GMA_Microprocess_systems_1

Uвых

Uср3

Рис. 1.71. Датчик с активными преобразователями «ток–напряжение»

Три однополупериодных выпрямителя образуют трехфазную схему выпрямления.

Выпрямленное и отфильтрованное напряжение пропорционально току генератора.

При номинальном значении тока генератора выходное напряжение выпрямителя Uвых равно 2 В. Выходное напряжение выпрямителя подается на компаратор с операционным усилителем DA8.

Состояние компаратора зависит от значения выходного напряжения выпрямителя Uвых и напряжения сравнения Uср1, задаваемого делителем на резисторах R16-R18.

При Uвых<Uср1 выходное напряжение компаратора имеет отрицательное значение, а при Uвых>Uср1 – положительное.

Диодом VD10 ограничивается отрицательное значение выходного напряжения компаратора Uвых к≈0. Выходной сигнал с компаратора подается на инвертор НЕ.

При Uвых к≤0 через резистор R19 на инвертирующий вход DA8 с выхода инвертора подается положительный потенциал, а при Uвых к>0

– отрицательный. Таким образом, с помощью резистора R19 осуществляется положительная обратная связь.

111

Выходной сигнал инвертора используется для отключения второстепенных потребителей и автомата генератора после заданного значения времени.

Резистор R17 задает уставку срабатывания защиты, которая может изменяться в диапазоне (0,6-1,6) Iном.

Выходной сигнал с выпрямителя также подается на суммирующее устройство с операционным усилителем DA7. Значение выходного сигнала сумматора зависит от алгебраической суммы двух напряжений: Uвых и напряжения срабатывания Uср2, задаваемого делителем напряжения на резисторах R13-R15.

При Uвых≤ |Uср2| выходное напряжение DA7 имеет положительный потенциал.

Так как диод VD6 отключает цепь отрицательной обратной связи, то выходное напряжение сумматора имеет максимальное значение, близкое напряжению питания.

Через резистор R11 и диод VD7 выходное напряжение сумматора подается на вход интегратора с DA9.

При Uвых< |Uср2| выходное напряжение интегратора Uвых и близкое напряжению питания Uвых и ≈ −U.

Когда Uвых станет больше |Uср2| , выходное напряжение сумматора будет иметь отрицательный потенциал, поэтому через диод VD6 под-

При R8=R12=R

Uвых Σ = –k1(Uвых – Uср2),

R9 + R10

где k1= –––––––.

R

112

На вход интегратора подается сигнал через диод VD6 и резис-

тор R21.

Для выходного напряжения интегратора можно написать следующее выражение:

где Т=R21С, U0≈ –U – начальное значение напряжения интегратора.

В цепи обратной связи интегратора находится диод VD8. При достижении выходным напряжением положительного значения диод VD8 открывается и рост напряжения Uвых и прекращается. Без учета падения напряжения на диоде VD8 Uвых и=0.

Выходной сигнал интегратора подается на вход нуль-органа с операционным усилителем DA10.

При Uвых и ≈ −U напряжение срабатывания Uср3, подаваемое на инвертирующий вход нуль-органа, по абсолютному значению меньше

Uвых и, поэтому выходное напряжение нуль-органа имеет отрицательный потенциал.

При снижении абсолютного значения Uвых и в процесс интегрирования оно становится меньше абсолютного значения напряжения срабатывания Uср3, что приводит к изменению состояния нуль-органа и появлению на его выходе положительного потенциала.

Время между моментом превышения напряжением Uвых абсолютного значения напряжения Uср2 и моментом изменения состояния нуль-органа можно найти из выражения (1.9).

Из (1.5) следует

k1

Uср3 = ––– (Uвых – Uср2) tср – U,

T

откуда

113

T(U – Ucp3) tcp = ––––––––––––.

k1(Uвых – Ucр2)

Выразим напряжение Uср2 и Uвх через заданное значение тока срабатывания Iср3

Uср2 = k2 Iср3; Uвых = k3 Icр3,

где k2 , k3 – коэффициенты пропорциональности.

Заданное значение тока срабатывания можно изменять в диапазо-

не (0,6-1,6) Iном.

Новое выражение для tср будет иметь следующий вид:

T(U – Ucp3)

tcp = ––––––––––––, (1.10)

k1k2 Icp3(k – 1)

где Т, (U–Uср3), k1, k2 – постоянные величины, поэтому выражение (1.10) можно записать иначе:

А

tср = –––––––––, (1.11) Iср3 (k – 1)

T(U – Ucp3)

где A = –––––––––, k=k3/k2. k1 k2

Выражение (1.11) представляет собой время-токовую характеристику защиты генератора от перегрузки по току.

Из полученного выражения для время-токовой характеристики видно, что оно зависит от заданного значения тока срабатывания Iср3 и коэффициента перегрузки k.

С ростом как Iср3 , так и k время срабатывания уменьшается. Сигнал с нуль-органа используется для отключения неответствен-

ных потребителей и генератора.

114

1.3.4. Датчик тока с трансреактором

Датчик тока состоит из трансреактора TAV, первичная обмотка которого подключена ко вторичной обмотке первичного измерительного трансформатора тока с Iном = 5А.

Принципиальная схема датчика приведена на рис. 1.72.

Рис. 1.72. Датчик тока с трансреактором

Напряжение вторичной обмотки TAV подается на фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка с многопетлевой обратной связью. ФНЧ выполнен на операционном усилителе DAI. Фильтр служит для выделения первой гармонической составляющей выходного напряжения трансформатора.

С выхода ФНЧ сигнал подается на инвертирующий усилитель с операционным усилителем DA2 и на однополупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот. Однополупериодный выпрямитель выполнен на операционных усилителях DA3, DA4.

