Проектирование промежуточного трансформатора тока нагруженного на активное сопротивление

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

“ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГОСИСТЕМ”

 

Выполнил:

студент группы 4-29

Поливода М.Ю.

Проверил:

Колесов Л.М.

 

Иваново 2005

 

В данном курсовом проекте проектируется измерительный орган с двумя подведенными величинами, на основе устройства сравнения по фазе двух электрических величин, выполненное на принципе сравнения времени совпадения по знаку мгновенных значений сравниваемых величин с заданным временим.

Данный измерительный орган является направленным реле сопротивления.

Также в работе проектируются отдельные функциональные элементы на базе интегральных операционных усилителей.

При проектировании приняты некоторые допущения:

- не учет влияния изменения температуры на параметры элементов;

- не рассчитываются мощности, выделяемые на каждом из элементов (кроме сопротивлений)

- не учитываются отклонение напряжения источника питания

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА НАГРУЖЕННОГО НА АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАЗОПОВОРОТНОЙ СХЕМЫ
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
5.1 Проектирование преобразователей синусоидального напряжения в разнополярные сигналы постоянного уровня П1(П3) и П2(П4).
5.2 Проектирование логических элементов И1(+), И2(-).
5.3 Проектирование элементов времени ЭВ1 и ЭВ2.
5.4 Проектирование логического элемента ИЛИ.
5.5 Проектирование расширителя импульсов РИ.
5.6 Проектирование выходного элемента ВЭ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ЗАДАНИЕ

Тема:

Проектирование измерительного органа (ИО) с двумя подведенными величинами на основе устройства сравнения по фазе двух электрических величин, выполненное на принципе сравнения времени совпадения по знаку мгновенных значений сравниваемых величин с заданным временим.

 

Рис.1.Характеристика срабатывания ИО

Исходные данные:

1. Сопротивление уставки: z_у = 10 Ом/фазу

2. Угол максимальной чувствительности: φ_мч=65^о

3. Тип магнитопровода: Ш - 42

4. Сопротивление нагрузки УФ: R_н = 44 кОм

5. Абсолютное значение величин Е₁ и Е₂: Е_max1 = E_max2 = 115 В

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ

и

Измерительный орган состоит из устройства формирования сравниваемых величин (УФ) и устройства сравнения (УС) (рис.1.1). В измерительном органе с двумя подведенными величинами устройство формирования состоит из двух формирователей Ф₁ и Ф₂. На входы формирователей подаются две величины для органа направления мощности этими величинами являются напряжение и ток, а на выходе формирователей получаем сравниваемые величины Е₁ и Е₂, каждая из которых в общем случае зависит от U и I:

;

,

где - - коэффициенты, в общем случае комплексные.

Устройство сравнения сравнивает и по фазе.

Рис.1.1 Структурная схема ИО с двумя подведенными величинами

При сравнении по фазе особые точки а и b располагаются по характеристике срабатывания измерительного органа. Так как характеристика срабатывания является окружностью, проходящей через начало координат, то целесообразно точку «а» расположить в начале координат:

Вторую точку целесообразно расположить на оси действительных величин. Т.к. при сравнении по фазе особые точки лежат на характеристике срабатывания, то из прямоугольного треугольника , сторона , которого проходит через центр окружности, определяем:

 

 

Рис.1.2 Выбор положения особых точек а и b Рис. 1.3 Характеристика срабатывания в плоскости W

Из прямоугольного треугольника определяем значение внутреннего угла , на который вектор отстаёт от вектора :

Тогда , на который вектор отстаёт от вектора , равен:

Поскольку область срабатывания находится внутри окружности, в качестве угла принимаем угол , при котором удовлетворяется условие:

Одним из основным элементом измерительного органов является устройство сравнении. В настоящей работе рассматривается устройство сравнения по фазе двух электрических величин, выполненных на принципе сравнения времени совпадения по знаку мгновенных значений сравниваемых величин с заданным временем. При этом, условие срабатывания устройства сравнения по способу сравнения времени совпадения с заданным временем:

При , область срабатывания устройства сравнения охватывает всю плоскость W, но данное условие нас не устраивает, т.к. характеристика срабатывания измерительного органа в плоскости Z представляет собой окружность, а область срабатывания находится внутри окружности. При , характеристика срабатывания устройства сравнения в плоскости W совпадает с осью мнимых величин, а область срабатывания устройства сравнения является правая полуплоскость W. Следовательно ,а .

