книги из ГПНТБ / Катков, Ф. А. Телемеханика учеб. пособие

Из полученного выражения видно, что для обеспечения максимальной кратности т величина сопротивления потенциометрического датчика R должна быть также как можно большей.

Логометрнческая система с делением тока может быть выполнена и с двухпроводной линией связи, однако в этом случае для питания схемы требуется переменный ток. Система такого типа (рис. 8.4, б) состоит из потенциометрического датчика R, логометра и четырех вентилей, включенных на передающей и приемной стороне.

Когда движок потенциометра располагается внизу, то полуволны напряжения положительной полярности, проходящие через диоды Д 1; Дг и обмотку логометра шь имеют амплитуду, превышающую ампли­ туду отрицательной полярности, и ток в линии связи имеет несину­ соидальную форму. При этом среднее значение тока в катушке лого­ метра Wi больше, чем в катушке w2, так что его стрелка отклоняется в крайнее положение. При перемещении движка потенциометра вверх амплитуда полуволн напряжения положительной полярности будет уменьшаться, а амплитуда полуволн напряжения отрицательной поляр­ ности, наоборот, будет возрастать, так как сопротивления верхней и нижней ветвей схемы будут изменяться за счет изменения положения движка на потенциометре. Стрелка логометра при этом перемещается по шкале в другое крайнее положение. Рассмотренная система как и система на постоянном токе, малочувствительна к изменению напря­ жения источника питания V. Для уменьшения влияния колебаний сопротивления линии связи на точность телепередачи здесь также при­ бегают к балластированию линии путем включения дополнительных резисторов Rд.

Второй разновидностью логометрических систем являются системы с делением напряжения (рис. 8.5, а).

200

Для полной симметрии схемы в средний провод включается допол­ нительный резистор Дд = RBn (Дв„ — внутреннее сопротивление рам­ ки логометра), а линейные провода заземляются через резисторы Ry. В этом случае точки 1 и 2 будут точками равного потенциала и могут быть соединены.

От принципиальной схемы перейдем к эквивалентной (рис. 8.5, б), которую легко рассчитать методом наложения. Рассмотрим первый контур (рис. 8.5, ö). Эквивалентное сопротивление нижней ветви опре­ деляется выражением

Из полученного выражения видно, что показания логометра в сим­ метричной схеме не зависят от колебаний напряжения источника пи­ тания U и от изменения сопротивления линии связи. Однако такой схеме присуща погрешность, вызванная тем, что величина сопротив­ ления и величина напряжения, снимаемая с потенциометрического дат­ чика, делятся в разных отношениях. Для уменьшения этой погрешно­ сти сопротивление датчика R необходимо выбирать как можно меньше.

201

Небалансные токовые системы. Принцип построения токовой систе­ мы телеизмерения удобно продемонстрировать на простейшей схеме, показанной на рис. 8.6, которая состоит из потенциометрического дат­ чика R (ось его связана с подвижной системой первичного измеритель­ ного прибора ПИ), линии связи, миллиамперметра и балластного со­ противления R6, включенного последовательно с сопротивлением ли­ нии R„. Если предположить, что линия не имеет утечек и R6 + R„ ^ ^ R, то, пренебрегая внутренним сопротивлением миллиамперметра, можно записать

движка потенциометра; к — коэффициент пропорциональности), то вы­ ражение (8.28) принимает вид

единительных проводах линии. Непостоянство утечки оказывает су­ щественное влияние на дальность телеметрической связи в небаланс­ ных токовых системах телеизмерения (гл. 6, § 6.4), причем следует отметить, что скомпенсировать погрешность, вызванную колебанием

сопротивления изоляции, нельзя.

К классу небалансных систем относятся также выпрямительные си­ стемы, которые достаточно широко распространены в энергосистемах и используются при телеизмерениях переменного напряжения, тока и мощности. Схема такой системы для телеизмерения напряжения изо­ бражена на рис. 8.7, а. Она состоит из вспомогательного трансформа­ тора напряжения ВТНі с двумя вторичными обмотками I и II, вспомо­ гательного трансформатора напряжения ВТНг, диодов Ді Дз, цепочки C2R2, фильтра CtR6, регулировочного резистора R u линии

связи ЛС и приемного прибора ПП.

