книги из ГПНТБ / Автоматическое управление газотурбинными установками

протекает ток под действием э. д. с. трансформации. Время перемагничиваиия сердечника по цепи обмотки управления возрастает.

Влияние трансформации, а также падение напряжения на общем проводе схемы учитываются введением коэффициента т < 1 в выра­ жение (III. 10), которое принимает вид

При выходе уровня напряжения питания за границы, определяе­ мые выражениями (III.9), (III.10а), возможно ложное срабатывание схем памяти на тех или иных логи­ ческих элементах. Однако так как этот процесс ложного срабатывания проте­

кает не мгновенно (см. рис. III.10,

III.11), то чтобы предупредить появ­ ление ложной информации, со схемы полностью снимают напряжение пи­ тания до момента, пока уровень на­ пряжения не войдет в допустимые пределы. При этом время реагирования или отключения напряжения питания должно быть существенно меньше ми­ нимально возможного времени ложного срабатывания

г= 0,5Г К Чдр

К„

Рассмотрим другой случай появления ложной информации в логи­ ческих схемах — случай самопроизвольного выключения схем па­ мяти. Выключение памяти исходя из условий ее работы возможно только при протекании тока по запрещающим обмоткам ее элементов. Следовательно, при самопроизвольном выключении памяти созда­ ются условия, при которых возникает ложный сигнал, ток кото­ рого достаточен для размагничивания одного из сердечников памяти. Появление подобного сигнала может происходить в двух случаях: в цепях инверторов при повышении напряжения питания (этот слу­

случае возможно последовательное во времени прохождение двух однополярных полупериодов напряжения питания.

В течение первого из этих полупериодов поток в сердечниках элементов достигает своего максимального значения (насыщения) и во время действия второго полупериода увеличиваться (изме­ няться) не может. Очевидно, что на выходе элементов, для которых эти полупериоды являются рабочими, появится сигнал, так как сердечник не перемагничивается. Этот сигнал действует только

101

в течение одного второго полупериода и является ложным. Поступая на вход последующих элементов, выполненных по схеме повторителя, и разрывая цепи обмоток управления, ложные сигналы не оказы­ вают никакого влияния на состояние сердечников этих элементов. Сердечники уже успели перемагнититься по цепи управления в тече­ ние первого из рассматриваемых полупериодов, и в течение второго их состояние не меняется и информация не искажается.

На входные цепи инверторов и на обмотки запрета элементов М104 и М105, выполненных по такому же принципу, ложный сигнал оказывает существенное влияние, так как под действием его сер­ дечники таких элементов успевают частично или полностью пере­ магнититься в состояние —Ф5. Таким образом, если в элементах была записана информация, то этим однополупериодпым импульсом она сотрется, память разблокируется. Подобное стирание инфор­ мации в памяти возможно, если

сохранения информации в схемах памяти могут быть использованы различные решения. Одним из таких путей является установка до­ полнительных сопротивлений в цепи обмотки запрета и в цепи управ­ ления инвертора. При этом значительно снижается вероятность выключения схем памяти при перерывах в электропитании. Именно для того и устанавливаются резисторы в элементах типа «Логика М». Однако, пользуясь выражениями (III.13), (III.14), можно показать, что такое решение не обеспечивает полной гарантии от самопроизволь­ ного выключения памяти, так как для элементов «Логика М» посто­ янная С < 2 . Это вызвано тем, что величина входного сопротивле­ ния должна быть ограничена, чтобы схемы нормально функциони­ ровали в рабочем диапазоне напряжения питания, иначе схему памяти невозможно выключить.

Лучшим решением для предотвращения схем памяти от само­ произвольного выключения при значительных изменениях напря­ жения питания следует считать такое, при котором стабилизируется вольт-секундная площадь каждого полупериода напряжения питания логических элементов, так как величина изменения потока в сердеч­ никах пропорциональна именно этой площади. В случае необхо­ димости такую стабилизацию можно применять для всей системы управления, используя трансформатор питания с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Однако это экономи­ чески невыгодно, так как теряется мощность на балластном резисторе (активном или реактивном). Более целесообразно стабилизирован-

102

иым напряжением питать цепи обмоток запрета и управления инвер­ торов схем памяти.

Следует отметить, что серия «Логика М», специально предназна­ ченная для схем управления промышленными объектами, обладает рядом достоинств.

1.Комплектность. Эта серия включает (см. табл. III.2) девять логических элементов, выполняющих разные логические функции; пять вспомогательных элементов, в том числе два типа временных задержек сигнала на 0,5—10 и 3—100 сек; семь полупроводниковых усилителей, охватывающих диапазон мощностей от 2 до 90 вт, и во­ семь магнитных усилителей с выходной мощностью от 5 до 550 вт.

2.Высокая нагрузочная способность элементов (см. табл. III.5).

3.Большой диапазон допустимых температур окружающей среды:

от —40 до +65° G.

4. Использование стандартной сети промышленной частоты с напряжением 220 в (с последующей трансформацией).

5. Большой допустимый диапазон изменения напряжения пита­ ния: а) от —15 до +10% от номинального при динамической устой­ чивости элементов, т. е. в случае, когда одиночный импульс проходит

элементов, когда еще не происходит искажения информации в замкну­ тых цепях — схемах памяти.

6. Сохранение состояния схемы при исчезновении и восстановле­ нии напряжения питания (запоминание состояния), т. е. устойчи­ вость, нечувствительность к скачкам напряжения питания.

7.Высокая помехозащищенность, обусловленная большим раз­ мером сердечника.

8.Влияние климатических факторов, агрессивной среды (и т. и.) сведено к минимуму благодаря тому, что все детали элементов поме­ щены в специальный монолитный кожух.

9.Малая мощность потребления энергии одним элементом: 65—100 мвт в зависимости от наличия или отсутствия входных сигналов.

10. Высокая надежность при правильно составленных схемах. К недостаткам магнитных логических элементов серии «Логика М»

2.Необходимость синхронизации по фазе напряжений питания

ивходных сигналов элементов. Это в некоторых случаях ведет к по­ явлению дополнительных' элементов.

3.Необходимость преобразовывать род тока при резервировании питающего напряжения.

4.Сравнительно большое количество шин питающих напряжений, требующихся для нормальной работы схем, что усложняет монтаж.

Эти недостатки несущественны, и серия элементов «Логика М» является одной из наиболее перспективных с точки зрения исполь-

103

зованыя ее для систем управления газотурбинными установками на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Однако из-за необходимости навивки обмоток на сердечники магнитновентильные элементы нетехнологичны с точки зрения автоматизации их изготовления. Поэтому в настоящее время их выпуск ограничен и для использования этих элементов в системах управления тре­ буется предварительное согласование с заводом-изготовителем.

Требования к выходным усилителям

Мощность на выходах логической схемы определяется выходной мощностью каждого из составляющих ее элементов, которая даже у элементов серии «Логика М» или «Логика Т» недостаточна для приведения в действие исполнительных устройств. Поэтому команд­ ные воздействия, выработанные логической схемой, должны быть предварительно усилены. Эту роль и выполняют выходные усили­ тели, являющиеся промежуточным, но необходимым звеном системы управления.

Как известно, на выходе некоторых видов логических элементов (в частности, «Логика М») имеет место не непрерывный сигнал, а последовательность импульсов. Кроме того, у динамических логи­ ческих элементов команда подается в виде единичного кратковре­ менного импульса, между тем как на исполнительные устройства должен подаваться непрерывный сигнал до конца выполнения команды. Такое преобразование формы командного воздействия должно выполняться либо специальным устройством, либо входными каскадами выходных усилителей. Отсюда вытекают основные тре­ бования, предъявляемые к выходному усилителю: 1) усиление сиг­ нала до требуемой мощности, 2) преобразование импульсного сиг­ нала в непрерывный, 3) высокий к. и. д., 4) высокая надежность работы, 5) небольшая стоимость, 6) малые размеры.

Наилучшим образом этим требованием удовлетворяют устройства, использующие в качестве усилительных элементов транзисторы или управляемые вентили (тиристоры). Однако следует отметить, что в ряде случаев оказывается оправданным применение мощных кон­ тактных реле (табл. III.6) и контакторов. Их использование целе­ сообразно не только в контактных логических схемах, но и в неко­ торых бесконтактных устройствах управления исполнительными механизмами, в частности в исполнительных механизмах, работаю­ щих от трехфазной сети переменного тока или от источника высокого напряжения постоянного тока. В подобных устройствах применение бесконтактных выходных усилителей иногда неоправданно ввиду их повышенной сложности и стоимости.

Промышленностью выпускается большой ассортимент мощных релейно-контактных устройств, параметры которых можно найти в справочной литературе.

При использовании реле и контакторов в выходных цепях бес­ контактных систем управления из-за несоответствия выходных

104

П р и м е ч а н и е . Контакты: р — размыкающий, н—переключающий.

параметров логических элементов и параметров обмоток контакт­ ных устройств . приходится в большинстве случаев дополнительно устанавливать промежуточные усилители согласования.

Одним из отмечавшихся достоинств серийных систем бесконтакт­ ных логических элементов «Логика Т» и «Логика М», предназна­ ченных для управления промышленными объектами, является нали­ чие в этих сериях большого разнообразия типов выходных усилите­ лей, охватывающих широкий диапазон мощностей. Естественно, использование’ этих усилителей было бы желательно и в системах автоматического управления газотурбинными установками. Эти уси­ лители специально разработаны для совместной работы с указан­ ными логическими элементами; схемы их отработаны, проверены в эксплуатации, надежны, их производство поставлено серийно. Однако использование стандартных усилителей далеко не всегда возможно.