Так как , то:

 

 

Считаем известным и действительным коэффициент :

 

Считаем известный модуль коэффициента . Аргумент определяется из [1.(4.3)]:

Т.к. коэффициент принят действительным , следовательно:

Коэффициент равен:

Из (3.3)[1.c.9] определяется значение коэффициента :

Коэффициент равен:

В результате получаем требуемые зависимости:

 

После того как найдены зависимости и , необходимо найти численное значение коэффициентов при заданном .

Для того чтобы найти эти коэффициенты примем, что в произвольный момент времени максимальным может быль либо напряжение (эквивалент холостого хода), либо ток (эквивалент короткого замыкания).

Имеются следующие зависимости:

 

 

 

Принимаем по заданию , а также примем

 

Рассмотрим:

 

1. Режим ХХ: U=U_max (B), I=0 (А).

Так как проектируемый измерительный орган питается от измерительного трансформатора тока и напряжения, то U_max составляет 105 В (с учетом того, что в электрических сетях напряжение обычно не поднимается выше 105%U_ном )

, ,

2. Режим КЗ: U=0, I=I_max.

Максимальный ток выбирается таким образом, чтобы при нем сохранялась не только термическая и динамическая стойкость, но и заданная линейность, и, как правило, он значение этого тока составляет (5-10)I_ном . При большем токе наблюдается нелинейность коэффициента трансформации.

,

 

Примем:

 

, тогда зависимости и будут иметь вид:

Схема устройства формирования для приведенных выражений: , приведена на рис. 1.4

 

 

Рис. 1.4 Схема устройства формирования

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

 

Расчет проводился на ЭВМ с помощью программы автоматического проектирования tn2.exe и из нескольких предложенных вариантов, исходя из необходимых небольших размеров магнитопровода, допустимой магнитной индукции (в пределах 1). Результаты расчёта сведены в таблицы 2.1 и 2.2. Выделенные трансформаторы были выбраны для дальнейших расчётов.

 

 

Таблица 2.1

 

Исходные даные для расчёта промежуточного

двухобмоточного трансформатера напряжения.

┌─────┬─────┬───────┬──────┬───────┬───────┬──────────┬───────┐

│U max│U min│U длит.│ Ктр. │Z нагр.│F нагр.│Z вн. доп.│Нелин. │

│ (В) │ (В) │ (В) │ │ (Ом) │(град) │ (Ом) │доп.(%)│

├─────┼─────┼───────┼──────┼───────┼───────┼──────────┼───────┤

│ 105│ 2 │ 100 │ 0.54 │ 44000 │ 0 │ 1000 │ 1 │

└─────┴─────┴───────┴──────┴───────┴───────┴──────────┴───────┘

 

Результаты расчёта промежуточного

двухобмоточного трансформатера напряжения.

┌───────┬──────────┬───────────┬───────────┬────────┬───────┬───────┬──────┐

│ Тип │ Магнито- │ Первичная │ Вторичная │ S потр.│ Нелин.│ R вн. │B max.│

│ стали │ провод │ обмотка │ обмотка │ (ВА) │ (%) │ (Ом) │ (Тл) │

├───────┼──────────┼───────────┼───────────┼────────┼───────┼───────┼──────┤

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4219 │ W2=2278 │ 0.73 │ 0.423 │ 505 │ 1.04 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.17│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=657 │ W2=355 │ 2.71 │ 0.514 │ 2 │ 0.20 │

│ 0.35мм│40.0*100.0│ ПЭВ-2/1.35│ ПЭВ-2/2.10│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1314 │ W2=710 │ 0.75 │ 0.648 │ 24 │ 0.40 │

