Принципиальная схема блока измерителя активного тока (БИАТ)

Блок предназначен для получения на каждом из двух его выходов напряжения, пропорционального активной мощности (актив­ному току) СГ. Блок устанавливают на каждом СГ и подключают к нему при помощи трансформатора тока ТА1 и трансформаторов напря­жения ТV1 и ТV2 (рис.10.2, а).. В состав блока входят 2 модуля контроля неисправности типа ККН и формирования активного тока типа КФАТ.

Модуль ККН предназначен для выдачи светового сигнала при выходе из строя элементов модуля КФАТ и включает в себя 2 много­обмоточных трансформатора ТVЗ, ТV4, исполнительную часть на транзисторах VТ1- VT4 и реле напряжения KV1. Часть вторичных обмоток упомянутых трансформаторов соединена последовательно ­согласно для получения напряжения Uу управления транзисторными ключами модуля КФАТ. Это. напряжение представляет собой геометри­ческую сумму напряжений U_аЬ и U_ас вторичных обмоток и совпадает по фазе с напряжением фазы А генератора (рис. 10.2, б).

Модуль КФАТ предназначен для получения напряжения, пропор­ционального активной мощности СГ, и включает в себя 2 одинаковых канала формирования активного тока. Каждый канал состоит из согласующего трансформатора тока ТА2 (ТАЗ), выпрямителей UZ1, UZ2 (UZЗ, UZ4), транзисторных ключей VT1, VT2, VT4, VT5 (VT6, VT7, VT9, VT10), эмиттерного повторителя на транзисторе VТЗ (VT8) и узла защиты элементов схемы от токов перегрузки на транзисторе VT11 (VT12). Применение двух каналов объясняется необходимостью полу­чения напряжений U_{ВЫХ 1} и U_{ВЫХ 2} на выходах каналов. Первое из ука­занных напряжений с резистора - R9 подается на вход блока БКЗГ контроля загрузки генератора, а второе с резистора R20 - на вход блока БРНГ распределения активных нагрузок генераторов. Кроме того, наличие двух каналов позволяет обеспечить "перекрестный" контроль исправности каналов.

Рассмотрим принцип действия модуля КФАТ на примере 1-го канала. Канал представляет измеритель активного тока и имеет вход по току нагрузки и вход по напряжению (вход по току образован при помощи согласующего трансформатора тока ТА2, вход по напряже­нию обеспечивается трансформаторами напряжения ТVЗ или TV4). Напряжение управления Uу отпирает пары транзисторных ключей VT1 - VT2 и VT4- VT5 поочередно (со сдвигом на угол 180 ⁰).

При активной нагрузке ток и напряжение генератора совпадают по фазе: угол Ψ= О⁰ (рис.10.2.в) поэтому совпадает по фазе напряжение U_y, пропорциональное напряжению генератора, и ток I₁ первичной обмотки трансформатора тока ТА2, пропорциональный току нагрузки.

B положительный полупериод напряжения Uу управления открыты транзисторы VT1, - VT2. В этот полупериод на выводах 5-7 вторичной обмотки трансформатора ТА2 под действием магнитного потока тока I₁ возникает напряжение с полярностью, обозначенной на схеме (см. рис. 10.2 а), вызывающее протекание тока I₁ по цепи: "+" - R2 - RЗ - выпрямитель UZ1 - транзисторы VT1, VT2 - выпрямитель UZ1 - "-" на выводе 5. В следующий полупериод напряжения U_y управления запираются транзисторы VТ1, VT2 и отпираются VT4, VT5.

Одновременно изменяется мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора ТА2. Ток I₂ течет по цепи: "+" - R2 - RЗ-UZ2-VТ4, VT5-UZ2 - "-" на выводе 7. Таким обра­зом, через резисторы R2, RЗ протекает выпрямленный 2 -полупериод­ный ток. Напряжение U₁ на резисторах R2, RЗ, пропорциональное выпрямленному току, поступает на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VТЗ и одновременно на выпрямитель UZ5 на входе модуля ККН. На выходе эмиттерного повторителя включен резистор R9, с которого напряжение U_{вых 1} подается на вход БКЗГ.

При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол 90⁰> Ψ> 0⁰ (рис.10.2, г). В течение каждого полупериода напря­жения Uу направление тока через резисторы R2, RЗ изменяется дваж­ды. Например, в положительный полупериод в промежутке времени t₁ ток I₁ < О, чему соответствует полярность напряжения на выводах 5- 7, обратная указанной на схеме. Ток I₁ через резисторы R2, RЗ протекает в направлении от RЗ к R2. В промежутке времени t₂ ток I₁ > О, поэтому направление тока i₁ изменяется на обратное. В результате среднее значение тока через резисторы R2, RЗ уменьшается, поэтому уменьша­ется напряжение U₁ на этих резисторах. В отрицательный полупериод напряжения Uу среднее значение выпрямленного тока через резисторы R2, RЗ определяется аналогичным действием тока i₂.

При индуктивной нагрузке Ψ = 90⁰ (рис. 10.2, д), кривая тока через резисторы R2, RЗ становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряже­ния U₁ уменьшается до нуля.

