Датчики аварийных режимов. Датчики тока.

Они могут быть включены как на стороне переменного, так и на стороне постоянного тока преобразователя. Включение на стороне переменного тока часто выбирается из-за простоты. В этом случае датчик тока состоит из трансформатора тока, включенного на сетевой или вентильной стороне пре­образовательного трансформатора в однофазном или трехфазном варианте, и соответствующего выпрямителя. Схема такого датчика переменного тока многофазного преобразователя показана на рис. 6.15.

 

 

Рис. 6.15. Схема устройства для измерения переменного тока:

U₀ – выводы для регистрации нулевого значения, U_д – выводы для регистрации действительного тока,

U_п – выводы для регистрации перегрузки по току с це­лью снятия управляющих импульсов с преобразователя

 

В качестве измерительных могут быть использованы трансформаторы тока с выходными параметрами, например, 1 А/10 В·А, класса 0,5. Для получения сиг­нала в момент достижения нулевого значения тока используется триггер, сра­батывающий при токе, составляющем несколько десятых долей процента от номинального, и имеющий задержку не выше 0,5 мс. Оба диода, включенные последовательно с нагрузочными сопротивлениями на выходе выпрямителя, служат для того, чтобы за счет нелинейности их вольт-амперной характери­стики при малых токах (около 1 мА) получить сигнал, достаточный для сра­батывания триггера нулевого тока.

Трансформаторы постоянного тока, работающие на принципе управляемых током магнитных усилителей, позволяют осуществлять измерения на стороне постоянного тока и характеризуются высокой точностью и надежностью. На рис.6.16 приведена типовая схема.

Рис. 6.16. Трансформатор постоянного тока

 

Ток в цепи выпрямителя i₂ и, следовательно, падение на­пряжения на сопротивлении R пропорционально измеряемому току. Имеется ряд вариантов модифицированных схем трансформаторов постоянного тока с улучшенными показателями, основанных на данном принципе.

В устройствах для измерения постоянного тока с датчиками Холла два та­ких датчика помещены в воздушных зазорах ферромагнитного сердечника, который намагничивается измеряемым током. Переменное напряжение на выходе датчиков пропорционально произведению магнитной индукции в сер­дечнике и амплитуде проходящего через них от отдельного источника вспо­могательного управляющего тока; это напряжение усиливается и выпрямля­ется. Такой преобразователь пригоден для измерения больших постоянных токов.

 

                                     Рис. 6.17. Измеритель постоянного тока на датчиках Холла:

i₁ – измеряемый ток, i₂ – амплитуда управляющего тока, ФС – ферромагнитный сердечник, В – магнитная индукция в сердечнике, Д – датчик Холла, У – усилитель переменного напряжения, В_т – выпрямитель, ИПТ – источник посто­янного тока

 

При измерении постоянного тока с помощью измерительного шунта падение напряжения на последнем, составляющее, например, 150 мВ при номинальном токе, преобразуется с помощью специальной схемы в напряжение прямоугольной формы и затем подается на усилитель с трансформаторным выхо­дом для потенциальной развязки. Выходной сигнал получается после выпря­мителя. К недостаткам этого метода относятся относительно большие потери мощности в измерительном сопротивлении при значительных токах и по­грешности при широком диапазоне изменения температуры.

В последнее время все большее значение приобретают оптоэлектронные пре­образователи с модуляцией и демодуляцией света (рис.6.18. и рис. 6.19.), в которых легко осуществ­ляется потенциальная развязка от силовой цепи. Напряжение на измеритель­ном сопротивлении (рис.6.18.) усиливается и подается на светоизлучающий диод, свето­вой сигнал с которого после прохождения через световод воспринимается фо­тотранзистором. Оптическая передача сигнала обладает высокой помехо­устойчивостью.

 

 

Рис. 6.18. Оптоэлектронный датчик тока:

1 - измерительное сопротивле­ние, 2 - выпрямительный диод, 3 - светоизлучающий диод, 4 - световод,

5 - фототранзистор, СУ-система управления

При работе с высокими напряжениями целесообразно применять специальные оптоэлектронные датчики тока. Принцип действия таких датчиков тока заключается в использованиии напряженности магнитного поля, наводимом в соленоиде контролируемым током, для поворота вектора поляризации света в резонансном газе, расположенном в стеклянной кювете внутри соленоида. В этом случае, регистрируя угол поворота линейной поляризации света, по специальным формулам высчитывается величина контролируемого тока. Общая структурная схема оптоэлектронного датчика тока приведена на рис. 6.19.

