Основы проектирования приборов и систем

4

Содержание

• 1.Техническое задание 2
• 2. Способ технической реализации 2
• 3. Пример проектирования аналогового ИПАМ 4
• 4. Расчет входных частотных фильтров 5
• 5. Перемножитель 9
• 6. Расчет выходного частотного фильтра 11
• 7. Расчет вторичных измерительных преобразователей 15
• Список литературы 16
• 1.Техническое задание
• Разработать аналоговый измерительный преобразователь мощности.
• Аналоговый измерительный преобразователь мощности должен удовлетворять следующим требованиям
• 1. Назначение: формирование электрических сигналов об активной мощности синхронных генераторов и компенсаторов, линий электропередач постоянного и переменного токов и других управляемых обьектов электроэнэргетических систем.
• 2. ИПАМ должен эксплуатироваться при температуре окружающей среды от +10 с до 40 с и относительной влажности до 80%
• 3. Питание прибора осуществляется от батареи сухих элементов 1,28 НВМЦ-525 размещённых в корпусе прибора
• 2. Способ технической реализации
• Выходные величины проектируемого ИПАМ, напряжение и ток, содержат помехи в виде как свободных апериодической и колебательных составляющих, так и принуждённых составляющих кратных промышленной частоте, допустимое время установления выходного сигнала, поетому указанным исходным данным соответствуют две системы
• 1. На одном интегральном перемножителе АX c выходными ZF1, ZF2 и выходным ZF3 частотными фильтрами;

• 2. На двух интегральных перемножителях АХ1, АХ2 с входными ZF1, ZF2, ZF3, ZF4 частотными фильтрами и сумматором AW.
• Рассмотрим вначале функциональную схему ИПАМ на одном интегральном перемножителе, как наиболее простую, из двух предложенных, по технической реализации, поскольку интегральный перемножитель является наиболее трудно реализуемым элементом функциональных схем, требующим большой точности исполнения и длительной наладки. Рассмотрение схемы с двумя интегральными перемножителями излишне, если функциональная схема с одним интегральным перемножителем обеспечит допустимые частотные погрешности преобразования мощности и остаточную амплитуду гармонической составляющей на выходе соответствующие исходным данным.
• 3. Пример проектирования аналогового ИПАМ
• Назначением измерительного преобразователя активной мощности (ИПАМ) переменного токов является формирование электрических сигналов об активной мощности синхронных генераторов и компенсаторов, линий электропередач переменного и постоянного токов и других управляемых объектов электроэнергетических систем.
• Основные особенности ИПАМ автоматических устройств электроэнергетических систем обуславливаются предъявленными к ним требованиям и условиями функционирования. Главное из требований быстродействие, обеспечивающее эффективность автоматических устройств, особенно противоаварийного управления. Однако принципиально возможное его достижение затрудняется функционированием ИПАМ в условиях электромагнитных и электромеханических переходных процессов в электроэнергетической системе, обусловливающих интенсивные помехи в виде свободных апериодической и колебательных и принужденных гармонических составляющих кратных промышленной частот входных напряжений и токов,

• Поэтому неизбежны затраты времени на выделение входными частотными фильтрами входных сигналов в виде принужденных составляющих промышленной частоты.
• 4. Расчет входных частотных фильтров
• В качестве входных фильтров целесообразно применить полосовые частотные фильтры (ПЧФ) второго порядка с равноволновой амплитудночастотной характеристикой (АЧХ) (фильтр Чебышева), но с резонансной угловой частотой равной промышленной
• Выбирается их постоянная времени. Она определяется тем, что заданное время установления выходного сигнала обуславливается переходными процессами в двух последовательно соединенных частотных фильтрахвходном ПЧФ и выходном. При этом целесообразно исходить из одинаковых постоянных времени входных ПЧФ и выходного фильтра, при которых время установления сигнала (при нулевых начальных условиях переходных процессов в них) составляет

• .
• По известным резонансной угловой частоте и постоянной времени определяется угловая частота собственного колебательного переходного процесса
• Активному ПЧФ второго порядка соответствует передаточная функция
• Где
• которая определяется заданной АЧХ при :
• отсюда
• Коэффициент передачи ПФЧ на угловой резонансной частоте равен единице поэтому

• Амплитудночастотная характеристика входных ПЧФ:
• Передаточная функция ПЧФ через параметры схемы определяется выражением
• где
• Из данных соотношений по известным определяются сопротивления резисторов и емкости конденсаторов:

• где М коэффициент (М1 и М).
• При этом, поскольку неизвестных больше, чем уравнений, зададимся некоторыми из них, исходя из условий реализуемости ПЧФ. Можно, например, принять емкости конденсаторов
• и
• то есть задаться коэффициентом М:
• При указанном коэффициенте М сопротивления резисторов получаются равными:
• Сопротивления резисторов и емкости конденсаторов второго входного ПЧФ равны соответствующим сопротивлениям резисторов и емкостям конденсаторов первого входного ПЧФ, а именно
• 5. Перемножитель
• Аналоговые измерительные преобразователи активной мощности осуществляются на основе аналогового перемножения мгновенных значений непрерывно изменяющихся напряжения и тока. Выходное напряжение зависит от каждой из входных величин (напряжения или тока) при постоянном значении второй из них. Указанная зависимость реализуется в интегральном перемножителе типа К525ПС2, который представляет собой четырехквадрантный аналоговый перемножитель сигналов, на основе использования свойств электроннодырочных переходов транзистора и диода, а именно: пропорциональности тока коллектора току базы; экспоненциальной и логарифмической зависимостей тока коллектора от напряжения на эмиттерном переходе транзистора и напряжения на диоде от его прямого тока соответственно.
• Умножение осуществляет дифференциальный каскад на транзисторах Перекрестные связи коллекторов этих транзисторов обеспечивают инверсию сигналов, необходимую для четырехквадрантного умножения. Входные каскады на транзисторах преобразуют входные напряжения в токи.