CC BY
14
УДК 621.317.729
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Н.И. Овчаренко
Московский энергетический институт Ю.А. Пеньков
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Бул мацалада кернеудщ гальваномагниттгк mypjEHdipziuimepiH курудьщ сурак,тары щаралады.
влшеуии
В статье рассматриваются вопросы построения гальваномагнитных измерительных преобразователгй напряжения.
The questions of construction galvanomagnetic measuring changer of a voltage are considered in the item.
Гальваномагнитные измерительные преобразователи амплитуды переменного тока промышленной частоты в напряжение постоянного тока автоматических устройств телеизмерения напряжения и регулирования возбуждения синхронных генераторов выполняются [1] на основе однофазных и трехфазных выпрямителей. Выпрямленные напряжения, кроме сигнала - постоянной составляющей, содержат помехи - гармонические составляющие, кратные промышленной частоте.
Для выделения сигнала используются частотные фильтры нижних частот с постоянной времени не менее половины периода Тп промышленной частоты, которые создают инерционность измерительных преобразователей, обычно оцениваемую временем установления сигнала на их выходе 0,95 при нулевых начальных условиях переходного процесса > Зг « 1,5-Тп . Необходимость в столь инерционном фильтре и при трехфазном выпрямителе обуславливается его действием как
однофазного при сильной несимметрии трехфазной системы напряжений, в частности, при двухфазных коротких замыканиях.
Свойство сдвоенного гальваномагнитного генератора ЭДС Холла [2] (сдвоенного холлотрона) взаимной компенсации гармонических составляющих ЭДС исключает надобность в инерционных частотных фильтрах и обеспечивает быстродействие измерительного преобразователя амплитуды напряжения.
На рисунке 1 приведена схема быстродействующего измерительного преобразователя напряжения, выполненного на двух гальваномагнитных измерительных преобразователях мгновенной мощности
ИПМ1 и ИПМ2 типа П030.1, выпус-каемых Кишиневским заводом «Виброприбор». При его выполнении изменение обмоточных данных магнитных систем MCI, МС2 хол-лотронов не производится, в связи с опасностью разрушения расположенных в воздушных зазорах магни-топроводов полупроводниковых пластин XI, Х2. Поэтому применялись согласующие трансформаторы Т1 и Т2 с коэффициентами трансформации пт =277, в качестве первичной обмотки ¡VI магнитных систем MCI, МС2 использовалась обмотка, рассчитанная на ток 5А, а в качестве вторичной W2 - дополнительная обмотка, предназначенная для подключения ИПМ на номинальный ток 1А.
Рисунок 1. Принципиальная схема трехфазного измерительного преобразователя амплитуды напряжения
Выходное напряжение измерительного преобразователя определяется только удвоенным значением постоянной составляющей ЭДС Холла, поскольку гармонические составляющие взаимно компенсируются [2]:
Ех = 2-/1-/2-cos<j9t-sin0, (1) где 0 - угол сдвига фаз между токами /, и /2 в первичных обмотках WI магнитных систем MCI и МС2;
у х - угол сдвига фаз между ЭДС Ех, Е2 во вторичных обмотках W2 и соответственно токами 7tl, Ix2 в полупроводниковых пла-
мгл
стинах Х2, XI холлотронов.
На рисунке 2 приведена схема входных цепей измерительного преобразователя амплитуды однофазного напряжения в постоянную ЭДС и векторные диаграммы, соответствующие углу сдвига фаз Q между входными токами /,, /2 равному в =п12, при котором согласно (1) ЭДС Холла максимальна. Углы У и 1 » Увх 2 одинаковых по абсолютному значению входных сопротивлений магнитных систем MCI, МС2 холлотронов за счет конденсатора С в цепи МС2 имеют разные знаки Г «л =\~7*л |=я/4. k+J
/Si
ré^1*2
и
чг---I->-+
Е2
\ ;Д
\ ХА
Рисунок 2. Схема входных цепей и векторные диаграммы измерительного преобразователя однофазного напряжения.
Быстродействие измерительного преобразователя ограничивается лишь постоянной времени входных цепей. При идентичных холлотронах трехфазного измерительного преобразователя
Т] =т2 = tg у вх I(о увх /314 и при л!Ь<увх <тс!4 постоянная времени составляет
1,83 < г <3,18 мс.
Время 1у установления выходного сигнала на уровне 0,95 при нулевых начальных условиях апериодических переходных процессов в холлотронах составляет
Тп/4 -< (у <ТП/2.
Инерционность однофазного измерительного преобразователя определяется колебательным переходным процессом во входной цепи МС2 (с конденсатором С), постоянная времени которой в два раза больше. Поэтому целесообразны углы ух = | -у2 \ = Я-/6 , при которых постоянные времени входных цепей холлотронов составляют г, =1,83л*с и т = 3,66 мс, а время установления сигнала (у = Тп /2. Уменьшение угла 0 сдвига фаз между токами /,, 12 до в = л/3 лишь несколько снижает согласно (1) постоянную ЭДС Холла.