Рис. 6.19. Высоковольтный оптоэлектронный измерительный трансформатор датчик тока:

 1 - источник лазерного излучения;2 - регистратор поляризации оптического излучения;

3,10 - токопровод; 4,9 - ввод; 5 - корпус (защитная рубашка); 6 - уголковый зеркальный отражатель света; 7 - кювета с резонансным газом (активной средой); 8 - соленоид; 11 - горизонтально ориентированная поляризационная призма;                                             12 - вертикально ориентированная поляризационная призма;

13 - лазерный (световой) луч; 14 - знак вертикальной линейной поляризации света; 15 - знак горизонтальной линейной поляризации света; 16,17 - поворотное зеркало; 18 - опоры трансформатора;

19 - уровень Земли

 

Токопровод 3 через вводы 4 и 9 подводит через защитную рубашку 5 к соленоиду 8 . Внутри соленоида 8 находится стеклянная кювета 7 с резонансным газом (пары молекулярного йода). Рубашка 5 поднимается над уровнем земли 19 с помощью опор 18. С источника лазерного излучения подаётся горизонтально поляризованный свет (под поляризацией электромагнитной волны понимается направление вектора напряженности электрического поля) в виде непрерывного потока или в виде периодически повторяющихся серий импульсов. Лазерное излучение, отразившись от поверхности зеркала 16, поступает в кювету 7. В то время как по токопроводу течет ток, внутри соленоида 8 наводится продольное магнитное поле. Это поле взаимодействует с частицами резонансного газа и в результате чего, в процессе взаимодействия поступающего в кювету лазерного излучения, проявляются эффекты поворота вектора поляризации света. Это может быть эффект Фарадея. Величина фарадеевского поворота вектора поляризации света зависит от длины пути света в резонансной среде и от напряженности магнитного поля. Величина напряжённости магнитного поля зависит от величины тока ЛЭП.

Также может использоваться эффект нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха в газе. Фотонное эхо – это отклик резонансной среды на воздействие двух (или более), разнесенных во времени, лазерных импульсов (см. рис. 6.20), отделённых временным    интервалом τ.

С источника лазерного излучения 1 два разделённых временным интервалом τ возбуждающих импульса, пройдя через вертикально ориентированную поляризационную призму 11 поступают в кювету с резонансным газом (парами молекулярного йода) 7, в которой под их воздействием формируется сигнал фотонного эха. При отсутствии тока в ЛЭП (i_ЛЭП) в токопроводе 3 и 10, соответственно, в соленоиде 8 напряжённость приложенного к кювете продольного магнитного поля равна нулю. В этом случае направление линейной поляризации сигнала фотонного эха совпадает с направлением линейной поляризации возбуждающих импульсов, всегда имеющих на входе и выходе горизонтальную поляризацию. При i_ЛЭП не равном нулю, к резонансной среде приложено магнитное поле, под воздействием которого происходит поворот вектора линейной поляризации фотонного эха на угол φ. Величина этого угла поворота вектора поляризации фотонного эха превышает фарадеевский поворот вектора поляризации света на 3…4 порядка. Угол φ зависит от временного интервала между возбуждающими импульсами и от напряжённости приложенного магнитного поля, но не зависит от длины пути, пройденного лазерным излучением и эхо-сигналом в резонансной среде. Потому этот поворот получил название нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха. Выходная поляризационная призма 12 ориентирована ортогонально по отношению к призме 11, то есть она пропускает горизонтально поляризованный свет. Вследствие этого она ослабляет 1 и 2 возбуждающие лазерные импульсы и пропускает горизонтальную составляющую поляризации сигнала фотонного эха, зависящую от величины угла φ.  