Так как при измерении напряжения необходимо контролировать его значение в пределах 70—120% от номинала, в схеме предусмотрено сжатие начального участка шкалы приемного прибора и расширение

ее остального участка.

Система работает следующим образом. Измеряемое переменное на­ пряжение и подается на первичную обмотку вспомогательного транс-

202

форматора напряжения BTHj. Вторичная обмотка этого трансфор­ матора I питает вспомогательный трансформатор напряжения ВТН2, работающий в режиме насыщения. Напряжение со вторичной обмотки IIBTHj подводится к цепочке C2R2■Таким образом с выхода ВТН2 и с резистора R2 снимаются два напряжения: напряжение Uь имеющее нелинейную зависимость от U, и напряжение 0 2, линейно меняющее­ ся при изменении U.

Эти напряжения выпрямляются диодами Ді, Д2 и встречно подают­ ся к точкам 1 и 2. Напряжение Uі минусом приложено к аноду диода Д3,

Рис. 8.7. Схемы выпрямительных систем телеизмерения:

а — н а п р я ж е н и я о д и а г р а м м о й н а п р я ж е н и й (б ); в — т о к а .

причем на начальном участке | | > | U2 | (рис. 8.7, б), так что диод Дз будет заперт. При увеличении контролируемого напряжения U на­ пряжение U2 растет быстрее, чем Ui, и с некоторого момента времени превышает значение U±. При этом диод Дз начинает пропускать ток в линию связи. Резистор Ri служит для установки нуля приемного при­ бора ПП. Цепочка C2R2, включена для уменьшения частотной погреш­ ности. Балластный резистор R6 и конденсатор С4 образуют сглаживаю­ щий фильтр.

На рис. 8.7, в изображена выпрямительная система для телеизме­ рения тока. Она состоит из вспомогательного трансформатора тока ВТ, двухполупериодного выпрямителя, собранного на диодах Д і и Д2, шун­ та Rm, регулировочного резистора Ri, фильтра R6C, линии связи ЛС и приемного прибора ПП. _

Так как первичная обмотка вспомогательного трансформатора тока подключена к трансформатору тока ТТ, то напряжение 0, а следова­ тельно, и ток в линии связи ЛС пропорциональны току в контролируе­ мой цепи. Одним из источников погрешностей такой системы телеиз­ мерения является непостоянство прямого и обратного сопротивлений диодов при изменении температуры окружающей среды. Для уменьше­ ния этой погрешности в схему включен шунт Rm, выполненный из

203

материала с положительным температурным коэффициентом. При сни­ жении температуры коэффициент выпрямления растет, выпрямленное напряжение U увеличивается, но одновременно уменьшается и сопро­ тивление Rm. Поэтому ток в линии связи практически остается неиз­ менным. Аналогичного эффекта можно добиться, если диоды Д! и Д2 будут кремниевые.

Система для телеизмерения тока должна быть защищена от коротких замыканий в контролируемой цепи, ибо в этом случае напряжение U может сильно возрасти и вывести из строя всю аппаратуру и линию

Рис. 8.8. Схема выпрямительной системы телеизмерения мощности.

связи. Эта защита обеспечивается путем выбора такого магнитопрово­ да вспомогательного трансформатора, чтобы при токах, в два-три раза превышающих номинальный, происходило насыщение магннтопровода. Тогда даже при наличии коротких замыканий в контролируемой цепи напряжение на выходной обмотке вспомогательного трансформатора будет изменяться незначительно.

Выпрямительные системы телеизменения обладают относительной погрешностью порядка 2—2,5% и дальностью действия по кабельным линиям связи, до 30 км, по воздушным — до 10 км. Разница в дально­ сти объясняется в основном значительными колебаниями сопротивле­ ния изоляции воздушных линий, в то время как у кабельных линий сопротивление изоляции изменяется мало.

На рис. 8.8 изображена схема выпрямительной системы телеизме­ рения мощности, основным элементом которой является статический преобразователь контролируемой мощности в величину постоянного тока или напряжения.

Принцип работы статического преобразователя подробно описыва­ ется в гл. 7 (§ 7.3), поэтому здесь мы остановимся на его принципиаль­ ной схеме, которая состоит из вспомогательных трансформаторов напряжения ВТН и тока ВТТ,дросселей насыщения Др4 и Др2,трансфор­ маторов Трі и Тр2, диода Д, нагрузочных резисторов Д4 и Rb, балласт­ ного резистора R6, линии связи ЛС и приемного прибора ПП. В свя­ зи с тем, что первичная обмотка трансформатора ВТН имеет большое индуктивное сопротивление, что может вызвать дополнительный сдвиг фазы между напряжением и током, подводимыми к преобразователю, последовательно с ней включен большой по величине резистор Д„.