│ 0.35мм│ 20.0*50.0│ ПЭВ-2/0.41│ ПЭВ-2/0.67│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1866 │ W2=1008 │ 0.53 │ 0.658 │ 66 │ 0.55 │

│ 0.35мм│ 16.0*32.0│ ПЭВ-2/0.25│ ПЭВ-2/0.41│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=2105 │ W2=1137 │ 0.43 │ 0.841 │ 169 │ 0.65 │

│ 0.35мм│ 12.0*32.0│ ПЭВ-2/0.16│ ПЭВ-2/0.25│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=5474 │ W2=2956 │ 0.25 │ 0.949 │ 900 │ 0.80 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.14│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=5152 │ W2=2782 │ 0.29 │ 0.819 │ 761 │ 0.85 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.15│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4866 │ W2=2628 │ 0.36 │ 0.698 │ 654 │ 0.90 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.16│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4610 │ W2=2489 │ 0.44 │ 0.582 │ 608 │ 0.95 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.16│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4379 │ W2=2365 │ 0.58 │ 0.488 │ 531 │ 1.00 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.17│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4171 │ W2=2252 │ 0.79 │ 0.403 │ 497 │ 1.05 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.17│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=3981 │ W2=2150 │ 0.96 │ 0.324 │ 441 │ 1.10 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.18│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4379 │ W2=2365 │ 0.58 │ 0.488 │ 531 │ 1.00 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.17│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=3981 │ W2=2150 │ 0.96 │ 0.324 │ 441 │ 1.10 │

│ 0.35мм│ 12.0*10.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.18│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=4055 │ W2=2190 │ 1.01 │ 0.194 │ 968 │ 1.20 │

│ 0.35мм│ 9.0*12.0│ ПЭВ-2/0.10│ ПЭВ-2/0.10│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=2105 │ W2=1137 │ 4.21 │ 0.604 │ 131 │ 1.30 │

│ 0.35мм│ 12.0*16.0│ ПЭВ-2/0.15│ ПЭВ-2/0.25│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=978 │ W2=528 │ 18.15 │ 0.567 │ 33 │ 1.40 │

│ 0.35мм│ 12.0*32.0│ ПЭВ-2/0.25│ ПЭВ-2/0.38│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=350 │ W2=189 │ 145.55 │ 0.082 │ 1 │ 1.50 │

│ 0.35мм│ 20.0*50.0│ ПЭВ-2/0.86│ ПЭВ-2/1.40│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=263 │ W2=142 │ 365.99 │ 0.065 │ 1 │ 1.60 │

│ 0.35мм│ 25.0*50.0│ ПЭВ-2/1.25│ ПЭВ-2/1.95│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=153 │ W2=83 │1074.22 │ 0.042 │ 0 │ 1.70 │

│ 0.35мм│ 32.0*63.0│ ПЭВ-2/2.10│ ПЭВ-2/3.28│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=73 │ W2=39 │3972.40 │ 0.031 │ 0 │ 1.80 │

│ 0.35мм│40.0*100.0│ ПЭВ-2/3.80│ ПЭВ-2/5.20│ │ │ │ │

└───────┴──────────┴───────────┴───────────┴────────┴───────┴───────┴──────┘

 

 

Таблица 2.2

Исходные даные для расчёта промежуточного

двухобмоточного трансформатера напряжения.

┌─────┬─────┬───────┬──────┬───────┬───────┬──────────┬───────┐

│U max│U min│U длит.│ Ктр. │Z нагр.│F нагр.│Z вн. доп.│Нелин. │

│ (В) │ (В) │ (В) │ │ (Ом) │(град) │ (Ом) │доп.(%)│

├─────┼─────┼───────┼──────┼───────┼───────┼──────────┼───────┤

│ 100│ 2 │ 105 │ 1.095│ 1600 │ 57.5 │ 100 │ 1 │

└─────┴─────┴───────┴──────┴───────┴───────┴──────────┴───────┘

Результаты расчёта промежуточного

двухобмоточного трансформатера напряжения.

