БИЛЕТ №7
7–1Электронные генераторы: назначение, классификация, применение, разновидности
Генератор, илиавтогенератор – это самовозбуждающаяся система, в которой энергия источникапитания постоянного тока преобразуется в энергию переменного сигнала нужнойформы и частоты. Без сомнения, генераторы являются весьма важным элементомэлектроники.
Генераторы бывают:
§ низкочастотные(НЧ) – до 100 кГц
§ высокочастотные(ВЧ) – от 0,1 до 100 МГц
§ сверхвысокочастотные(СВЧ) – выше 100 МГц
По форме колебанийгенераторы делятся на гармонические (синусоидальные) и негармонические(импульсные). По способу возбуждения – с внешним возбуждением и с самовозбуждением(автогенераторы).
В чём же суть генерацииколебаний? Ненадолго обратимся к физике. Из этой самой физики известно, чтоесли к цепи, состоящей из параллельно соединенных кондера и катушкииндуктивности, кратковременно подключить источник постоянного тока (рис. 1),то будет происходить следующий процесс. Кондер зарядится до некоторого значенияи после этого начнет разряжаться через катушку. Катушка в этот момент по сутибудет накапливать энергию.
/>
Рис. 1 –Создание колебаний в контуре
После того, как кондерразрядится (а катушка, соответственно, накопит энергию), процесс пойдет вобратном порядке, т.е. накопленная в катушке энергия будет заряжать кондер ит.д. Другими словами, в этой цепи, которая называется параллельныйколебательный контур, будут происходить колебания. В идеальном контуре этиколебания будут незатухающими, т.е. во времени будут продолжаться бесконечно.Но поскольку катушка имеет некое конечное сопротивление, да и кондер неподарок, в контуре будут потери энергии, и колебания, соответственно, будутпостепенно затухать. На рис. 2 показана картина в реальном контуре.
/>
Рис. 2 –Затухающие колебания в контуре
Вообще, вроде затуханиедолжно проходить по экспоненте. Короче, ни формул, ни всяких доказательств ипрочей ерунды писать не буду, важно понять суть процесса. Если вкратце, тократковременно замкнув ключ К в контуре возникают затухающие колебания. Процесспонятен?
Едем дальше. Так,затухающие колебания получили. Что же сделать, чтобы они были незатухающими?Очевидно, что в контур надо добавлять потерянную энергию. Ключом клацатьбессмысленно, значится надо воткнуть какой-то электронный прибор, который будетпополнять потери энергии в контуре.
Теперь отвлечёмся отконтуров и посмотрим на упрощенную структуру автогенератора.
/>
Рис. 3 – Структураавтогенератора
Здесь мы видим какой-тотреугольник и прямоугольник. УЭ – это усилительный элемент с коэффициентомпередачи К, а ПОС – это положительная обратная связь с коэффициентом передачиβ. Колебания в этой системе возникнут только при соблюдении двух условий.Их надо запомнить:
1. Условиебаланса амплитуд:
βK≥1
2. Условиебаланса фаз:
φ1 + φ2 = 2πn,
где n – 0,±1, ±2,…
И ещё раз, генерацияколебаний происходит при выполнении двух условий: условия баланса фаз и условиябаланса амплитуд.
LC-генератор такназывается, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно.Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1.
/>
Рис. 1 – LC-автогенератор
Вот такая несложнаясхемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянномутоку усилительного элемента и его термостабилизации. Элементы L2C2 образуютпараллельный колебательный контур.
В момент включенияпитания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, заряжающийемкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондерразряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающиеколебания частотой f0 = 1 / 2π√L2C2.
Переменный ток контура,проходя через катушку L2, создает вокруг неё переменное магнитное поле, а этополе в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, котороевызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющаяколлекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нёмусиленное переменное напряжение.Трёхточечные схемыавтогенераторов. Индуктивная трехточечная схема
Индуктивная трехточечнаясхема показана на рис. 2.
