Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 205

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Номинальное значение рабочего тока при небольших величинах &о.с будет при некотором положительном значении р. Изменение

полярности м. д. с. управления не всегда желательно, так как при этом в значительной мере усложняются устройства, работающие на обмотку управления. Поэтому в усилитель вводят дополнитель­ ную обмотку (обмотку смещения), с помощью которой создают м. д. с., компенсирующую рсм:

Рем

^см^смРнагр

k o d е р * М И н >

(6.142)

Ucpw~RcM

 

 

 

где £ См, Rcu, ^см — э. д. с.,

сопротивление и число витков обмотки

в цепи смещения (см. рис.

6.38). В результате рабочий ток будет

минимальным при отсутствии тока управления, а рабочая часть выходной характеристики (от /ср*мин до / ср*макс) .будет соответ­ ствовать положительным величинам р. Сдвиг характеристики уси­

лителя можно осуществить и в большей

степени,

если

выбрать

м.д. с. смещения большей, чем вычисленная по (6.142).

 

Теперь будем увеличивать коэффициент

обратной связи. На

рис. 6.39 показаны две зависимости &0.сЛзР*

от р

для

больших

значений k0,c (прямые ОВ\ и ОВ2), а на рис.

6.40 — соответствую­

щие им выходные характеристики усилителя

(кривые 2 и абвгд).

Как видно из рис. 6.40, с увеличением коэффициента

обратной

связи

крутизна

выходной характеристики

становится

большей.

При

Ре=&о.с/ сР*

для реального усилителя

 

(6.139)

и при k0,c= l

для идеального усилителя (6.139а) выходная характеристика ста­ новится в своей линейной части вертикальной (кривая 2 на рис. 6.40), коэффициент усиления по мощности kM= oo, и обмотка уп­

равления служит лишь для того, чтобы переводить магнитопроводы в режим насыщения. Если k0,c увеличивать еще больше, то выход­

ная характеристика усилителя приобретает релейный вид (кривая абвгд на рис. 6.40), что используется при создании бесконтактных

магнитных реле (Л.36]. Характеристика усилителя имеет две точки неустойчивой работы — б и г. При увеличении подмагничивания р до величины, соответствующей точке б, выходной ток определяется характеристикой аб. При дальнейшем увеличении р ток выхода

усилителя изменяется скачком до величины, соответствующей точ­ ке д, и далее будет определяться верхней частью характеристики усилителя. При уменьшении тока управления (уменьшении р) ток

выхода

будет вначале определяться

характеристикой гд и далее

в точке

г скачком уменьшаться до

величины, соответствующей

точке а.

Бесконтактные магнитные реле по сравнению с электромагнит­ ными обладают высокой степенью надежности, независимостью па­ раметров срабатывания от ударов, вибраций, ускорений и положе­ ния в пространстве, большой чувствительностью, небольшой мощ­ ностью срабатывания и др. Бесконтактные магнитные реле обычно

302


применяют в тех случаях, когда по условиям эксплуатации недо­ пустимо наличие подвижных контактов.

При

полной компенсации

м. д. с. обмоток

переменного

тока

(& о.с= 1 )

магнитное состояние

сердечника усилителя

относительно

обмотки управления зависит от знака полу­

 

 

 

 

волны рабочего тока.

В один

полупериод

 

 

 

 

м. д. с. обмотки обратной связи и обмоток

 

 

 

 

переменного

а

тока

 

суммируются

 

 

 

 

(JF = 2 /Cpay~),

в

другой — вычитаются

 

 

 

 

( F = 0 ) .

Сказанное равносильно

тому, что

 

 

 

 

в один полупериод ток проходит по обмотке

 

 

 

 

с двойным количеством витков и совсем не

 

 

 

 

проходит по обмотке во второй полупериод.

 

 

 

 

 

Такую коммутацию токов можно осу­

 

 

 

 

ществить, если в цепь обмотки переменного

 

 

 

 

тока

включить

полупроводниковый

диод

 

 

 

 

(рис. 6.41). В результате получим простей­

 

 

 

 

ший

усилитель

с

внутренней

обратной

Рис. 6.41. Элемен­

связью. Диод в цепи переменного тока бло­

тарная

схема

уси­

кирует питание обмотки 2

 

в один полу­

лителя

с внутрен­

период.

В это

время

в зависимости

от ве­

ней

 

обратной

личины тока

управления

устанавливается

 

связью

 

определенная

начальная

индукция

В0. Во

 

составляющая

второй

полупериод

к индукции

Во

добавляется

индукции, вызванная м. д. с. обмотки переменного тока. В опреде­ ленный момент (-O’ = Э) индукция достигает величины насыщения Для данного материала. Как только сердечник становится насы­ щенным, напряжение питания практически полностью оказывается приложенным к нагрузке. В следующий полупериод индукция в сердечнике возвращается к своему первоначальному значению. Изменяя величину тока управления, можно регулировать угол открытия р и тем самым величину тока нагрузки.