┌───────┬──────────┬───────────┬───────────┬────────┬───────┬───────┬──────┐

│ Тип │ Магнито- │ Первичная │ Вторичная │ S потр.│ Нелин.│ R вн. │B max.│

│ стали │ провод │ обмотка │ обмотка │ (ВА) │ (%) │ (Ом) │ (Тл) │

├───────┼──────────┼───────────┼───────────┼────────┼───────┼───────┼──────┤

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1266 │ W2=1386 │ 8.59 │ 0.082 │ 76 │ 1.04 │

│ 0.35мм│ 16.0*25.0│ ПЭВ-2/0.31│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1026 │ W2=1123 │ 8.71 │ 0.875 │ 22 │ 0.20 │

│ 0.35мм│ 32.0*80.0│ ПЭВ-2/0.83│ ПЭВ-2/0.90│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1314 │ W2=1439 │ 7.96 │ 0.648 │ 71 │ 0.40 │

│ 0.35мм│ 20.0*50.0│ ПЭВ-2/0.41│ ПЭВ-2/0.44│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1369 │ W2=1499 │ 7.99 │ 0.340 │ 65 │ 0.60 │

│ 0.35мм│ 20.0*32.0│ ПЭВ-2/0.38│ ПЭВ-2/0.44│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1283 │ W2=1405 │ 8.02 │ 0.221 │ 90 │ 0.80 │

│ 0.35мм│ 16.0*32.0│ ПЭВ-2/0.31│ ПЭВ-2/0.33│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1208 │ W2=1323 │ 8.10 │ 0.189 │ 79 │ 0.85 │

│ 0.35мм│ 16.0*32.0│ ПЭВ-2/0.31│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1140 │ W2=1248 │ 8.22 │ 0.143 │ 70 │ 0.90 │

│ 0.35мм│ 16.0*32.0│ ПЭВ-2/0.33│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1080 │ W2=1183 │ 8.40 │ 0.119 │ 61 │ 0.95 │

│ 0.35мм│ 16.0*32.0│ ПЭВ-2/0.33│ ПЭВ-2/0.38│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1314 │ W2=1439 │ 8.34 │ 0.111 │ 88 │ 1.00 │

│ 0.35мм│ 16.0*25.0│ ПЭВ-2/0.29│ ПЭВ-2/0.33│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1251 │ W2=1370 │ 8.71 │ 0.077 │ 75 │ 1.05 │

│ 0.35мм│ 16.0*25.0│ ПЭВ-2/0.31│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1194 │ W2=1307 │ 9.09 │ 0.055 │ 70 │ 1.10 │

│ 0.35мм│ 16.0*25.0│ ПЭВ-2/0.31│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1428 │ W2=1564 │ 9.01 │ 0.041 │ 99 │ 1.15 │

│ 0.35мм│ 16.0*20.0│ ПЭВ-2/0.27│ ПЭВ-2/0.31│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1369 │ W2=1499 │ 9.58 │ 0.016 │ 85 │ 1.20 │

│ 0.35мм│ 16.0*20.0│ ПЭВ-2/0.29│ ПЭВ-2/0.33│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=1263 │ W2=1383 │ 12.36 │ 0.125 │ 73 │ 1.30 │

│ 0.35мм│ 16.0*20.0│ ПЭВ-2/0.29│ ПЭВ-2/0.35│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=978 │ W2=1071 │ 19.88 │ 0.566 │ 91 │ 1.40 │

│ 0.35мм│ 12.0*32.0│ ПЭВ-2/0.25│ ПЭВ-2/0.27│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=547 │ W2=599 │ 74.60 │ 0.253 │ 15 │ 1.50 │

│ 0.35мм│ 16.0*40.0│ ПЭВ-2/0.51│ ПЭВ-2/0.57│ │ │ │ │

│ Э-42 │ Ш - │ W1=424 │ W2=464 │ 150.66 │ 0.127 │ 6 │ 1.55 │

│ 0.35мм│ 20.0*40.0│ ПЭВ-2/0.77│ ПЭВ-2/0.86│ │ │ │ │

└───────┴──────────┴───────────┴───────────┴────────┴───────┴───────┴──────┘

 

 

Рис. 5.6 Принципиальная схема элемента времени

Рис. 5.7 Принципиальная схема элемента времени

Данный элемент времени срабатывает при появлении на входе сигнала положительной полярности. Выходной сигнал также положительной полярности. Для того чтобы элемент времени срабатывал при появлении сигнала отрицательной полярности (ЭВ₂), номиналы резисторов R ₁₇ и R ₁₈ должны быть взаимно изменены.

