Название: Система управления ПЧНСЕК - схемы (автор неизвестен)

Жанр: Технические

Просмотров: 1024


3.2.2. датчик тока нагрузки (дт)

Датчик тока нагрузки используется в контуре тока для организации слежения за током нагрузки. Основными параметрами датчика тока являются: линейность коэффициента передачи, диапазон измеряемой величины, частотный диапазон, гальваническая развязка между входом и выходом, соответствие полярности входного и выходного напряжений.

Существует достаточно большое разнообразие выполнения датчиков тока, обеспечивающих гальваническую развязку, например, датчики на основе трансформаторов тока с последующим выпрямлением, которые устанавливаются на входе ПЧНСЕК; датчики на основе трансформаторов постоянного тока, устанавливаемые в цепи нагрузки; датчики с использованием элементов Холла; датчики с использованием оптопар (оптронная развязка) и, наконец, на основе принципа модуляции – демодуляции (МДМ-датчики ).

Наиболее качественными являются три последних варианта, у каждого из которых есть свои достоинства и недостатки.

Датчики на основе элементов Холла имеют повышенный дрейф по постоянному току и трудности согласования с уровнем измеряемого тока, обеспечение гальванической развязки сравнительно простое.

Датчики на основе оптопар характеризуются повышенным коэффициентом нелинейности коэффициента передачи и сравнительно простой гальванической развязкой.

Датчики на основе МДМ свободны от недостатков предыдущих, но гальваническая развязка представляет определенные трудности в реализации.

Более подробно рассмотрим датчик тока на основе МДМ. В этом датчике согласование с измеряемым током осуществляется подбором соответствующего стандартного шунта на 75 мВ. Это требует общего коэффициента усиления, равного 100, т. е. при амплитуде входного сигнала ±100 мВ будем иметь на выходе напряжение ±10 В. Гальваническая развязка выполняется на основе высокочастотного трансформатора.

Структурная схема датчика приведена на рис. 3.4.

 

Рис. 3.4

Датчик тока на стороне высокого напряжения содержит: модулятор М, высокочастотный усилитель У, выпрямитель питания В для усилителя; на стороне низкого напряжения: демодулятор ДМ, фильтр и генератор Г, который представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное с несущей частотой 40 кГц и трансформаторным выходом, который питает коммутирующий трансформатор модулятора Т1, выпрямитель В и имеет коммутирующие обмотки для демодулятора ДМ.

Гальваническая развязка между высоковольтной стороной и низковольтной осуществляется высокочастотным трансформатором Т2.

Поясним некоторые особенности данной схемы.

Во-первых, генератор формирует прямоугольные знакопеременные импульсы, длительность которых практически одинакова. Это имеет существенное значение для уменьшения пульсаций преобразования на выходе демодулятора, поскольку при прочих симметриях в схеме разделительный трансформатор Т2 реагирует на асимметрию по длительности входных импульсов, в результате чего на выходе ДМ появляются пульсации с частотой задающего генератора Г. Амплитуда этих пульсаций увеличивается пропорционально асимметрии импульсов по длительности, что приводит к необходимости их фильтрации и ограничению полосы пропускания датчика.

Второй особенностью схемы является непосредственное сопряжение модулятора и усилителя, т. е. гальваническая развязка перенесена на выход высокочастотного усилителя. Это связано с тем, что выходное сопротивление усилителя, охваченного глубокой отрицательной обратной связью, достаточно мало, поэтому существенно снижаются требования к величине индуктивности намагничивания трансформатора Т2. При этом вершина импульса передается без искажения по сравнению с вариантом работы модулятора на разделительный трансформатор. Таким образом, устраняются пульсации на выходе ДМ с двойной частотой генератора и снижаются требования к выходному фильтру, что также приводит к расширению полосы пропускания датчика тока.

В-третьих, модулятор выполнен по двухтактной схеме с использованием инвертирующего и неинвертирующего входов высокочастотного усилителя. Это дает возможность повысить вдвое коэффициент преобразования модулятора и, следовательно, вдвое снизить коэффициент усиления высокочастотного усилителя, что позволяет уменьшить пропорционально фронты импульсов и снизить требования к фильтрации и, следовательно, расширить полосу пропускания датчика тока.

В-четвертых, применение ключей К2, К4 повышает быстродействие модулятора, так как на выключение основные ключи К1, К3 работают медленнее, чем на включение.

В-пятых, при намотке трансформатора Т1 все обмотки равномерно разнесены по кольцу сердечника, это позволило уменьшить проходную емкость между обмотками до 2 пФ и снизить уровень коммутационных помех на выходе датчика.

Усилитель собран на быстродействующем операционном усилителе, позволяющем реализовать фронты переключения менее 0,5 мкс.

Выходной фильтр собран на операционном усилителе.

Основные параметры датчика тока:

коэффициент усиления – 100

полоса пропускания – 0…10 кГц

напряжение смещения на выходе ±10 мВ

уровень шумов и пульсаций на выходе 10 мВ

нелинейность амплитудной характеристики менее 5 \%

максимальное выходное напряжение ±10 В.

3.2.3. Датчик напряжения нагрузки (ДН)

В качестве датчика напряжения нагрузки целесообразно использовать дифференциальный операционный усилитель по схеме рис. 3.5, как наиболее простое решение, не требующее гальванической развязки.

Рис. 3.5

Здесь для трехфазной мостовой схемы в данный момент времени тиристорами VDk, VDk± n подключается к нагрузке линейное напряжение как разность фазных напряжений ei, ei±1, имеющих общую точку 0, соединенную с общей точкой системы управления и данного операционного усилителя.

В этом примере напряжение на выходе операционного усилителя содержит дифференциальную составляющую (uд) как полезный сигнал и синфазную составляющую (uсф) как сигнал помехи:

 

 

          

 

где Мсф [дб] коэффициент подавления синфазного сигнала.

Коэффициент передачи дифференциального сигнала (Кд) определяется принятыми максимальными значениями на выходе и входе. Если принять Uвых м = 10 В, (ei1 – ei)м = 540 В при действующем напряжении фазы питающей сети 220 В, тогда

 

.

 

Приемлемый уровень амплитуды синфазного сигнала на выходе датчика не должен превышать Uсф м = 10 мВ, тогда

,

,

Для широкого класса операционных усилителей коэффициент подавления синфазного сигнала составляет Мсф = 60…100 дб, следовательно, выполнение условия требуемого уровня подавления синфазного сигнала реализуется широким классом операционных усилителей.