/>
Рис. 2 – Индуктивнаятрехточечная схема
Элементы R1, R2, R3C3,как и в предыдущей схеме, обеспечивают режим работы по постоянному токутранзистора VT, в коллекторную цепь которого включен колебательный контур L'L«C2. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора VT (или с L»), сигналПОС – с катушки L'. Поскольку напряжения этих сигналов противофазны, тоавтоматически выполняется условие баланса фаз. Сигнал ПОС подается на базутранзистора через разделительный кондер, сопротивление которого на частотегенерации мало. Этот кондер предотвращает попадание постоянной составляющей вбазовую цепь (через катушку). Общая точка L' и L'' подключена к источникупитания, сопротивление которого переменному току незначительно. Условие балансаамплитуд выполняют подбором числа витков L'L''.
Частота генерацииопределяется по формуле:
/>
Трехточечные схемыназываются трехточечными, поскольку, если внимательно посмотреть на схему,контур подключается к трех выводам транзистора (или другого усилительногоприбора). Первая точка – это коллектор транзистора – нижний (по схеме) выводконтура, вторая – база – верхний вывод контура через кондер С1 и третья точкаподключена к эмиттеру через источник питания, а точнее средний вывод контурачерез кондер С5, общий провод, цепь R3C3 подключен к эмиттеру.Емкостнаятрехточечная схема
Емкостная трехточкапоказана на рисунке 3.
/>
Рис. 3 –Емкостная трехточечная схема
В этой схеме, аналогичнопредыдущей, режим по постоянному току определяют элементы R1, R2, R3, R4C2. Вколлекторную цепь транзистора включен контур L1C3C4. Сигнал ПОС снимается скондера С4 и через кондер С1 поступает в базовую цепь. С1 не пропускает высокоеколлекторное напряжение на базу транзистора. Общую точку кондеров С3, С4 можносчитать подключенной к источнику питания, поскольку его сопротивлениепеременному току незначительно.
Частота генерацииопределяется по формуле:
/>Стабизизация частоты
Очень важным требованием,предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемыхколебаний. Нестабильность частоты зависит от многих факторов, а именно:
1. Изменениеокружающей температуры
2. Изменениенапряжения источника питания
3. Механическаявибрация и деформация деталей
4. Шумыактивных элементов
Нестабильность частотыоценивается коэффициентом относительной нестабильности:
/>
Существует два способастабилизации частоты:
1. Параметрическийспособ стабилизации
2. Кварцевыйспособ стабилизации
При первом способе используетсяизготовление деталей из материалов, мало изменяющих свои свойства при изменениитемпературы и других факторов. Используется экранирование и герметизацияконтуров, высокая стабильность источника питания, рациональность монтажа ипрочее. Однако этим методом нельзя обеспечить высокую стабильность частоты.Относительный коэффициент нестабильности частоты колеблется в пределах 10-4– 10-5.
Значительно большейстабильности можно достичь, если применить способ кварцевой стабилизации,основанный на применении кварцевого резонатора. Кварцевые пластины резонатораобладают пьезоэлектрическим эффектом, который, если кто забыл, бывает двухвидов:
1. Прямойпьезоэффект – при растяжении или сжатии кварцевой пластины на еёпротивоположных гранях возникают равные по величине, но противоположные познаку электрические заряды, величина которых пропорциональна давлению, а знакизависят от направления силы давления
2. Обратныйпьезоэффект – если к граням кварцевой пластины приложить электрическоенапряжение, то пластина будет сжиматься или расжиматься в зависимости отполярности приложенного напряжения.
Эквивалентная схемакварцевого резонатора показана на рис. 4, а зависимость реактивногосопротивления от частоты – на рис. 5.