Рис. 6.20. Схема регистрации нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха:

номера элементов аналогичные рис. 6.19; H - напряжённость магнитного поля; нумерация на выносных осциллограммах следующая: 1, 2 - первый и второй возбуждающие лазерные импульсы; ФЭ - фотонное эхо

 

Таким образом, работа датчика тока, показанного на рис. 6.19, использующего нефарадеевский поворот вектора поляризации фотонного эха, отличается от вышеописанной, использующей эффект Фарадея, следующим. С источника лазерного излучения вместо непрерывного света периодически поступают пары лазерных импульсов, разделённых временным интервалом τ. Эти импульсы, пройдя через поляризационную призму 11, кювету с резонансным газом (в обе стороны), ослабляются поляризационной призмой 12. Полезным сигналом, несущим информацию о токе ЛЭП, создающим магнитное поле, является формирующийся в резонансной среде сигнал фотонного эха, а не возбуждающее лазерное излучение. Интенсивность составляющей сигнала фотонного эха, ортогонально ориентированной по отношению к направлению линейной поляризации возбуждающих лазерных импульсов, несёт информацию об угле нефарадеевского поворота вектора поляризации эхо-сигнала и, соответственно, о величине тока ЛЭП. В данном случае источник возбуждающего излучения и регистрирующая аппаратура отделены от токопровода ЛЭП или другого высоковольтного оборудования большим расстоянием. Связаны они только световым сигналом, что обеспечивает все условия их электрической изоляции.

Отличие между характеристиками двух используемых методов:

Эффект Фарадея зависит от длины пути и от Н. Поворот фотонного эха зависти от Н и от интервала между возбуждающими импульсами τ, но не зависит от длины пути в резонансной среде.

Эффект нефарадеевского поворота чувствительнее более чем в 1000 раз к магнитному полю; также он позволяет плавно изменять диапазон измеряемых токов за счёт изменения интервала τ. С помощью фотонного эха можно получен электронно перестраиваемый датчик тока, работающий при любых токах и напряжениях.

Магнитный усилитель

Магнитный усилитель – усилитель электрических сигналов, основанный на использовании присущей ферромагнитным материалам нелинейной зависи­мости магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Управ­ляемыми элементами в магнитном усилителе являются индуктивности с фер­ромагнитными сердечниками, в которых действуют два переменных магнит­ных поля: одно изменяется с частотой источника питания f_c, другое – с часто­той усиливаемого сигнала f_y, причем f_y<f_c.

Простейший магнитный усилитель состоит из двух одинаковых трансфор­маторов, первичные обмотки которых W1 включены последовательно и пи­таются от источника переменного напряжения U_с (рис. 6.21)

 

 

Рис. 6.21. Схема магнитного усилителя (управляемого дросселя)

 

Вторичные обмотки W2 двух трансформаторов включаются последователь­но и навстречу друг другу, поэтому замыкание обмоток W2 на небольшое со­противление не вызывает какого-либо изменения величины тока i₁ в первич­ных обмотках. Если по обмоткам W2 пропустить постоянный ток, то вслед­ствие нелинейного характера кривой намагничивания сердечников динамиче­ская магнитная проницаемость m (проницаемость для переменного магнитно­го потока) уменьшается. В соответствии с этим уменьшается индуктивность L₁, связанная с m соотношением: 

                            L₁=2[0,4p W₁²S m /l ·10⁸],                                                                  (6.3)

 

где S – площадь поперечного сечения одного сердечника в см²;

l – его средняя длина в см;

W₁ – число витков первичных обмоток.

При этом ток в обмотках W₁ возрастает в соответствии с формулой:

                                                                                                         (6.4)

где R- активное сопротивление первичной цепи.

Такое устройство называется дросселем насыщения или управляемым дрос­селем. Управляемый дроссель становится усилителем, если последовательно с его обмотками W₁ включить активное сопротивление R_н (пунктир на рис. 6.21), а вместо постоянного тока в обмотку W₂ подать усиливаемый сиг­нал постоянного или медленно изменяющегося (по-сравнению со скоростьюизменения питающего напряжения U_с) тока I_у, большие непериодические пе­ренапряжения можно подавать с помощью параллельного подключения кон­денсаторов. В этом случае важнее знать энергию этих перенапряжений, чем их амплитуду. Поэтому рекомендуется, чтобы энергия непериодических пере­напряжений в сетях напряжением до 260 В, от которых питаются автономные преобразователи, не превышая 4 Дж. При более высоких напряжениях эта энергия может превышать 4 Дж, однако в этом случае необходимо согласова­ние с изготовителем преобразователя.

Лабораторный практикум

 

⇐ Предыдущая34353637383940414243Следующая ⇒

Поделиться: