежуточный трансреактор (ПТР) (рис. 2.39, в) представляет собой трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе. Как и ПТТ, он выполняет все функции воспринимающей части ИО. Первичная обмотка в, трансреактора включается последовательно во вторичную цепь измерительного ТТ. Вторичная обмотка w 1 ПТР замыкается на большое сопротивление нагрузки ZH и практически работает в разомкнутом режиме, поэтому можно считать, что магнитный поток ФПТР создается только МДС первичной обмотки I1 w 1. Тогда поток ФПТР = I1 w 1/RM ≡ I1.

Магнитный поток ФПТР индуцирует во вторичной обмотке ПТР ЭДС Е2, действующее значение которой определяется по известному выражению

E2 = 4,44ФПТР w 1 f = kФПТР. (2.22)

Пренебрегая падением напряжения в X и R вторичной обмотки, получаем, что выходное напряжение трансреактора U2≈Е2и совпадает с ним по фазе.

Из (2.22) следует, что Е2,а значит, и U2 пропорциональны первичному току IP, который является контролируемым током защищаемого объекта, т. е. выходное напряжение ПТР U2 = E2 = kПРIP,здесь kПР является коэффициентом преобразования входного тока IPв выходное напряжение U2. Векторная диаграмма рассматриваемых величин показана на рис. 2.39, г. Согласно закону индукции, на диаграмме векторы E 2и U 2 изображены отстающими по фазе от потока Ф 1 следовательно, и от I 1, на 90o. В комплексной форме зависимость

U 2 = E 2 = –jkПР I 1. (2.22а)

Благодаря наличию воздушного зазора δ магнитное сопротивление RM магнитопровода трансреактора имеет повышенное значение. Это уменьшает магнитный поток ФПТР и ограничивает насыщение магнитопровода.

При отсутствии насыщения коэффициент kПР выражении (2.22) постоянен и, как следствие этого, зависимость U22) от IP имеет линейный характер (рис.2.39, 6).

С учетом того, что ток I 1,сдвинут относительно U 2на 90o, величина kПР может рассматриваться как некоторое реактивное сопротивление X в цепи первичного тока IP или как сопротивление взаимоиндукции М между первичной и вторичной обмотками трансреактора.

Промежуточный трансформатор напряжения ПТН (рис. 2.39, д) обычно понижающий входное напряжение. К первичной обмотке ПТН подается напряжение U1 снимаемое с ТН защищаемого объекта. Вторичная обмотка ПТН замкнута на нагрузку с сопротивлением RH,значительно превышающим его внутреннее сопротивление: RH >> RПТН.

Это позволяет с некоторым приближением считать, что ПТН работает в режиме холостого хода. В этом режиме коэффициент трансформации ПТН kПТН = U2/U1 = w 1 /w 2следовательно, напряжение

(2.23)

С учетом (2.23) коэффициент преобразования выбирается из условия получения напряжения U2, допустимого для полупроводниковых элементов.

Для изменения уставки срабатывания предусматривается ступенчатое регулирование kПТН изменением числа витков w 2, возможно регулирование с помощью делителя напряжения по рис. 2.39, д.

В конструкции ПТН предусматривается экран для тех же целей, что и в предыдущих схемах.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямленное). В ИО, построенных на сравнении выпрямленных токов и (или) напряжений, функция выпрямления осуществляется в воспринимающей части (после преобразования IPи UP спомощью рассмотренных выше ПТТ, ПТР, ПТН). При этом в составе этой части появляются дополнительные функциональные элементы: выпрямитель и сглаживающее устройство.

Выпрямители. Наиболее распространенной схемой выпрямителя, широко применяемой в релейной технике, является двухполупериодная мостовая схема, собранная на полупроводниковых диодах VD(рис. 2.40, а). Двухполупериодные выпрямители применяются в воспринимающей и преобразующей частях ИО, использующих для формирования из входных синусоидальных токов и напряжений сравниваемых величин.