/>
Рис. 4 –Эквивалентная схема кварцевого резонатора
/>
Рис. 5 –Зависимость характера сопротивления от частоты
Особо не вдаваясь вподробности теории цепей, из рисунка 4 видно, что кварц может быть эквивалентомкак последовательного колебательного контура, так и параллельного. Это такжевидно из рисунка 5. На частоте f01 происходит резонанс напряжений.Эта частота определяется по формуле:
/>
На частоте f02происходит резонанс токов, и эта частота определяется по формуле:
/>
Таким образом, кварцевыйрезонатор можно включать вместо кондера, либо вместо катушки в контуре. Прииспользовании кварцевого способа стабилизации коэффициент относительнойнестабильности достигает 10-7 – 10-10.RC-автогенераторы
В предыдущей главерассматривались LС-автогенераторы. Они применяются на высоких частотах. Если женеобходимо генерировать низкие частоты, применение LС-генераторов становитсязатруднительным. Почему? Всё очень просто. Поскольку формула для определениячастоты генерирования колебаний выглядит вот так:
/>
то нетруднозаметить, что для уменьшения частоты необходимо увеличивать емкость ииндуктивность контура. А увеличение емкости и индуктивности напрямую влечётувеличение габаритных размеров. Другими словами, размеры контура при этом будутгигантскими. А со стабилизацией частоты дело будет обстоять ещё хуже.
Поэтому придумали RC-автогенераторы,которые здесь мы и рассмотрим.
Наиболее простым RC-генераторомявляется так называемая схема с трехфазной фазирующей цепочкой, которая ещёназывается схемой с реактивными элементами одного знака. Она показана на рис. 1.
/>
Рис. 1 – RC-автогенератор сфазовращающей цепочкой
Из схемы видно, что этовсего-навсего усилитель, между выходом и входом которого включена цепь, котораяпереворачивает фазу сигнала на 180º. Эта цепь называется фазовращающей.Фазовращающая цепочка состоит из элементов С1R1, C2R2, C3R3. С помощью однойцепочки из резика и кондера можно получить сдвиг фаз не более чем на 90º.Реально же сдвиг получается близким к 60º. Поэтому для получения сдвигафазы на 180º приходится ставить три цепочки. С выхода последней RC-цеписигнал подается на базу транзистора.
Работа начинается вмомент включения источника питания. Возникающий при этом импульс коллекторноготока содержит широкий и непрерывный спектр частот, в котором обязательно будети необходимая частота генерации. При этом колебания частоты, на которуюнастроена фазовращающая цепь, станут незатухающими. Для колебаний остальныхчастот условия самовозбуждения выполнятся не будут и они, соответственно,быстро затухают. Частота колебаний определяется по формуле:
/>
При этом должнособлюдаться условие:
R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C
Такие генераторы способныработать только на фиксированной частоте.
Помимо рассмотренногогенератора с использованием фазовращающей цепи имеется ещё интересный, кстатинаиболее употребительный, вариант. Посмотрим на рис. 2.
/>
Рис. 2 –Пассивный полосовой RC-фильтр с частотно-независимым делителем
Так вот, эта самаяконструкция представляет собой так называемый мост Вина-Робинсона, хотянаиболее часто встречается название просто мост Вина. Ещё некоторые грамотеипишут мост Вина с двумя «н».
Левая часть этойконструкции представляет собой пассивный полосовой RC-фильтр, в точке Аснимается выходное напряжение. Правая часть есть ни что иное, какчастотно-независимый делитель. Принято считать, что R1=R2=R, C1=C2=C. Тогдарезонансная частота будет определяться следующим выражением:
/>
При этом модулькоэффициента усиления максимален и равен 1/3, а фазовый сдвиг нулевой. Есликоэффициент передачи делителя равен коэффициенту передачи полосового фильтра,то на резонансной частоте напряжение между точками А и В будет равно нулю, аФЧХ на резонансной частоте делает скачок от -90º до +90º. Вообще жедолжно выполнятся условие:
R3=2R4
Конечно, все как обычнорассматривается в идеальном или приближенном к идеальному случаях. Ну а реальнодело, как всегда, обстоит немного хуже. Поскольку каждый реальный элемент мостаВина имеет некоторый разброс параметров, даже незначительное несоблюдениеусловия R3=2R4 приведет либо к нарастанию амплитуды колебаний вплоть до насыщенияусилителя, либо к затуханию колебаний или полной их невозможности.
Для того, чтобы былосовсем понятно, втулим в мост Вина усилительный каскад. Для простоты воткнемоперационный усилитетель (ОУ).
