Разработка некоторых элементов релейных регуляторов

Том 211

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1970

РАЗРАБОТКА НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЛЕЙНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ

В. В. БОЛОТОВ, Л. В. ВОЛЫНЕЦ, Р. К. ГАЧИК, А. П. ЗАЙЦЕВ, Ю. Ф. МИХЕЕВ

Основными элементами, определяющими величину пульсаций тока и качество процесса регулирования в релейных САР, являются датчик тока и устройство сравнения. Электромагнитная инерция и запаздывание дат-тока, если последний явлется импульсным устройством, а также ширина петли гистерезиса характеристики устройства сравнения определяют величину пульсации регулируемого тока. Выпускаемые серийно и известные датчики тока, и устройства сравнения, с успехом применяемые в непрерывных и импульсных системах, не всегда могут быть использованы в системах релейного действия из-за плохих приведенных выше показателей. Чтобы пульсации регулируемого тока были незначительными, устройства сравнения должны быть безынерционными и иметь узкую петлю выходной характеристики.

Основными требованиями, предъявляемыми к датчикам тока релейных САР, являются:

1) максимальное быстродействие и минимальное запаздывание;

2) простота принципиальной схемы;

3) стабильность коэффициента передачи датчика при температурных колебаниях и других внешних возмущениях.

При регулировании тока в сильноточных цепях с реверсом к датчикам возникает ряд дополнительных требований:

1) нечувствительность датчика к направлению протекания тока;

2) гальваническая развязка датчика с силовой цепью.

Кроме того, при применении датчика в цепях, имеющих много режимов работы, чередующихся в определенной последовательности в функции тока, датчик должен:

1) иметь несколько гальванически развязанных выходов;

2) допускать управление суммой или разностью токов нескольких меж-жу собой не связанных цепей.

Из нескольких вариантов, разработанных в НИИ АЭМ датчиков тока, наиболее полно соответствует предъявляемым требованиям датчик на основе мультивибратора с магнитной связью (рис. 1). Особенностью устройства является применение в трансформаторе мультивибратора тороидального ферромагнитного сердечника с зазором. В окно сердечника пропускается силовой кабель, ток которого контролируется. При отсутствии тока в силовом кабеле датчик имеет начальную частоту переключений. С увеличением контролируемого тока частота переключений возрастает. Выходное переменное напряженкие прямоугольной формы, снимаемое с отдельной обмотки, подается на устройство сравнения. Если в качестве устройства сравнения применяется амплитудный селектор, то выход датчика дополняется интегри-

рующей ИС-цепочкой, преобразующей переменное напряжение прямоугольной формы и переменной частоты в переменное напряжение пилообразной формы и с изменяемой обратно пропорционально частоте амплитудой. Вы-

сокая частота переключений и режим вынужденного намагничивания сердечника силовым током делают датчик практически безынерционным.

Применительно к такому датчику разработано несколько селекторов частоты переменного напряжения прямоугольной формы, служащих устройствами сравнения в релейных САР тока.

На рис. 2 представлены селектор частоты на основе блокинг — генератора. Входное напряжение датчика тока управляет работой транзисторного ключа 1. Хронирующий конденсатор 2 блокинг-генаратора левой обкладкой соединен непосредственно с эмиттером транзистора 3. При действии отрицательной полуволны входного напряжения транзисторный ключ находится в режиме насыщения, и хронирующий конденсатор в течение короткого промежутка времени заряжается от источника Ек через резистор 4 почти до напряжения источника. С наступлением положительной полуволны конденсатор перезаряжается от источника через резистор 5, вторичную обмотку трансформатора и цепь автоматического смещения.

9 Сборник научных трудов т. 211

33

ГУ

-Ек 1*

При этом напряжение на конденсаторе «плюсом» приложено к базе транзистора 3, и последний закрыт. Постоянная времени перезарядка хронирующего конденсатора соответствующим выбором резистора 5 устанавливается значительной по сравнению с длительностью полупериода напряжения.

Конденсатор 2 стремится перезарядиться до некоторого напряжения противоположной полярности по экспоненте, начальный участок которой является почти линейным. Если частота входного напряжения больше некоторой заданной, то в течение положительного полупериода конденсатор 2 не успеет разрядиться до нулевого напряжения и блокинг-ге-нератор генерировать не будет. При отклонении частоты входного напряжения в меньшую сторону, что будет соответствовать уменьшению тока в контролируемой цепи, блокинг-генератор будет генер ир овать выходные импул ьсы напряжения с частотой входного напряжения. Длительность выходных импульсов при этом не зависит от частоты входного напряжения, а определяется параметрами блокинг-генератора.

На рис. 3 приведена схема селектора частоты переменного напряжения прямоугольной формы, у которого длительность выходных импульсов определяется величиной отклонения полупериода входного напряжения от заданного значения и равна этому отклонению.

1

Ш1

Рис. 3.

Рис. 4.

Устройство состоит из входной цепи на транзисторе 1, интегрирующей КС-цепочки на резисторе 5 и конденсаторе 2, порогового устройства на транзисторе 4 и стабилитроне 3. Как и в предыдущем случае, входное напряжение управляет работой транзисторного ключа 1. При закрытом транзисторе 1 на конденсаторе 2 формируется пилообразное напряжение. Если длительность полупериода входного напряжения будет больше заданного значения, то в момент достижения напряжения на конденсаторе величины напряжения

пробоя стабилитрона 3 транзистор 4 откроется и будет находиться в'откры-том состоянии до момента окончания полупериода. Выходной импульс напряжения снимается с коллектора транзистора 4. При отрицательной полуволне входного напряжения транзистор 1 открывается и быстро разряжает конденсатор, после чего устройство снова готово к работе. Увеличение амплитуды входного напряжения в широких пределах больше некоторого минимального значения, не приводит к нарушению работы устройства. Температурная стабильность схемы при применении кремниевых транзисторов достаточно высокая и определяется в основном температурной стабильностью стабилитрона.

В том случае, если датчик тока на выходе имеет сигнал в виде постоянного напряжения, целесообразно применять устройство сравнения на базе регенеративного компаратора (рис. 4). Для уменьшения ширины петли ги-

Рис. 5.

стерезиса выходной характеристики в цепь обмотки положительной обратной связи компаратора введен транзисторный ключ 1, открываемый короткими периодическими импульсами из от отдельного блокинг-генератора. Вследствие прерывания цепи положительной обратной связи на время, равное периоду между импульсами, компаратор принудительно выключается, чем исключается влияние гистерезиса характеристики. Частота периодических импульсов должна быть достаточно высокой по сравнению с частотой пульсаций регулируемого тока.

Если электрические импульсы устройства сравнения используются, например, для управления тиристорами и должны быть мощными, то целесообразно использовать в качестве устройства сравнения компаратор, схема которого приведена на рис. 5. Для исключения влияния гистерезиса выходной характеристики его можно дополнить транзисторным ключом. Особенностью этого компаратора является исключение обмотки отрицательной обратной связи и наличие дополнительной обмотки положительной обратной связи. В одном устройстве совмещены компаратор и блокинг-формирова-тель. За счет дополнительной обмотки положительной обратной связи выходные импульсы формируются по длительности и являются сравнительно мощными, если устройство выполнено на достаточно мощном транзисторе.

2*

35