ВыходнойсигналпеременноготокаUвых 1 свыходаинвертирующего усилителя используется в системе прерывания микропроцессора.

Второй сигнал постоянного тока с выхода выпрямителя Uвых 2 подается на мультиплексор для дальнейшего подключения к аналогоцифровому преобразователю.

115

Каждый генератор судовой электростанции имеет три датчика тока, у двух из которых – на выходе только сигнал постоянного тока.

1.3.5. Датчик напряжения

Датчик напряжения состоит из измерительного преобразователя напряженияTV, первичная обмотка которого подключена к линейному напряжению. Напряжение вторичной обмотки TV равно 24 В. Для ограничениянапряжениявторичнойобмоткикнейподключенстабистор VD1. Напряжение вторичной обмотки TV подается на ФНЧ второго порядка с многопетлевой обратной связью. ФНЧ выполнен на операционном усилителе DA1 и служит для фильтрации высших гармонических составляющих. Выходное напряжение Uвых 1 с выхода ФНЧ подается в систему прерывания микропроцессора и схему определения частоты. Принципиальная схема датчика приведена на рис. 1.73.

С выхода того же ФНЧ сигнал подается на однополупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот. Выпрямитель выполнен на

VD1 R2

Рис. 1.73. Датчик напряжения

116

операционных усилителях DA2, DA3. Выходной сигнал постоянного тока Uвых 2 с однополупериодного выпрямителя подается на мультиплексор с дальнейшим подключением к аналого-цифровому преобразователю.

Каждый генератор имеет два датчика напряжения, один из которых преобразует напряжение сети, а второй – генератора.

1.3.6. Датчики мощности

Мгновенная мощность определяется произведением мгновенных значений напряжения и тока

P(t) = Um sinωt × Im sin(ωt – φ) = UI cosφ – UI cos(2ωt – φ).

Постоянная составляющая представляет собой активную мощность

Ра = UIcosφ.

Переменная составляющая изменяется с двойной частотой и является помехой. При изменении фазы напряжения или тока на π/2 постоянная составляющая мгновенной мощности представляет собой реактивную мощность.

При постоянном значении напряжения активная мощность изменяется пропорционально активной составляющей тока, поэтому в датчиках активной мощности используются измерительные преобразователи активного тока.

Измерительный преобразователь активного тока

Преобразователь активного тока выполнен в виде равновесного моста на резисторах R1-R4. Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 1.74.

На одну из диагоналей моста с трансформатора напряжения TV подается напряжение Uг, пропорциональное напряжению генератора. С другой диагонали моста снимается выходное напряжение

Uвых.

117

IГ UГR

Uвых

UГR

UГ

Рис. 1.74. Измерительный преобразователь активного тока

Ко вторичной обмотке трансформатора тока ТА подключен резистор R5, падение напряжения на котором изменяется пропорционально току генератора.

В открытом состоянии диодов VD1, VD2 под действием напряжения Ur по резисторам моста протекают токи, вызывая соответствующие падения напряжений. Падения напряжений на резисторах R1, R2 равны друг другу: UГR2 =UГR1=UГR. При нагруженном генераторе на тех же резисторах R1, R2 под действием тока Iг возникают падения напряжений, равные друг другу

UTR1 = UTR2 = UTR.

В режиме холостого хода (I=0) U1=U2=UГR, а выходное напряже-

ние Uвых=0.

На рис. 1.75 показаны векторные диаграммы падений напряжений преобразователя.

При выбранных условных положительных направлениях напряжения Uг и тока Iг падения напряжений на резисторе R1 складываются, а на резисторе R2 вычитаются.

118

Рис. 1.75. Векторные диаграммы преобразователя

При φ=0 (рис. 1.75, а) происходит алгебраическое суммирование падений напряжений UГR, UTR

U1=UГR+UTR; U2=UГR–UTR; Uвых=U1–U2=UTR.

Если φ≠0, то происходит геометрическое суммирование тех же падений напряжений.

При φ=900, (рис. 1.75, б) |U1| = |U2|, поэтому

Uвых = |U1| – |U2| = 0.

Векторная диаграмма при φ≠0 приведена на рис. 1.75, в, из диаграммы видно |U1|≠|U2|.

Из треугольников ОЕВ и ОВD, найдем абсолютные значения U1

и U2

_______________________

U1 = √U2ГR + U2TR + 2UГR ×UTR cosφ,

_______________________

U2 = √U2ГR + U2TR – 2UГR ×UTR cosφ,

Прибавляя и вычитая в подкоренных выражениях U2TRcosφ получим

_____________________________

U1 = √(UГR + UTR cosφ)2 + U2TR – U2TR cosφ,

_____________________________

U2 = √(UГR – UTR cosφ)2 + U2TR – U2TR cosφ.

119

Обычно UTR<<UГR поэтому в подкоренных выражениях можно пренебречь разностью U2TR–U2TR cos2φ.

С учетом допущения получим

U1 = UГR + UTR cosφ,

U2 = UГR – UTR cosφ,

Uвых = U1 – U2 = 2UTR cosφ = kIа

где k – коэффициент пропорциональности; Ia – активная составляющая тока.

Измерительный преобразователь активного тока со вторичными трансформаторами напряжения

Схема преобразователя, приведенная на рис. 1.76, состоит из трансформатора напряженияTV, двух одинаковых вторичных трансформаторов напряжения TLV1, TLV2 и схемы сравнения напряжений на выпрямителях VS1, VS2 и двух одинаковых резисторов R2=R3=R. К резистору R1 подключатся вторичная обмотка трансформатора тока ТА.

U вых

UТ

Рис. 1.76. Измерительный преобразователь активного тока со вторичными трансформаторами напряжения

120