/>
Рис. 3 –Простейший генератор с мостом Вина
Вообще же именно такиспользовать эту схему не получится, поскольку в любом случае будет разброспараметров моста. Поэтому вместо резика R4 вводят какое-либо нелинейное илиуправляемое сопротивление. К примеру, нелинейный резик, управляемоесопротивление с помощью транзисторов, как полевых, так и биполярных. Оченьчасто резик R4 в мосте заменяют микромощной лампой накаливания, динамическоесопротивление которой с ростом амплитуды тока увеличивается. Нить накаливанияобладает достаточно большой тепловой инерцией, и на частотах несколько сотенгерц уже практически не влияет на работу схемы в пределах одного периода.
Генераторы с мостом Винаобладают одним хорошим свойством: если резики R1 и R2 заменить переменным, нотолько сдвоенным, то можно будет регулировать в некоторых пределах частотугенерации. Можно и кондеры С1 и С2 разбить на секции, тогда можно будетпереключать диапазоны, а сдвоенным переменным резиком плавно регулироватьчастоту в диапазонах. Для тех, кто в танке, почти практическая схема генераторас мостом Вина показана на рисунке 4.
/>
Рис. 4 –RC-генератор с мостом Вина
Итак, мост Вина образуюткондеры С1-С8, сдвоенный резик R1 и резики R2R3. Переключателем SA1осуществляется выбор диапазона, резиком R1 – плавная регулировка в выбранномдиапазоне. ОУ DA2 представляет собой повторитель напряжения для согласования снагрузкой. В принципе, повторитель можно заменить усилителем, ксати на том жесамом ОУ, ну а как это сделать, можно почитать
7–2Генераторы постоянного тока: Режимы работы, характеристика
Электрическая машина постоянноготока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора)и вращающейся части (якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 11.1изображена конструктивная схема машины постоянного тока
/>
Рис. 11.1
Индуктор состоит изстанины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, иполюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждениясоздает основной магнитный поток.
Магнитный поток можетсоздаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит изследующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника,коллектора 5.
Сердечник якоря дляуменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от другалистов электротехнической стали.Принцип действия машины постоянного тока
/>
Рис. 11.2
Рассмотрим работу машины постоянноготока на модели рис. 11.2,
где 1 – полюсы индуктора,2 – якорь, 3 – проводники, 4 – контактные щетки.
Проводники якорнойобмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхностипроводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки.
Контактные щеткиразмещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине междуполюсами.
Приведем якорь машины вовращение в направлении, указанном стрелкой.
Определим направлениеЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.
На рис. 11.2крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками – ЭДС, направленные кнам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Дляэтого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одногополюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположнойполярности (рис. 11.3)
Два проводника,соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДСпроводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине.Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса,ЭДС, равная нулю, – в проводнике, расположенном на линии геометрическойнейтрали.
Если соединить всепроводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующаяЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щеткиделят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветвииндуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви –противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна суммеэлектродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.
На рис. 11.4представлена схема замещения якорной обмотки.
/>
Рис. 11.4
В параллельных ветвях действуютодинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорнойобмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи />, черезсопротивление RH протекает ток IЯ.
ЭДС якорной обмоткипропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потокуиндуктора Ф
/> (11.1)
где Се– константа.
В реальных электрическихмашинах постоянного тока используется специальное контактное устройство – коллектор.Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит изотдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая изпластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. Наколлектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактныхщеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или снагрузкой.Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора
Любая электрическаямашина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератораили двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератораприсоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки вцепи возникает ток
/>
где U – напряжениена зажимах генератора;
Rя– сопротивление обмотки якоря.
/> (11.2)
Уравнение(11.2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока впроводниках обмотки возникнут электромагнитные силы.
На рис. 11.5схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов впроводниках якорной обмотки.
/>
Рис. 11.5
Воспользовавшись правиломлевой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм,препятствующий вращению якоря генератора.
Чтобы машина работала вкачестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь,преодолевая тормозной электромагнитный момент.Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов
Магнитное поле генераторас независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннегоисточника энергии в обмотку возбуждения полюсов.
Схема генератора снезависимым возбуждением показана на рис. 11.6.
Магнитное полегенераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов(рис. 11.7).
/>
Рис. 11.6 Рис. 11.7
ЗависимостьЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E= Uхх = f (Iв).
Характеристикухолостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (Iя) и припостоянной частоте вращения (n2 = const)
Характеристикахолостого хода генератора показана на рис. 11.8.
Из-заостаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токевозбуждения, равном нулю.
Приувеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально.
Соответствующаячасть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшемувеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчегокривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДСгенератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, криваяразмагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса.
Зависимостьнапряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки.
U = f (I) притоке возбуждения Iв = const называют внешней характеристикойгенератора.
/>
Внешняяхарактеристика генератора изображена на рис. 11.9.
/>
Рис. 11.8 Рис. 11.9
С ростом токанагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падениянапряжения в якорной обмотке.Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора спараллельным возбуждением
Недостатком генератора снезависимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источникпитания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать токомякоря генератора.
Самовозбуждающиесягенераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным исмешанным возбуждением. На рис. 11.10 изображен генератор с параллельнымвозбуждением.
Обмотка возбужденияподключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат Rв.Генератор работает в режиме холостого хода.
Чтобы генераторсамовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.
Первым из этих условийявляется наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращенииякоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшуюостаточную ЭДС.
Вторым условием являетсясогласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должныбыть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающийостаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличениюЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то токомвозбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивленияRв в цепи возбуждения.
Третьим условием являетсято, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно бытьменьше критического. Изобразим на рис. 11.11 характеристику холостого ходагенератора E = f (Iв) (кривая 1) и вольт – амперную характеристикусопротивления цепи возбуждения Uв = Rв·Iв, гдеUв – падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристикапредставляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tgγ ~ Rв).
Ток обмотки возбужденияувеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения.ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличениютока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждениязамедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Падение напряжения в цепивозбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристикихолостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается.Машина работает в устойчивом режиме.
Если увеличимсопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси токавозрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещаетсяк началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения Rкр,когда
γ = γкр, самовозбуждение становится невозможным. Прикритическом сопротивлении вольт – амперная характеристика цепи возбуждениястановится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а вякоре появляется небольшая ЭДС.
7–3 Автоматическоевключение резерва (АВР): назначение, условие включения
Выписка из ПУЭ:
3.3.30. Устройства АВР должныпредусматриваться для восстановления питания потребителей путем автоматическогоприсоединения резервного источника питания при отключении рабочего источникапитания, приводящем к обесточению электроустановок потребителя. Устройства АВРдолжны предусматриваться также для автоматического включения резервногооборудования при отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушениюнормального технологического процесса.
УстройстваАВР также рекомендуется предусматривать, если при их применении возможноупрощение релейной защиты, снижение токов КЗ и удешевление аппаратуры за счетзамены кольцевых сетей радиально-секционированными и т.п.
УстройстваАВР могут устанавливаться на трансформаторах, линиях, секционных ишиносоединительных выключателях, электродвигателях и т.п.
3.3.31. Устройство АВР, какправило, должно обеспечивать возможность его действия при исчезновениинапряжения на шинах питаемого элемента, вызванном любой причиной, в том числеКЗ на этих шинах (последнее – при отсутствии АПВ шин, см. также 3.3.42).
3.3.32. Устройство АВР приотключении выключателя рабочего источника питания должно включать, как правило,без дополнительной выдержки времени, выключатель резервного источника питания(см. также 3.3.41). При этом должна быть обеспечена однократность действияустройства.
3.3.33. Для обеспечениядействия АВР при обесточении питаемого элемента в связи с исчезновениемнапряжения со стороны питания рабочего источника, а также при отключениивыключателя с приемной стороны (например, для случаев, когда релейная защитарабочего элемента действует только на отключение выключателей со стороныпитания) в схеме АВР в дополнение к указанному в 3.3.32 долженпредусматриваться пусковой орган напряжения. Указанный пусковой орган приисчезновении напряжения на питаемом элементе и при наличии напряжения состороны питания резервного источника должен действовать с выдержкой времени наотключение выключателя рабочего источника питания с приемной стороны. Пусковойорган напряжения АВР не должен предусматриваться, если рабочий и резервныйэлементы имеют один источник питания.