 

5.3.1 Выбор сопротивления резистора R ₁₈ (R ₂₁) и емкости конденсатора.

Сопротивление резистора R ₁₈ должно быть таким, чтобы максимальный входной ток ЭВ (I _{вх.ЭВ.max}) был меньше максимально допустимого выходного тока источника сигнала(I _ИС.доп)

Ток I _{вх.ЭВ.max} может быть определен по выражению

Отсюда сопротивление R ₁₈ определится по формуле

Принимаем R ₁₈ = 2.3 кОм

Определим мощность на резисторе R ₁₈

Принимаем Р_{R 18} = Р_{R 21}= Р _{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранное сопротивление проходит проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивление R ₁₈ (R ₂₁):

МЛТ-0.125-2.3 К±5%

 

Для обеспечения быстрого разряда конденсатора С ₁ и быстрого возврата ЭВ сопротивление резистора R ₁₈ должно быть значительно меньше сопротивления R ₁₇ (R ₂₀).

, тогда

Сопротивление резистора R ₁₇ и емкость определяют заданное время задержки (t _з) в соответствии с выражением

,

где t _з = Т/4 = 5 мс

Тогда сопротивление конденсатора определится

Принимаем R ₁₇ = 23 кОм

Определим мощность на резисторе R ₁₇

Принимаем Р_{R 17} = R ₂₀= Р _{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранное сопротивление проходит проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивление R ₁₇ (R ₂₀):

МЛТ-0.125-23 К±5%

Окончательно принимаем конденсатор типа С ₁:

МБМ-М313И

5.3.2 Выбор сопротивления резистора R ₁₉ (R ₂₂).

Для того чтобы не влиять на процесс заряда-разряда конденсатора, сопротивление резистора R ₁₉ должно быть значительно больше сопротивлений R ₁₇ и R ₁₈ и выбирается по выражению:

Окончательно принимаем сопротивление R ₁₉ (R ₂₂):

МЛТ-0.125-230 К±5%

 

5.3.3 Выбор диодов VD ₁₁(VD ₁₄) и VD ₁₂(VD ₁₅).

Максимальный ток диода VD ₁₀ равен максимальному входному току элемента времени.

Номинальный ток диода VD ₉ с запасом с целью упрощения можно принять

Максимальное обратное напряжение:

Выбор диодов осуществляется с учетом выражений:

Выбираем диоды типа VD ₁₁(VD ₁₄) и VD ₁₂(VD ₁₅):

КД109А I _пр.доп = 0.3 А, U _обр = 100 В

 

5.3.4 Выбор типа стабилитрона VD ₁₃ (VD ₁₆).

Стабилитрон VD ₁₃ применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ (U _{вх.ОУ.max}), больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ.

В нашем случае

U _сф.max = 12 В, тогда U _ст £ U _{.сф max} = 12 В.

Поэтому выбираем стабилитрон VD ₁₁:

КС191А. - U _ст = 9.1 В

Результат выбора элементов элементов времени ЭВ₁ и ЭВ₂ сведены в таблицу 5.3

Таблица 5.3

 

Элемент	Обозначение	Тип
Резистор	R17, (R20)	МЛТ-0.125-2.3 К±5%
Резистор	R18, (R21)	МЛТ-0.125-23 К±5%
Резистор	R19, (R22)	МЛТ-0.125-230 К±5%
Конденсатор	С1, (С2)	МБМ-М313И
Стабилитрон	VD13, (VD16)	КС 191 А
Диод	VD11, (VD14) VD12, (VD15)	КД 109 А

 

Таблица 5.4

 

Элемент	Обозначение	Тип
Резистор	R23	МЛТ-0.125-3.3 К±5%
Резистор	R24	МЛТ-0.125-33 К±5%
Диод	VD17, (VD18)	КД 109 А
Стабилитрон	VD19	КС 191 А

 

 

МБМ-М13И

 

Постоянная времени разряда конденсатора С должна быть такой, чтобы за максимально возможное время паузы между входными импульсами (t _пауз.max) конденсатор С не успевал разряжаться до нулевого потенциала. Для этого должно выполняться условие

,

где t _пауз.max = 20 мс

Отсюда найдем сопротивление резистора R ₂₆

Принимаем R ₂₆ = 256 кОм

Определим мощность на резисторе R ₂₆

Принимаем Р_{R 26} = Р _{c ном} = 0.125 Вт

Проверка по мощности:

Выбранное сопротивление проходит проверку по мощности.

Окончательно принимаем сопротивление R ₂₆:

МЛТ-0.125-256 К±5%

5.5.2 Выбор сопротивления резистора R ₂₇.

Для того чтобы не влиять на процесс заряда-разряда конденсатора, сопротивление резистора R ₂₇ должно быть значительно больше сопротивлений R ₂₅ и R ₂₆ и выбирается по выражению:

Окончательно принимаем сопротивление R ₂₇:

МЛТ-0.125-1280 К±5%

 

5.5.3 Выбор диодов VD ₂₀и VD ₂₁.

Максимальный ток диода VD ₂₀ равен максимальному входному току элемента времени.

Номинальный ток диода VD ₁₈ с запасом с целью упрощения можно принять

Максимальное обратное напряжение:

Выбор диодов осуществляется с учетом выражений:

Выбираем диоды типа VD ₂₀(VD ₂₁):

КД109А I _пр.доп = 0.3 А, U _обр = 100 В

5.5.4 Выбор типа стабилитрона VD ₂₂.

Стабилитрон VD ₂₂ применяется, если максимальное значение напряжения на входе ОУ (U _{вх.ОУ.max}), больше максимально допустимого синфазного входного напряжения данного типа ОУ. В нашем случае

U _сф.max = 12 В, тогда U _ст £ U _{.сф max} = 12 В.

Поэтому выбираем стабилитрон VD ₂₂:

КС191А. - U _ст = 9.1 В

Результаты выбора элементов расширителя импульсов РИ сведены в таблицу 5.5

 

Таблица 5.5

 

Элемент	Обозначение	Тип
Резистор	R25	МЛТ-0.125-3.3 К±5%
Резистор	R26	МЛТ-0.125-256 К±5%
Резистор	R27	МЛТ-0.125-1280 К±5%
Конденсатор	С3	МБМ-М13И
Стабилитрон	VD22	КС 191 А
Диод	VD20, (VD21)	КД 109 А

 

Таблица 5.7

 

Устройство	Элемент	Обозначение	Тип
Преобразователи синусоидальных напряжений П1,П2,П3 и П4	Операционный усилитель	-	К 140 УД 7
Стабилитрон	VD 1(VD 2, VD 3, VD 4))	КС 191 А
Резистор	R 1и R 4,(R 7и R 10).	МЛТ-0.5-88 К±5%
Резистор	R 2(R 5, R 8, R 11)	МЛТ-0.125-100 К±5%
Резистор	R 3(R 6, R 9, R 12)	МЛТ-0.125-0.68 К±5%
Логические элементы И1(+), И2(-).	Резистор	R 13(R 15)	МЛТ-0.5-3.3 К±5%
Резистор	R 14(R 16)	МЛТ-0.125-33 К±5%
Диод	VD 5(VD 6)	КД 109 А
Диод	VD 8(VD 9)	КД 109 А
Стабилитрон	VD 7(VD 10)	КС 191 А
Элементы времени ЭВ1, ЭВ2	Резистор	R 18 (R 21)	МЛТ-0.125-2.3 К±5%
Резистор	R 17 (R 20)	МЛТ-0.125-23 К±5%
Резистор	R 19 (R 22)	МЛТ-0.125-230 К±5%
Конденсатор	С1, (С2)	МБМ-М24И
Стабилитрон	VD 13 (VD 16)	КС 191 А
Диод	VD 11(VD 14) и VD 12(VD 15)	КД 109 А
Логический элемент ИЛИ	Резистор	R23	МЛТ-0.125-3.3 К±5%
Резистор	R24	МЛТ-0.125-33 К±5%
Диод	VD 17, VD 18	КД 109 А
Стабилитрон	VD19	КС 191 А
Расширитель импульсов РИ	Резистор	R25	МЛТ-0.125-3.3 К±5%
Резистор	R26	МЛТ-0.125-256 К±5%
Резистор	R27	МЛТ-0.125-1280 К±5%
Конденсатор	С3	МБМ-М13И
Стабилитрон	VD20	КС 191 А
Диод	VD 20(VD 21)	КД 109 А
Выходной элемент ВЭ	Реле	-	РСМ-2(Ю.117.81.55)
Резистор	R28	МЛТ-0.125-2.5 К±5%
Диод	VD21	КД 109 А
Диод	VD21	КД 109 А

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте был разработан измерительный орган с двумя подведенными величинами. Были спроектированы следующие элементы:

- двухобмоточный промежуточный трансформатор напряжения;

- промежуточный трансформатор тока, нагруженный на активное сопротивление;

- устройство сравнения по фазе двух электрических величин, выполненное на принципе сравнения времени совпадения по знаку мгновенных значений сравниваемых величин с заданным временем на базе интегральных операционных усилителей, диодов, транзисторов, стабилитронов, резисторов.

В графической части работы выполнена принципиальная схема измерительного органа с временными диаграммами напряжений на функциональных элементах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. В.А.Фабрикант, Л.В.Паперно, Элементы устройств РЗ и А энергосистем и их проектирование – М:Высш.школа, 1974

2. Л.В. Паперно. Проектирование устройств РЗ на бесконтактных элементах – М. Высш. школа, 1979

3. Р.М. Терещук, Справочник радиолюбителя – Киев, Наукова Думка, 1981

4. Л.М. Колесов, Автоматизированное проектирование промежуточного трансформатора тока, нагруженного на активное сопротивление (МУ для курсового проектирования по дисциплине «Элементы автоматических устройств энергосистем») – Иваново, ИЭИ, 1988.

5. Л.М. Колесов, Проектирование двухобмоточного трансформатора напряжения (МУ для курсового проектирования по дисциплине «Элементы автоматических устройств энергосистем») – Иваново, ИЭИ, 1988.

6. Л.М. Колесов, Устройство сравнения двух синусоидальных величин по фазе (МУ для курсового проектирования по дисциплине «Элементы автоматических устройств энергосистем») – Иваново, ИЭИ, 1990.

7. Л.М. Колесов, Проектирование устройств сравнения двух синусоидальных величин (МУ для курсового проектирования по дисциплине «Элементы автоматических устройств энергосистем») – Иваново, ИЭИ, 1988.

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

“ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГОСИСТЕМ”

 

Выполнил:

студент группы 4-29

Поливода М.Ю.

Проверил:

Колесов Л.М.

 

Иваново 2005

 

В данном курсовом проекте проектируется измерительный орган с двумя подведенными величинами, на основе устройства сравнения по фазе двух электрических величин, выполненное на принципе сравнения времени совпадения по знаку мгновенных значений сравниваемых величин с заданным временим.

Данный измерительный орган является направленным реле сопротивления.

Также в работе проектируются отдельные функциональные элементы на базе интегральных операционных усилителей.

При проектировании приняты некоторые допущения:

- не учет влияния изменения температуры на параметры элементов;

- не рассчитываются мощности, выделяемые на каждом из элементов (кроме сопротивлений)

- не учитываются отклонение напряжения источника питания

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА НАГРУЖЕННОГО НА АКТИВНОЕ СОПРО