Наиболее распространенными видами нагрузки на компрессор­ ных станциях газопроводов являются цепи сигнализации, где обычно используются лампы накаливания мощностью 2 вт (напряжение 6,3 или 13,5 в), соленоиды электропневмоклапанов для управления кранами (тип ЭК-48, UH— 27 в, Рн = 55 вт), обмотки мощных реле и пускателей, применяющихся для включения различных двига­ телей, обмотки электрозвонка и сирены, соленоид гидроклапана и т. п. При подборе усилителей для подобных устройств оказывается, что даже при таком, казалось бы, широком ассортименте серийных усилителей применение их не всегда возможно по ряду причин. Одна из них заключается в том, что практически все транзисторные усилители при отсутствии сигнала управления на входе потребляют значительный ток от источника коллекторного питания (табл. II 1.7). Это объясняется тем, что транзисторы предоконечных каскадов этих усилителей находятся в режиме насыщения и по их цепям протекают значительные токи.

Если усилители питаются от выпрямительного устройства, рабо­ тающего от промышленной сети переменного напряжения, то .такое

во внимание, так как мощность потерь не велика. Однако на компрес­ сорной станции усилители обычно питаются от аккумуляторной батареи, и при этом оказывается, что только коллекторные цепи усилителей для соленоидов кранов схемы управления одного турбо­ агрегата постоянно потребляют не менее 3,75 а (из расчета по три соленоида на десяти кранах). При использовании усилителей в цепях управления пускателями и реле это значение увеличивается еще па 30—40% . Так как на компрессорной станции обычно уста­ навливается 6—10 агрегатов, то аккумуляторную батарею приходится постоянно держать в режиме подзаряда с токами порядка 30—50 а, что, естественно, неприем­ лемо.

Другая причина, препят­ ствующая использованию - транзисторных серийных усилителей для управления соленоидами кранов, заклю­ чается в несоответствии мёжду выходным напряжением усилителей, которое на 1—2 в ниже коллекторного напря­ жения питания (24 в), и но­ минальным напряжением пи­ тания электроклапанов ЭК-48 (27 в). Конечно, клапаны ЭК-48 имеют запас по сраба­ тыванию, и на них достаточно

подавать 18—20 в. Одиако следует учесть, что падение напряже­ ния в общем проводе при одновременной аварийной остановке нескольких турбоагрегатов, например при исчезновении перемен­ ного напряжения на станции, может достигать 3—5 в. Сле­ довательно, при указанных обстоятельствах напряжение на соле­ ноидах оказывается близким напряжению срабатывания, запас практически отсутствует и нельзя быть уверенным в том, что кла­ паны сработают и краны переставятся.

Применение аккумуляторной батареи только при исчезновении переменного напряжения питания также исключается. Для надеж­ ной работы схемы аккумуляторная батарея должна быть постоянно подключена к цепям выпрямленного напряжения питания усили­ телей через развязывающие диоды (рис. III.19) и ее напряжение должно быть несколько ниже выпрямленного (| Е'к | < | 2?K|, | Е 'с„ | < < |Я СМ|), чтобы она не разряжалась при наличии переменного напря­ жения. Этоприводит к еще большему уменьшению и без того недоста­ точных выходных сигналов усилителей при исчезновении перемен­ ного напряжения на компрессорной станции.

К указанным недостаткам нужно добавить, что по условиям эксплуатации серийные усилители не допускают противоположных приращений коллекторного напряжения питания Ек и напряжения

107

108

устройствах транзисторы работают не в режиме пропорциональ­ ного усиления, а по принципу «открыто—закрыто», т. е. в ключевом режиме.

Для уменьшения потерь мощности и улучшения условий работы транзисторов импульсный сигнал надо преобразовать в непрерывный и только после преобразования усиливать его по мощности до тре-

Рис. III.21. Простейшая схема, преобразующая импульсный сиг­ нал в непрерывный с помощью ЯС-фильтра (а), и диаграмма ра­ боты ключевого усилителя с ЯС-фильтром (б).

буемого значения. Таким образом, если сигнал, поступающий с выхода логического элемента, представляет собой серию дискретных импуль­ сов, как, например, у элементов «Логика М», то входные каскады транзисторного усилительного устройства должны выполнять роль сглаживающего фильтра*. Простейшая схема подобного каскада изображена на рис. III.21, а. Импульсный сигнал, поступающий от логического элемента, представлен в виде источника э. д. с. Еу.

* Этн каскады отсутствуют у усилителей, работающих совместно с эле­ ментами, выходной сигнал которых непрерывен (например, типа «Логика Т»).

109