3.3.34. Для трансформаторов илиний малой протяженности с целью ускорения действия АВР целесообразновыполнять релейную защиту с действием на отключение не только выключателя состороны питания, но и выключателя с приемной стороны. С этой же целью внаиболее ответственных случаях (например, на собственных нуждах электростанций)при отключении по каким-либо причинам выключателя только со стороны питаниядолжно быть обеспечено немедленное отключение выключателя с приемной стороны поцепи блокировки.
3.3.35. Минимальный элементнапряжения пускового органа АВР, реагирующий на исчезновение напряжениярабочего источника, должен быть отстроен от режима самозапускаэлектродвигателей и от снижения напряжения при удаленных КЗ. Напряжениесрабатывания элемента контроля напряжения на шинах резервного источникапускового органа АВР должно выбираться по возможности, исходя из условиясамозапуска электродвигателей. Время действия пускового органа АВР должно бытьбольше времени отключения внешних КЗ, при которых снижение напряжения вызываетсрабатывание элемента минимального напряжения пускового органа, и, как правило,больше времени действия АПВ со стороны питания.
Минимальныйэлемент напряжения пускового органа АВР, как правило, должен быть выполнен так,чтобы исключалась его ложная работа при перегорании одного из предохранителейтрансформатора напряжения со стороны обмотки высшего или низшего напряжения;при защите обмотки низшего напряжения автоматическим выключателем при егоотключении действие пускового органа должно блокироваться. Допускается неучитывать данное требование при выполнении устройств АВР в распределительныхсетях 6–10 кВ, если для этого требуется специальная установка трансформаторанапряжения.
3.3.36. Если при использованиипуска АВР по напряжению время его действия может оказаться недопустимо большим(например, при наличии в составе нагрузки значительной доли синхронныхэлектродвигателей), рекомендуется применять в дополнение к пусковому органунапряжения пусковые органы других типов (например, реагирующие на исчезновениетока, снижение частоты, изменение направления мощности и т.п.).
В случаеприменения пускового органа частоты последний при снижении частоты со сторонырабочего источника питания до заданного значения и при нормальной частоте состороны резервного питания должен действовать с выдержкой времени на отключениевыключателя рабочего источника питания.
Притехнологической необходимости может выполняться пуск устройства автоматическоговключения резервного оборудования от различных специальных датчиков (давления,уровня и т.п.).
3.3.37. Схема устройства АВРисточников питания собственных нужд электростанций после включения резервногоисточника питания взамен одного из отключающихся рабочих источников должнасохранять возможность действия при отключении других рабочих источниковпитания.
3.3.38. При выполненииустройств АВР следует проверять условия перегрузки резервного источника питанияи самозапуска электродвигателей и, если имеет место чрезмерная перегрузка илине обеспечивается самозапуск, выполнять разгрузку при действии АВР (например,отключение неответственных, а в некоторых случаях и части ответственныхэлектродвигателей; для последних рекомендуется применение АПВ).
3.3.39. При выполнении АВРдолжна учитываться недопустимость его действия на включение потребителей,отключенных устройствами АЧР. С этой целью должны применяться специальныемероприятия (например, блокировка по частоте); в отдельных случаях приспециальном обосновании невозможности выполнения указанных мероприятийдопускается не предусматривать АВР.
3.3.40. При действии устройстваАВР, когда возможно включение выключателя на КЗ, как правило, должнопредусматриваться ускорение действия защиты этого выключателя (см. также 3.3.4).При этом должны быть приняты меры для предотвращения отключений резервногопитания по цепи ускорения защиты за счет бросков тока включения.
С этой цельюна выключателях источников резервного питания собственных нужд электростанцийускорение защиты должно предусматриваться только в случае, если ее выдержкавремени превышает 1–1,2 с; при этом в цепь ускорения должна быть введенавыдержка времени около 0,5 с. Для прочих электроустановок значения выдержеквремени принимаются, исходя из конкретных условий.
