Расчет промежуточного трансформатора тока TAL1

 

 

 

 

 

 

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН

 

 

 

На рис.5.1 приведена схема УС, которое содержит преобразователи синусоидальных величин в разнополярные сигналы постоянного уровня П₁¸П₄, логические элементы И₁₍₊₎, И_2(-), ИЛИ, элементы времени ЭВ₁ и ЭВ₂, расширитель импульсов РИ, и выходной элемент ВЭ. Причем преобразователи П₁ и П₃ имеют положительное опорное напряжение, а преобразователи П₂ и П₄ – отрицательное. Логический элемент И₁₍₊₎ выполняет функции И для сигналов положительной полярности, а логический элемент И_2(-) – для сигналов отрицательной полярности, с инвертированием входного сигнала.

Условие срабатывания УС имеет вид:

,

где t _гр – граничное время совпадения.

При t _гр = Т/4 характеристика срабатывания УС в плоскости W является прямая, совпадающая с осью мнимых величин.

 

4.1 Проектирование преобразователей синусоидального напряжения в разнополярные сигналы постоянного уровня П₁(П₃) и П₂(П₄)

 

R ₁

 

	Рис. 4.2 Принципиальная схема преобразователя П1(П3)
	Рис. 4.3 Принципиальная схема преобразователя П2(П4)

 

4.1.1 Выбор операционного усилителя

Выбираем операционный усилитель К140УД6, который имеет следующие параметры:

 

											Наличие защиты выхода при КЗ
											есть

4.1.2 Выбор типа стабилитрона VD ₁(VD ₂)

 

Стабилитрон применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ().

Примем стабилитрон КС133 с

 

4.1.3 Определение сопротивлений резисторов R ₁(R ₄)

 

Т.к. синусоидальная величина подаётся на входы двух преобразователей, то по заданному сопротивлению нагрузки (R _н=50000 Ом), значение сопротивления будет 2 R _н.

Принимаем R ₁= 2× R_н = 2×50 =100 кОм.

Для выбора типа резистора необходимо определить мощность, рассеиваемую на нём:

Принимаем МЛТ-0.5-130К±5% Р _{c ном} = 0.5 Вт

Проверка по мощности:

Выбранные сопротивления проходят проверку по мощности.

 

 

4.1.4 Определение сопротивлений R ₂ и R ₃(R ₅ и R ₆)

 

Резистор R ₃ является элементом определяющим пороговое напряжение.

Определим сопротивление резистора R ₅:

Для данного случая получаем:

Мощность, рассеиваемая на резисторе, определяется как:

Тогда принимаем резисторы с Р _{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Окончательно выбираем резисторы:

R ₂: МЛТ-0.125-15 К±5%

R ₃: МЛТ-0.125-0.1 К±5%

 

 

4.2 Проектирование логических элементов И₁₍₊₎, И_2(-)

 

4.2.1 Выбор сопротивления резисторов R ₁₃и R ₁₅

 

 

Сопротивления выбираются по условию получения входного тока логического элемента, не превышающего максимально допустимого значения выходного тока источника сигнала, и определяется по условию

, где

I_и.с.доп = А;

n = 0,05

n – коэффициент, учитывающий разброс значений сопротивления резистора, n = 0,05

 

Принимаем R₁₃=4.3 кОм

Мощность

Принимаем P=0,125 Вт

Проверка

Окончательно принимаем R_13,15: МЛТ-0,125-4.3К±5%

 

4.2.2 Выбор сопротивления резисторов R ₁₄и R ₁₆

Сопротивление резистора R ₁₄ должно быть значительно больше сопротивления R ₁₃, и его выбирают по выражению

.

Принимаем R ₁₄ = R ₁₆ = 75 кОм.

Определим мощность на резисторах R ₁₄и R ₁₆

.

Принимаем Р_{R 14 ном} = 0,125 Вт.

Проверка

Выбираем сопротивления:

R ₁₄(R ₁₆): МЛТ-0,125-75К±5%.