Постоянная ЭДС Холла од-
нофазного и трехфазного измери-. тельных преобразователей при симметричной системе напряжений согласно (1) является квадратичной функцией амплитуды напряжения. Такая характеристика целесообразна для измерительных преобразователей устройств телеизмерения [1].
Она допустима и для измерительного органа напряжения автоматического регулятора возбуждения синхронного генератора. Напряжение на выходе измерительного органа определяется как отклонение Аи от установленного значения. В симметричном режиме ЭДС Холла определяется по выражению:
£«(л/з/2Н1±Д£/,)2>(2)
где АII, - относительное отклонение напряжения.
При относительном отклонении Д{7» < ОД напряжение Д[/ практически пропорционально
Аи
AU*(\±AUt)2 -\ = ±2-AU,-AU2t «2-AU,.
(3)
Для обеспечения постоянной времени т, = г2 = 1,83лгс (при отключенном конденсаторе С), соответствующей углу входного сопротивления arg Z/!X = л / 6 , при входных сопротивлениях нагруженных
трансформаторов Т1 или Т2 Zoß= 3400-е
м/4 =2400 + /2400 Ом установлен балластный резистор RI = R2 .= 1800 Ом. Балластный резистор в цепи МС2 состоит из постоянного сопротивления
Я'2=\,1кОм и переменного К_2 = 0,15 кОм позволяющего в узких пределах изменять угол сопротивления первичной цепи трансформатора Т2 при настройке измерительного преобразователя. Входное сопротивление нагруженных трансформаторов Т1 или Т2 с учетом балластного резистора составляет = 4200 + /2400 = 4800 • е]гс'ь.
Согласующие трансформаторы Т1 и Т2 выполнены на магни-топроводе из пермаллоя трансформатора тока от ИПМПОЗО.1 (Ш16 х 20) и при номинальных напряжениях иьюм = и2шш = ШВ имеют количество витков первичной обмотки ¡¥1 = 3600, а вторичной \У2 = 13 . Емкость конденсатора С в цепи трансформатора Т2, соответствующая сопротивлению Хс = - /2 • 2400 Ом , равна С = 0,65 мкФ.
Постоянная времени входной цепи МС2 однофазного измерительного преобразователя, как указывалось, составляет т2 = 3,6Ьмс.
Номинальная выходная ЭДС Ехнои = 50мВ устанавливается при их=112= ишп: переменным резистором /?3 = 22 Ом, изменяющими токи в полупроводниковых пластинах холлотронов. При этом посто-
янные составляющие ЭДС ех1, ех2 каждого холлотрона должна составлять Ехшы / 2 . Для полной компенсации их гармонических составляющих удвоенной промышленной частоты резистором R2 выравниваются углы входных сопротивлений холлотронов. Резисторы Rm используются в соответствии с инструкцией завода для устранения на выходе составляющей промышленной частоты. Терморезистор Rs с резистором R1 переменного сопротивления служит для термокомпенсации выходного напряжения нагруженного преобразователя.
Входные цепи измерительного преобразователя выведены на зажимы передних панелей ИПМ1, ИПМ2 типа П030.1, механически соединенных между собой, в соответствии с заводскими обозначениями, указанными на рисунке 1. Цепи ЭДС ех1, ех2 и выходой ЭДС Ех подключены к зажимам задних панелей с обозначениями XX 1, XI2.
При изготовлении холлотронов для описанных измерительных преобразователей напряжения без согласующих трансформаторов Т1 и Т2 первичные обмотки магнитных систем MCI и МС2 должны выполняться с числом витков
№2, 2001г.
179
W\ = 5500 проводом диаметра 0,12 мм, а вторичные W2 = 80 проводом диаметра 0,28 мм. При этом магни-топроводы магнитных систем MCI и МС2 целесообразно изготовлять из пермаллоя, как это делается в ИПМ П030.1, поскольку магнитное сопротивление определяется практически воздушным зазором.
Благодаря преобразованию амплитуды напряжения в «чистую»
постоянную ЭДС и быстродействию и в связи с разработкой миниатюрных и термостабильных полупроводниковых элементов Холла [3], описанный измерительный преобразователь амплитуды напряжения рационально сопрягается с интегральными операционными усилителями в схемах измерительных органов, особенно автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов сильного действия [1].
ЛИТЕРАТУРА
1 .Овчаренко Н. И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем,- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000,- 504 с.
2.Аушев А. И., Овчаренко Н.И., Леньков Ю. А., Овчаренко И. Н. Сдвоенный гальваномагнитный
измерительный преобразователь мощности // Промышленная энергетика,- 1987,-№1,-С. 40-42.
З.Хомерики O.K. Гальваномагнитные элементы и устройства автоматики и вычислительной техники,- М.: Энергия, 1975,- 176 с.