3.3.41. В случаях, если врезультате действия АВР возможно несинхронное включение синхронныхкомпенсаторов или синхронных электродвигателей и если оно для них недопустимо,а также для исключения подпитки от этих машин места повреждения следует приисчезновении питания автоматически отключать синхронные машины или переводитьих в асинхронный режим отключением АГП с последующим автоматическим включениемили ресинхронизацией после восстановления напряжения в результате успешногоАВР.
Дляпредотвращения включения резервного источника от АВР до отключения синхронныхмашин допускается применять замедление АВР. Если последнее недопустимо дляостальной нагрузки, допускается при специальном обосновании отключать отпускового органа АВР линию, связывающую шины рабочего питания с нагрузкой,содержащей синхронные электродвигатели.
Дляподстанций с синхронными компенсаторами или синхронными электродвигателямидолжны применяться меры, предотвращающие неправильную работу АЧР при действииАВР (см. 3.3.79).
3.3.42. С целью предотвращениявключения резервного источника питания на КЗ при неявном резерве,предотвращения его перегрузки, облегчения самозапуска, а также восстановлениянаиболее простыми средствами нормальной схемы электроустановки после аварийногоотключения и действия устройства автоматики рекомендуется применять сочетаниеустройств АВР и АПВ. Устройства АВР должны действовать при внутреннихповреждениях рабочего источника, АПВ – при прочих повреждениях.
Послеуспешного действия устройств АПВ или АВР должно, как правило, обеспечиватьсявозможно более полное автоматическое восстановление схемы доаварийного режима(например, для подстанций с упрощенными схемами электрических соединений состороны высшего напряжения – отключение включенного при действии АВР секционноговыключателя на стороне низшего напряжения после успешного АПВ питающей линии).
7.4 Схема управления АД стиристорным преобразователем
Тиристорныйпреобразователь с пассивными фильтрами (рис. 1) содержит три парывстречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных между питающей сетьюи нагрузкой. Схема обладает структурной симметрией и осуществляет ступен-чатыйпереход от работы на пониженной частоте к частоте питающей сети, то есть к работеАД на естественной механической характеристике. Высокая надежность данноготиристорного преобразователя обусловлена схемотехнической простотой иестественной коммутацией вентилей.
Впреобразователе используется квазичастотное управление (КЧУ), совмещающееособенности параметрического и частотного регулирования. Выходная частотапреобразователя изменяется в соответствии с сигналами модуляции(прямоугольными, трапецеидальными, треугольными, синусоидальными и др.).Регулирование действующего значения выходного напряжения и тока производится засчет изменения угла включения тиристоров. Таким образом, осуществляетсяоднополупериодное формирование напряжения статора пониженной частоты. Врезультате в выходном напряжении преобразователя наряду с основной (низкочастотной)гармонической составляющей присутствуют гармоники с частотой питающей сети. Приработе тиристорного преобразователя на АД электромагнитный момент в режимепрерывистого тока имеет импульсный и, на отдельных интервалах, знакопеременныйхарактер.
Дляобеспечения непрерывности тока в обмотках статора АД в интервалах времени егоотключения от питающей сети в тиристорном преобразователе используют энергию,накапливаемую в реактивных элементах фильтров, включенных на выходетиристорного преобразователя. Продолжительность интервалов отключенного состоянияпри одноимпульсном формировании выходного напряжения и тока l0 і 0,5Тс,где Тс – период напряжения питающей сети, непрерывность протекания токаобеспечивается при периодическом переходном процессе с частотой свободныхколебаний, равной или меньшей частоты сети w. Емкость конденсаторов фильтра:
С і 4LН/(/>)
где Lн – индуктивностьнагрузки;
Rн – сопротивлениенагрузки.
Приувеличении угла включения тиристоров a в целях ограничениядействующего значения фазного тока продолжительность интервалов отключенногосостояния возрастает, и для обеспечения непрерывности тока в паузе (а такжесоответствия направления его протекания полярности сигнала модуляции) емкость Сследует увеличить.
ИндуктивностиL1, L2, L3 не участвуют в формировании тока в интервалах отключенногосостояния, однако включение дросcелей в продольную ветвь фильтра необходимо дляограничения бросков зарядного тока конденсаторов. Значение индуктивностивыбирается из условия ограничения тока до допустимого для тиристоров значенияили из условия обеспечения электромагнитной совместимости преобразователя ссетью.