Изменение в необходимых пределах напряжения U_{вых 1} на выходе канала проводят при помощи резисторов R10 ("грубо") и R2 ("точно").

Для повышения надежности канала в схему введены э л е м е н ­т ы защиты. При

Рисунок 10.2.. Блок измерения активного тока БИАТ.

а) принципиальная схема; б) векторная диаграмма напряжения управления; в,г,д – графики напряжений и токов при активной, активно-индуктивной и индуктивной нагрузках СГ.

возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD1, VDЗ или VD2, VD4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U₁ и U_{вых 1} ограни­чиваются до безопасных значений.

Дополнительно защиту от токов перегрузки обеспечивает транзис­тор VТ11, включенный по схеме с общим эмиттером. Делитель напря­жения на резисторах RЗЗ, RЗ9 служит для получения на резисторе RЗ9 напряжения смещения транзистора VТ11. Резистор R9, включенный в общую эмиттерную цепь транзисторов VТЗ и VТ11, обеспечивает по отношению к транзисторам отрицательную обратную связь по току. При увеличении нагрузки генератора напряжение U_{вых 1} увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения на входе транзистора VТ11, так как оно определяется разностью напряжений на резисторах RЗ9 и R9. Вследствие этого ток через транзистор VТ11 и резисторы R29, R9 уменьшится. Тем самым напряжение U_{вых 1} будет ограничено до значе­ния, безопасного для входных цепей блока БКЗГ.

Принцип действия модуля ККН заключается в сравнении напряжений U₁ и U₂ подаваемых через резисторы RЗ5 и RЗ6 на выпря­митель UZ5 на входе кассеты. Если оба канала модуля КФАТ исправ­ны, напряжения U₁ и U₂ одинаковы и компенсируют одно другое на входе выпрямителя UZ5, т. е. напряжение на выходе выпрямителя отсутствует. Транзистор VТ1 открыт током базы, протекающим через резисторы R3, R5, диод VD13 и переход база - эмиттер транзистора VТ1, поэтому шунтирует вход транзистора VТ2. Последний закрыт, напряжение на его выходе равно 24В, поэтому конденсатор С5 заряжен до напряжения 24В через резистор R9 и диод VD20. Транзистор VТ3 открыт базовым током через резисторы R9, R10 и диод VD20 и шунти­рует вход транзистора VТ4. Последний закрыт, реле КV1 обесточено.

При выходе из строя элементов модуля КФАТ, приводящем к изменению напряжений U₁ или U₂ на 1В, на выходе выпрямителя UZ5 появляется напряжение, запирающее транзистор VТ1. Вследствие этого открывается VТ2, напряжение на выходе которого уменьшается до нуля. Конденсатор С5 разряжается через R10, R12 и тем самым в тече­ние 2-4с поддерживает падение напряжения на R12, удерживающее транзистор VТ3 в открытом состоянии.

Таким образом, исключается ложное срабатывание модуля при кратковременном нарушении равновесия напряжений U_l и U₂. Пo истечении выдержки времени транзистор VТ3 запирается, пробивается стабилитрон VD21. Поэтому транзистор VТ4 отпирается током базы, протекающим через резисторы R13, R17, стабилитрон VD21 и переход эмиттер - база транзистора VТ4: реле КV1 включается.

Для проверки исправности модуля ККН нажимают кнопку SA1, тем самым, шунтируя вход транзистора VТ1. Последний запирается, и далее схема ККН работает как при неисправности элементов модуля КФАТ. Если модуль неисправен, включается реле КV1 и загорается сигнальная лампочка HL.

При номинальных токе нагрузки и коэффициенте мощности напря­жение на выходе каждого канала составляет 20 В. Для контроля напряжения на выходе 1-го канала используют гнезда XS1 и XS2, на выходе 2-го канала - гнезда XS1 и XS3.

10.5. Блок контроля загрузки генераторов (БКЗГ).

Для формирования сигналов при увеличении (уменьшении) активной мощности генерато­ра до заданного значения на вход блока БКЗГ подается напряжение с выхода первого канала блока БИАТ. Этот вход образован параллельно включенными входами шести каналов контроля загрузки генератора: первый из каналов срабатывает при снижении активной мощности генератора до 0,ЗРном, остальные - при повышении активной мощности до 0,7 (0,8); 0,9 (1,0); 1,0 (1,1) и 1,3 (1,5)Рном. Рассмотрим работу канала повышения нагрузки до 0,9 (1,О)Рном (см.рис.10.3). Канал построен на интегральных операционных усилителях DA1 и DA2 типа К1УТ401Б и транзисторной матрице DD1 типа К1НТ2S1. Каждый ОУ имеет два входа 9 и 10 и один выход 5. Входы ОУ, обозна­ченные знаками "+" и "-", называются соответственно прямым (10) и инвертирующим (9). Если напряжение сигнала поступает на прямой вход, то полярность (фаза) напряжений на входе и выходе ОУ совпа­дает. При использовании инвертирующего входа полярность (фаза) напряжений на входе и выходе противоположна. Чтобы выходное напряжение ОУ могло иметь ту или иную полярность (фазу), в схеме предусмотрены 2 источника питания: с положительным + 12,6 В и отрицательным -12,6 В напряжениями относительно заземленной общей точки схемы. Транзисторная матрица DD1 использована для построения триггера Шмидта на транзисторах VT1, VT2 и выходного усилителя на транзисторе VT3, в цепь коллектора которого включено реле напряжения KV4

Рисунок 10.3. Принципиальная схема канала контроля загрузки генератора..