В положительный полупериод переменный ток i = Imsinωt, показанный стрелкой с одним штрихом, проходит через реле по двум открытым для положительного тока диодам 1и 3, при этом диоды 2 и 4 закрыты. В отрицательный полупериод ток i (стрелка с двумя штрихами) проходит в реле через диоды 2 и 4, которые в этом случае открываются, а диоды 1и 3 закрываются.

Таким образом, после выпрямителя ток идет через реле все время в одном направлении как в положительный, так и в отрицательный полупериод переменного тока. Кривая выпрямленного тока имеет пульсирующий характер (рис. 2.40, в), изменяясь от нуля до максимума, но в отличие от кривой переменного тока она сохраняет постоянный знак. Выпрямленный ток можно представить как сумму постоянной составляющей Id, равной среднему за период значению выпрямленного тока, и переменной составляющей I~, или I100, являющейся синусоидальной функцией с частотой 100 Гц (рис. 2.40, г):

.

Постоянная составляющая выпрямленного тока

(2.24) где Im амплитуда выпрямляемого тока i = Imsinωt, Icpi среднее значение выпрямленного тока.

Переменная составляющая

i100 = I2cosωt = 0,425Im cos2ωt. (2.24а)

Из (2.24) следует, что постоянная составляющая Id пропорциональна максимальному значению выпрямленного тока Im и может поэтому рассматриваться как модуль его вектора.

Разложение выпрямленного тока на составляющие осуществляется с помощью ряда Фурье, согласно которому выпрямленный ток состоит из постоянной слагающей и гармонических составляющих с нарастающей частотой и убывающими амплитудами.

При двухполупериодном выпрямлении синусоидального тока переменные составляющие ряда Фурье состоят только из четных гармоник:

=(2/π)Im + (2/1,3)cos2ωt − (2/3,5)cos4ωt + (2/5,7)cos6ωt + …

Составляющими 4-й и более высоких гармоник пренебрегают и считают, что переменная слагающая выпрямленного тока состоит в основном из 2-й гармоники с амплитудой, равной

,частотой f 2 = 2 f 1, = 100 Гц.

Если пульсация выпрямленного тока недопустима, то ее необходимо устранять (точнее, уменьшать), для чего применяется устройство, сглаживающее пульсацию.

Устройство для сглаживания пульсации тока ограничивает попадание переменных составляющих тока в реле. Подобные устройства показаны на рис. 2.41. В схеме на рис. 2.41, а последовательно с обмоткой реле KL включен дроссель L, индуктивное сопротивление которого XL = ωL = 2π f L = 2π ∙ 50L значительно для переменной составляющей с f 2 = 100 Гц и равно нулю для постоянного тока.

В схеме на рис. 2.41, б обмотка реле KL, зашунтирована конденсатором С с сопротивлением XC =1/ωC = 1/2 π f С. Большая часть переменной составляющей выпрямленного тока, для которой XC мало, замыкается через конденсатор С, минуя реле. Для постоянной составляющей конденсатор является бесконечно большим сопротивлением, и поэтому она полностью замыкается через обмотку реле. Такое реле реагирует на среднее значение тока.

В схеме на рис. 2.41, в для сглаживания применен контур LC, настроенный в резонанс на частоту 2-й гармоники 100 Гц, преобладающей в выпрямленном токе. Такой фильтр свободно пропускает постоянную составляющую через индуктивность L и представляет большое сопротивление для переменной составляющей. Схемы на рис. 2.41, а и б дают наилучший результат для источников переменного тока с малым сопротивлением по отношению к нагрузкам (реле KL); схема на рис. 2.41, в более эффективна для источников с большим по отношению к нагрузке сопротивлением.

Наиболее распространенным является сглаживание с помощью контура RCпо схеме на рис. 2.41, г.

Изучение функциональных элементов формирующих и сравнивающих частей следует начать с рассмотрения типовых ИМС, на базе которых построены элементы указанных структурных частей.





Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 384 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.009 с)...