Блок измерителя активного тока биат.

Блок входит в СУ СЭЭС типа "Ижора-М" и предназначен для получения на каждом из двух его выходов напряжения, пропорционального активной мощности (активному току) СГ. Блок устанавливают на каждом СГ и подключают к нему при помощи трансформатора тока ТА1 и трансформаторов напряжения TV 1 и TV 2.

В состав блока входят 2 кассеты: контроля неисправности типа ККН и формирования активного тока типа КФАТ.

Кассета ККН предназначена для выдачи светового сигнала при выходе из строя элементов кассеты КФАТ.

Кассета КФАТ предназначена для получения напряжения, пропорционального активной мощности СГ, и включает в себя 2 одинаковых канала формирования активного тока. Каждый канал состоит из согласующего трансформатора тока ТА2 (ТАЗ), выпрямителей UZ 1, UZ 2 (UZ 3, UZ 4), транзисторных ключей VT 1, VT 2, VT 4, VT 5 (VT 6, VT 7, VT 9, VT 10), эмиттерного повторителя на транзисторе VT 3 (VT 8) и узла защиты элементов схемы от токов перегрузки на транзисторе VT 11 (VT 12). Применение двух каналов объясняется необходимостью получения двух напряжений на выходах каналов. Первое напряжение с резистора R 9 подается на вход блока БКЗГ контроля загрузки генератора, а второе с резистора R 20 - на вход блока БРНГ распределения активных нагрузок генераторов. Кроме того, наличие двух каналов позволяет обеспечить "перекрестный" контроль исправности каналов.

Рассмотрим принцип действия кассеты КФАТ на примере 1-го канала. Канал представляет измеритель активного тока и имеет вход по току нагрузки и вход по напряжению (вход по току образован при помощи согласующего трансформатора тока ТА2, вход по напряжению обеспечивается трансформаторами напряжения TV 3 или TV 4). Напряжение управления U отпирает пары транзисторных ключей VT 1- VT 2 и VT 4- VT 5 поочередно (со сдвигом на угол 180°).

При активной нагрузке ток и напряжение генератора совпадают по фазе: угол φ = 0°. Поэтому совпадают по фазе напряжение U _у пропорциональное напряжению генератора, и ток І₁ первичной обмотки трансформатора тока ТА2, пропорциональный току нагрузки. В положительный полупериод напряжения U управления открыты транзисторы VT 1, VT 2. В этот полупериод на выводах 5- 7 вторичной обмотки трансформатора ТА2 под действием магнитного потока тока І₁ возникает напряжение с полярностью, обозначенной на схеме, вызывающее протекание тока І₁ по цепи: "+" на выводе 6- R 2, R 3 - выпрямитель UZ 1 - транзисторы VT 1, VT 2 - выпрямитель UZ 1 - "-" на выводе 5. В следующий полупериод напряжения U _у   управления запираются транзисторы VT 1, VT 2 и отпираются VT 4, VT 5. Одновременно изменяется мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора ТА2. Ток І₂ течет по цепи: "+" на выводе 6- R 2, R 3- UZ 2- VT 4, VT 5- UZ 2 - "-" на выводе 7. Таким образом, через резисторы R 2, R 3 протекает выпрямленный 2-полупериодный ток. Напряжение U ₁ на резисторах R 2, R 3, пропорциональное выпрямленному току, поступает на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VT 3 и одновременно на выпрямитель UZ 5 на входе кассеты ККН. На выходе эмиттерного повторителя включен резистор R 9, с которого напряжение U_вых1 подается на вход БКЗГ.

При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол 90° > φ > 0°. В течение каждого полупериода напряжения U _у направление тока через резисторы R 2, R 3 изменяется дважды. Например, в положительный полупериод в промежутке времени t ₁ ток I < 0, чему соответствует полярность напряжения на выводах 5- 7, обратная указанной на схеме. Ток i ₁ через резисторы R 2, R 3 протекает в направлении от R 3 к R 2. В промежутке времени t ₂ ток I ₁ > 0, поэтому направление тока i ₁ изменяется на обратное. В результате среднее значение тока через резисторы R 2, R 3 уменьшается, поэтому уменьшается напряжение U ₁ на этих резисторах. В отрицательный полупериод напряжения U _у среднее значение выпрямленного тока через резисторы R 2, R 3 определяется аналогичным действием тока i ₂.