Принцип действия канала основан на сравнении двух напряжений: входного Uвх, пропорционального активной мощности генератора, и опорного Uоп задающего уставку канала по активной мощности. Для получения указанных напряжений в схеме использованы делители напряжения R7, R14 и R1, R15, R20 при уставке 0,9Рном, а также R1, R16, R20 при уставке 1,0Рном. Выбор уставки проводят путем установки переключателя SA3 в соответствующее положение. Напряжения Uвх и Uоп имеют одинаковую - положительную - относительно корпуса полярность. Поэтому между входами 9 и 10 усилителя DA1 приложено так называемое дифференциальное напряжение: Δ U = Uвх – Uоп.

При активной мощности генератора, меньшей 0,9Рном, напряжение Uвх < Uоп. Поскольку из этих напряжений большее приложено к прямо­му входу 10, полярность напряжения на выходе усилителя DA1 повто­ряет полярность напряжения Uоп, т. е. на выводе 5 имеется положи­тельный потенциал относительно корпуса. Напряжение с выхода усилителя DA1 при помощи делителя напряжения R31, R35 и цепочек VD14-R45 и VD22 (VD18):-R49 последовательно уменьшается до необхо­димого значения на входе усилителя DA2. Протекающий при этом через R31, VD14, VD22 и R49 ток создает на VD22 небольшое прямое падение напряжения, приложенное "плюсом" к инвертирующему 9 и"минусом" к прямому 10 входам. Таким образом, полярность напряже­ния на входе усилителя DA2 противоположна полярности напряжения на входе усилителя DA1. Поэтому на выходе 5 усилителя DA2 имеется отрицательный потенциал. Через R85, VD80 и R53 протекает ток, соз­дающий на R85 и VD80 падение напряжения, запирающее транзистор VT1. Триггер Шмидта находится в исходном состоянии, напряжение на выходе открытого VT2 невелико и недостаточно для пробоя стабили­трона VD26. Поэтому закрыт транзистор VT3, реле КУ4 обесточено. Конденсатор С4 через RЗ1 и VD14 заряжен до напряжения 12В (поляр­ность обозначена на схеме) с момента подачи напряжений питания на схему блока.

При увеличении мощности генератора более 0,9Рном напряжение Uвх> Uоп, поэтому полярность напряжения ΔU на входе усилителя DA1 изменится на обратную, а на выходе устанавливается отрицатель­ный потенциал. Ток, протекающий через R49, VD18, R41, R31, создает на диоде VD18 прямое падение напряжения, приложенное плюсом к входу 10 и минусом к входу 9 усилителя DA2. Вследствие этого на выходе усилителя DA2 устанавливается положительный потенциал, и через R53, переход база - эмиттер транзистора VT1, R89 потечет ток базы транзистора VТ1. Последний откроется, закроется VT2, напряже­ние на выходе которого увеличится до 12В. Поэтому пробивается стабилитрон VD26, через него и резисторы R73, R77 потечет ток. Возни­кающее при этом падение напряжения на R77 отпирает транзистор VT3. Включается реле КV4, выдающее сигнал в систему "Роса-М" на пуск резервного ГА. Одновременно загорается светодиод VD30 "90 %".

Конденсатор С4 исключает ложное включение реле КV4 при крат­ковременном увеличении мощности более 0,9Рном, В этом случае"опрокидывание" усилителя DA1 происходит мгновенно, вследствие чего начинается разряд С4 через R41-R35 и одновременно через R22, R49, VD80, R53. Разрядный ток конденсатора С4 в течение 2,0-2,4 с удерживает на диоде VD22 напряжение, препятствующее "опрокиды­ванию" усилителя DA2. Необходимую уставку времени получают изменением номинального сопротивления резистора R41.

Для проверки исправности канала служит переключатель SA2 с двумя положениями - "Работа" и "Проверка". На схеме состояние контактов переключателя SA2 соответствует положению "Работа". В положении "Проверка" через контакты 1, 5 переключателя SA2 обра­зуется цепь делителя напряжения R3, R14, при помощи которой на R14 получают напряжение Uвх > Uоп. Тем самым имитируется увеличение активной нагрузки генератора до 0,9Рном, Размыкающие контакты 2, 4 переключателя SA2 отключают реле KV4. Если канал исправен, загора­ется светодиод VD30.

Схема канала контроля понижения мощности до 0,3Рном построена на аналогичных элементах, но имеет обратный порядок срабатывания. При этом включается звуковой сигнал и загорается световое табло "Нагрузка 30 % номинальной".