В результатеопределены следующие параметры элементов фильтра впреобра-зователе: С1…С3 = 100 мкФ, L1…L3= 45 мГн. Емкость С рассчитывается поформуле С і 4LН/(/>), выбранное значениесоответствует минимально возможному при соблюдении условия непрерывностипротекания тока в обмотках статора АД в интервалах откпюченного состояния.
Экспериментальнополученные механические характеристики АД 4А71А4УЗ (Рном = 0,55 кВт) при егоработе с данным преобразователем показаны на рис. 2 (выходная частота МНПЧfвых = fс/7, где fс – частота питающей сети; действующее значение фазного токаравно номинальному при угле включения тиристоров a = 900 эл.). Максимальное значениеэлектромагнитного момента, развиваемого АД, в схеме без фильтра составило около0,45 Мнои, с фильтром – до 0,8Мном. Пусковой момент увеличился более чем вдвое.
/>
Рис. 1.Схема тиристорного преобразователя с LC-фильтрами
/>
Рис. 2.Экспериментальные механические характеристики АД типа 4А71А4УЗ в двигательномрежиме при квазичастотном регулировании (m = М / Мном):
1 – безфильтра, 2 – с фильтром
Функциональные схемыуправления АД.
/>
Т-образнаясхема замещения АД
/>
Функциональнаясхема электропривода с АД и регулятором напряжения
/>
Схематиристорного регулятора напряжения (а) и форма напряжения на статоре АД приразличных значениях угла регулирования (б, в)
/>
/>
Функциональнаясхема замкнутой системы электропривода с АД и ТРН (а) и включение тиристоровдля реверсивного управления (б)
/>
Схемаимпульсного регулятора скорости АД на симмисторах в цепи ротора
/>
Импульсноерегулирование в цепи ротора АД:
а – электрическаясхема; б – временные диаграммы работы регулятора; в-механическиехарактеристики в замкнутой системе
Дляуправления асинхронным двигателем могут использоваться тиристоры в сочетании срелейно-контакторными аппаратами. Тиристоры применяются в качестве силовыхэлементов и включаются в статорную цепь, релейно-контакторные аппаратывключаются в цепь управления.
Используятиристоры в качестве силовых коммутаторов, можно на статор при пуске подаватьнапряжение от нуля до номинального значения, ограничивать токи и моментыдвигателя, осуществлять эффективное торможение либо шаговый режим работы. Такаясхема приведена на рис. 1.33.
Силовая частьсхемы состоит из группы тиристоров VS1…VS4, включенных встречно-параллельно в фазы Аи С.Между фазами Аи В включен короткозамыкающий тиристор VS5. Схема состоит изсиловой цепи (рис. 1.33, а), цепи управления (рис. 1.33, б)и блока управления тиристорами – БУ (рис. 1.33, в).
Для пускадвигателя включается автоматический выключатель QF, нажимается кнопка SB1 «Пуск», в результатечего включаются контакторы КМ1 и КМ2. На управляющие электроды тиристоров VS1…VS4 подаются импульсы,сдвинутые на 60е относительно питающего напряжения. К статорудвигателя прикладывается пониженное напряжение, что приводит к снижениюпускового тока и пускового момента.
/> />
Рис. 1.33.Тиристорноеуправление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
Размыкающийконтакт КМ1 отключает реле KV1 с выдержкой времени, которая определяетсярезистором R7и конденсатором С4. Размыкающими контактами реле KV1 шунтируютсясоответствующие резисторы в блоке управления, и на статор подается полноенапряжение сети.
Дляторможения нажимается кнопка SB2 «Стоп». Схема управления теряет питание,отключаются тиристоры VS1…VS4. Это приводит к тому, что на период торможениявключается реле KV2 за счет энергии, запасенной конденсатором С5, и своимиконтактами включает тиристоры VS2. и VS5. Через фазы А и В статорапроходит постоянный ток, который регулируется резисторами R1 и R3. Обеспечиваетсяэффективное динамическое торможение.