 

4.2.3 Выбор диодов VD ₃(VD ₄), VD ₆(VD ₇)

 

Максимальный прямой ток диодов

Максимальное обратное напряжение:

Тип диодов выбирается с учетом:

Выбираем диоды типа Д9Ж: U_обр=100 В, I_пр=15 А.

4.2.4 Выбор типа стабилитрона VD ₅(VD ₈)

Аналогично пункту 4.1.2 выбираем стабилитрон типа КС133.

 

 

4.3 Проектирование элементов времени ЭВ₁ и ЭВ₂

 

Рис.4.6. Принципиальная схема элемента времени

Данный элемент времени срабатывает при появлении на входе сигнала положительной полярности. Выходной сигнал также положительной полярности. Для того чтобы элемент времени срабатывал при появлении сигнала отрицательной полярности, номиналы резисторов R ₁₇ и R ₁₈ должны быть взаимно изменены.

4.3.1 Выбор сопротивления резистора R ₁₇, R ₁₈ и емкости конденсатора С ₁(С ₂)

Сопротивление резистора R ₁₇ и емкость определяют заданное время задержки (t _з) в соответствии с выражением:

,

где t _з = Т/4 = 5 мс;

 

Принимаем =0,05 мкФ.

Тогда сопротивление резистора определится

кОм.

Принимаем переменный резистор R ₁₇ =150 кОм.

Номинальное напряжение конденсатора:

Принимаем

4.3.2 Выбор сопротивления резистора R ₁₈, R ₂₁

Для обеспечения быстрого разряда конденсатора С ₁(С ₂) и быстрого возврата ЭВ сопротивление резистора R ₁₈ должно быть значительно меньше сопротивления R ₁₇.

Ом.

Также оно должно быть таким, чтобы максимальный входной ток ЭВ (I _{вх.ЭВ.max}) был меньше максимально допустимого выходного тока источника сигнала(I _ИС.доп).

.

Ток I _{вх.ЭВ.max} может быть определен по выражению:

.

Отсюда сопротивление R ₁₈ определится по формуле:

.

Принимаем R ₁₈ = 3.3 кОм.

Определим мощность на резисторе R ₁₇:

;

.

Определим мощность на резисторе R ₂₁:

;

.

Принимаем Р_{R 17ном} = 0,125 Вт.

Принимаем Р_{R 18ном} = 0,25 Вт.

Окончательно принимаем сопротивление:

R ₁₇: ПП3-0,125-150К±5%;

R ₁₈: МЛТ-0,25-3,3К±5%;

Принимаем конденсатор типа КМБМ-50 В - 0,05 мкФ, см. [2],стр.164.

4.3.3 Выбор сопротивления резистора R ₁₉, R ₂₂

Для того чтобы не влиять на процесс заряда-разряда конденсатора, сопротивление резистора R ₁₉ должно быть значительно больше сопротивлений R ₁₇ и R ₁₈ и выбирается по выражению:

.

С другой стороны, для обеспечения устойчивой работы операционного усилителя сопротивление ,как правило, не должно превышать 1 МОм.

Принимаем МОм.

Определим мощность на резисторе R ₁₉:

;

Окончательно принимаем резистор R ₁₉: МЛТ-0,125-1М±5%.

 

4.3.4 Выбор диодов VD ₉и VD ₁₀(VD ₁₂и VD ₁₃)

Максимальный ток диода VD ₁₀ равен максимальному входному току элемента времени.

мА.

Номинальный ток диода VD ₉ с запасом с целью упрощения можно принять

.

Максимальное обратное напряжение:

.

Выбор диодов осуществляется с учетом выражений:

Выбираем диоды типа:

VD ₉, VD ₁₀(VD ₁₂и VD ₁₃): КД130АС1, I _пр.доп = 0,3 А, U _обр = 60 В.

4.3.5 Выбор типа стабилитрона VD ₁₁ (VD ₁₄)

Аналогично пункту 4.1.2 выбираем стабилитрон типа КС133.