При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R 2, R 3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U ₁ уменьшается до нуля.

Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD 1, VD 3 или VD 2, VD 4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U ₁ и U _{вых 1} ограничиваются до безопасных значений.

При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R 2, R 3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U ₁ уменьшается до нуля.

Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD 1, VD 3 или VD 2, VD 4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U ₁ и U _{вых 1} ограничиваются до безопасных значений.

Дополнительно защиту от токов перегрузки обеспечивает транзистор VT 11, включённый по схеме с общим эмиттером. Делитель напряжения на резисторах R 33, R 39 служит для получения на резисторе R 39 напряжения смещения транзистора VT 11. Резистор R 9, включенный в общую эмиттерную цепь транзисторов VT 3 и VT 11, обеспечивает по отношению к транзисторам отрицательную Обратную связь по току. При увеличении нагрузки генератора напряжение U _вых1 увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения на входе транзистора VT 11, так как оно определяется разностью напряжений на резисторах R 39 и R 9. Вследствие этого ток через транзистор VT 11 и резисторы R 29, R 9 уменьшится. Тем самым напряжение U _вых1   будет ограничено до значения, безопасного для входных цепей блока БКЗГ

Принцип действия кассеты ККН заключается в сравнении напряжений U ₁ и U ₂, подаваемых через резисторы R 35 и R 36 на выпрямитель UZ 5 навходе кассеты. Если оба канала кассеты КФАТ исправны, напряжения U ₁ и U ₂ одинаковы и компенсируют одно другое на входе выпрямителя UZ 5, т. е. напряжение на выходе выпрямителя отсутствует. Транзистор VT 1 открыт током базы, протекающим через резисторы R 3, R 5, диод VD 13 и переход база - эмиттер транзистора VT 1, поэтому шунтирует вход транзистора VT 2. Последний закрыт, напряжение на его выходе равно 24 В, поэтому конденсатор С5 заряжен до напряжения 24 В через резистор R 9 и диод VD 20. Транзистор VT 3 открыт базовым током через резисторы R 9, R 10 и диод VD 20 и шунтирует вход транзистора VT 4. Последний закрыт, реле KV 1 обесточено.

 

 

Рисунок 10 – Блок измерителя активного тока БИАТ

При выходе из строя элементов кассеты КФАТ, приводящем к изменению напряжений U_вых1 или U_вых2 на 1 В, на выходе выпрямителя UZ 5 появляется напряжение, запирающее транзистор VT 1. Вследствие этого открывается VT 2, напряжение на выходе которого уменьшается до нуля. Конденсатор С5 разряжается через RI 0, R 12 и тем самым в течение 2-4 с поддерживает падение напряжения на R 12, удерживающее транзистор VT 3 в открытом состоянии. Таким образом, исключается ложное срабатывание кассеты при кратковременном нарушении равновесия напряжений U_вых1 и U_вых2. По истечении выдержки времени транзистор VT 3 запирается, пробивается стабилитрон VD 21. Поэтому транзистор VT 4 отпирается током базы, протекающим через резисторы R 13, R 17, стабилитрон VD 21 и переход эмиттер - база транзистора VT 4: реле KV 1 включается.

Для проверки исправности кассеты ККН нажимают кнопку SA1, которая своим контактом шунтирует вход транзистора VT 1. Последний запирается, и далее схема ККН работает как при неисправности элементов кассеты КФАТ. Если кассета исправна, включается реле KV 1 и загорается сигнальная лампочка HL.

При номинальных значениях тока нагрузки и коэффициенте мощности напряжение на выходе каждого канала составляет 20 В. Для контроля напряжения, на выходе 1-го канала используют гнезда XS 1 и XS 2, на выходе 2-го канала - гнезда XS 1 и XS 3.