Схема рис. 6.41 является однополупериодной и находит ограни­ ченное применение. Двухполупериодный усилитель легко можно получить из двух однополупериодных. На рис. 6.42 показаны два вида схем двухполупериодных усилителей с внутренней обратной связью.

При использовании усилителей с внутренней обратной связью особое внимание следует обратить на качество блокирующих дио­ дов. Обратное сопротивление их должно быть достаточно высоким, чтобы обратный ток не размагничивал сердечник в управляющий период. В усилителях с внутренней обратной связью также можно использовать обмотки смещения, вводить дополнительно внешнюю обратную связь и др. Применение таких усилителей для больших мощностей позволяет снизить потери в меди и улучшить условия охлаждения по сравнению с усилителями с внешней обратной связью.

30 3


Рассмотренные простейшие схемы усилителей по сути дела яв­ ляются основой для построения более сложных схем усилителей

Рис. 6.42. Двухполупериодные схемы усилителя с внутренней обрат­ ной связью:

а—выход на переменном токе; б—выход на постоянном токе

Рис. 6.43. Принципиальная схема ре­

Рис. 6.44. Выходная харак­

версивного магнитного усилителя

теристика реверсивного маг­

 

нитного усилителя

специального назначения. Так, например, на рис. 6.43 дана одна из схем реверсивного магнитного усилителя. Она содержит пару

304

однотактных усилителей, обмотки переменного тока которых пита­ ются от трансформатора с нулевой точкой. Нагрузка (Z„arp) вклю­ чена между нулевой точкой трансформатора и обмотками перемен­ ного тока. Если рассматривать каждый из однотактных усилителей в отдельности, то их выходная характеристика имела бы вид кри­ вой С'О'С на рис. 6.39.

В схеме рис. 6.43 предусмотрены обмотки смещения, м.д. с. которых сдвигает выходную характеристику одного из усилителей вдоль оси абсцисс на величину рсм влево, а другого — на величину Ром вправо. Если к тому же учесть, что в нагрузке (Z„arp) токи обоих усилителей направлены навстречу друг другу, то в коорди­ натах , р рассматриваемые выходные характеристики можно изобразить в виде кривых / и 2 на рис. 6.44. Общая выходная ха­

рактеристика будет равна сумме двух первоначальных. В резуль­ тате получаем кривую 3, характеризующую зависимость тока на­

грузки от тока управления, которая показывает, что фаза тока в нагрузке зависит от полярности сигнала управления. Установка нуля обеспечивается потенциометром Rcм (см. рис. 6.43).

Изложенное в данном параграфе далеко не охватывает всего многообразия схем магнитных усилителей. В тех случаях, когда по тем или иным соображениям нельзя применить простейшие маг­ нитные усилители или когда требуется получить своеобразные ха­ рактеристики проектируемых устройств, следует обратиться к спе­ циальной литературе по магнитным усилителям [Л.37,38].

§6.17. Некоторые сведения

осерийных магнитных усилителях

Для усиления, суммирования нескольких электрически несвязанных сигналов, регулирования величины переменного тока и напряжения в схемах промышленной автоматики в настоящее время имеется довольно широкий ассортимент магнитных усилите­ лей, из которых наибольшее применение находят усилители серий ТУМ и УМП.

Магнитные усилители серии ТУМ имеют тороидальный магнитопровод из холоднокатаной ленточной трансформаторной стали тол­ щиной 0,35 мм и выполняются на выходную мощность от 2,5 до 50 вт. Усилители рассчитаны для работы в схемах с внутренней обратной связью с питанием от сети 50, 60 гц. Основой является

схема с выходом на постоянном токе (рис. 6.45). Как видно из рисунка, усилители имеют пару идентичных обмоток переменного тока, что позволяет применять последовательное или параллельное их соединение в нереверсивных магнитных усилителях и облегчает также осуществление усилителей по другим схемам. В выпрями­ теле используются обычно германиевые диоды. Усилители имеют несколько обмоток управления, которые можно использовать для разнообразных целен: суммирование и сравнение сигналов; вве­

305


дение внешней обратной связи; осуществление смещения и др. Обмотки управления охватывают оба магнитопровода.

Основные данные, характеризующие магнитные усилители серии

ТУМ, приведены в табл. 6.7.

Для усилителей серии ТУМ гарантируется коэффициент крат­ ности не менее 20. Обмотки управления с наибольшим количеством

 

витков имеют

коэффициент

 

усиления

 

по

мощности

 

kM= 740-1-2420 и постоянную

 

времени

7 = 0,22-7-0,41

сек.

 

Суммарный

 

коэффициент

 

усиления

по

мощности

всех

 

обмоток управления состав­

у?нагА

ляет 3300-7-10000, а суммар­

ная постоянная времени по­

 

рядка 1 сек. Большие значе­

 

ния указанных величин от­

 

носятся

к

усилителям с

 

большей

мощностью.

По­

 

стоянная

времени определе­

Рис. 6.45. Типовая схема усилителя се­

на для номинальных значе­

рии ТУМ

ний напряжения и сопротив­

 

ления по

времени, за

кото­

рое при включении номинального напряжения в цепи управления

ток нагрузки нарастает от / ср.мин до 0,632

/ ср.макс.

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 6.7

 

 

 

 

 

Габариты

 

Технические данные

 

I

II

Ш

IV

V

 

 

 

Номинальное

напряжение

питания

36

35

36

 

 

^~НОМ' 8 ...................................................

 

 

127/220

127/220

Номинальный ток / ср ном,

а . . .

0 ,1 5

0 ,3

0 ,6 0 ,3 /0 ,1 7

0 ,5 5 /0 ,2 7 5

Номинальное

сопротивление нагруз-

105

65

33

 

 

ки ^нагр. ном>

о м ...................................

 

275/875

150/525

Номинальная мощность, впг

. . . .

2 ,3 6

5 ,8 5

12

25

45

Вес, к Г ................................................

 

 

1 ,8

1,8

2 ,2

3,1

4 ,3

Магнитные усилители единой серии УМП имеют П-образный магнитопровод из холоднокатаной трансформаторной стали толщи­ ной 0,5 мм и исполняются на мощность от 0,07 до 25 кет. Усили­

тели изготовляются однофазными и трехфазными для работы от сети с частотой / = 50 гц. Линейное напряжение питания для серии трехфазных усилителей — 127, 220, 380, 254 и 440 в, для серии однофазных усилителей— 127, 220, 380 в. Усилители серии УМП

предназначены для работы в схемах с внутренней обратной связью

306


с выходом на переменном и постоянном токе (см. рис. 6.42). Об­ мотки переменного тока расположены на обоих стержнях магнитопровода, что уменьшает потоки рассеяния и улучшает их охлажде­ ние. При однофазном исполнении четыре обмотки управления рас­ полагаются по торцам обмоток переменного тока и охватывают оба магнитопровода. При трехфазном исполнении обмотки управления

также располагаются по тор­

‘ср*

цам обмоток переменного тока,

но охватывают шесть магнито-

 

проводов.

 

 

 

 

 

 

В табл. 6.8 даны некоторые

 

данные для усилителей

серии

 

УМП

в однофазном

исполне­

 

нии на напряжение

питающей

 

сети

L'_„om= 220 в.

В

графе

 

«Тип усилителя» цифра 1 пос­

 

ле букв УМ означает однофаз­

 

ное исполнение, две первых

 

цифры после буквы П указы­

 

вают

на ширину

пластины в

 

миллиметрах, а две вторые

 

цифры после

точки — на тол­

 

щину

набора

в

миллиметрах

 

магнитопровода.

 

ТУМ

и

 

Усилители

серий

Рис. 6.46. Выходная характеристика уси­

УМП

спроектированы

с

не­

лителей серин ТУМ

большой разницей в величине обобщенного параметра р. Например, для усилителей, параметры

которых приведены в табл. 6.8, р«1С0-М25. В этом диапазоне изменения параметр р практически слабо влияет на выходные характеристики усилителя.

Так как для обеих серий гарантируется коэффициент усиления по мощности не ниже 4-102 при коэффициенте кратности не ни­ же 20, то усилители практически работают при свободных четных гармониках тока в обмотках управления. Поэтому можно также пренебречь влиянием параметра kP на выходные характеристики

усилителя.

Среднее значение тока нагрузки определяют только обобщен­ ные параметры р и Я*. При номинальном напряжении питания

для усилителей серии ТУМ параметр Я* почти неизменен, а для усилителей серии УМП параметр Я* изменяется в небольших пре­ делах (для усилителей табл. 6.8 это изменение не превышает 36%).

Все сказанное позволяет изобразить выходные характеристики рассматриваемых серий усилителей в обобщенном виде. Так, на рис. 6.46 приведена типовая выходная характеристика усилителей серии ТУМ при номинальных параметрах их цепей.

Аналогичные обобщенные характеристики усилителей серии УМГ1 для четырех значений величины /ср.номЯнагр/Я^. показаны на

307