204

Включение этого резистора превращает цепь первичной обмотки трансформатора ВТН почти в чисто активное сопротивление. При этом появление дополнительного сдвига фазы практически исключа­ ется и возможность возникновения дополнительной погрешности преобразования, вызванной несоответствием фазы между током и напряжением в контролируемой цепи и на входе статического преобра­ зователя уменьшается.

Одним из основных элементов схемы являются дроссели насыщения Дрь Дрг и резисторы Rs, последовательное включение которых обеспе­ чивает квадратичную характеристику, необходимую для правильной

работы системы. Элементы Ri и С4 введены в верхний и нижний контуры для уменьшения погрешности системы за счет колебания частоты в контролируемой цепи. Резистор Д2 является нагрузкой для вспомога­ тельного трансформатора тока ВТТ.

Суммирование напряжений и возведение в квадрат производится в верхнем контуре преобразователя, а вычитание их и возведение в квадрат — в нижнем контуре. С помощью трансформаторов Трі и Тр2,

лучается напряжение, пропорциональное контролируемой мощности. Как и во всех выпрямительных небалансных системах телеизмерения, последовательно с линией связи ЛС включен балансный резистор R6r который вместе с конденсатором С2 образует сглаживающий фильтр. Рассмотренная система телеизмерения мощности имеет относительную погрешность ±2,5% при токе в линии связи с сопротивлением 4 ком до 1 ма. Мощность, потребляемая токовой цепью, равна 1,5 ва, а цепью

напряжения — 2 ва.

Индукционно-выпрямительная система. Основным элементом этой системы является индукционный преобразователь ИП, рамка которо­ го жестко связана с осью первичного измерительного прибора ПИ (рис. 8.9). В зависимости от типа первичного измерителя система мо­ жет быть использована для телепередачи различных электрических и неэлектрических величин. Принцип работы системы заключается в том, что индукционный датчик преобразует угол поворота первичного измерителя а в значение переменного напряжения, которое выпрямля­ ется сначала выпрямителем В, а затем прикладывается к линии связи ЛС. На приемной стороне миллиамперметр фиксирует значение по­ стоянного тока, пропорциональное контролируемому параметру. Для уменьшения влияния непостоянства переменного напряжения на ра­ боту индукционного преобразователя последний подключается к сети

205

через стабилизатор напряжения СН. Индукционно-выпрямительная система телеизмерения обладает относительной погрешностью ±3% при сопротивлении линии связи ЛС, равном 3000 ом.

Балансная токовая система. Схема этой системы состоит из первич­ ного измерительного прибора ПИ, компенсационного устройства КУ и электронного регулятора тока, собранного на лампе Л (рис. 8.10). Принцип работы системы заключается в том, что путем автоматиче­ ского регулирования тока I в линии связи ЛС поддерживается градуи-

Рис. 8.10. Схема балансной токовой системы телеизмерения с компенсацией временных моментов.

ровочная зависимость между контролируемым параметром А и током I. Рассмотрим более подробно работу схемы.

Первичный измерительный прибор ПИ связан с компенсационным магнитоэлектрическим устройством КУ при помощи вспомогательной пружины ВП; поэтому при повороте подвижной системы ПИ на неко­ торый угол а поворачивается и рамка Р, увлекая за собой подвижную диафрагму Дф. По мере отклонения диафрагмы световой поток от ис­ точника света ИС, попадающий на фотоэлемент ФЭ, все время увеличи­ вается. Если в исходном состоянии лампа Л і была заперта отрица­ тельным смещением ІІСМ, то при увеличении тока фотоэлемента воз­ растает и положительное смещение на резисторе Rc. Лампа при этом открывается и ее анодный ток начинает расти. Возрастание анодного тока приводит к появлению вращающего момента в компенсационном устройстве КУ, который с ростом анодного тока, также растет. Когда вращающий момент компенсатора Мку и момент создаваемый первич­ ным измерительным прибором станут равными, в системе установится статическое равновесие, при котором ток в линии связи ЛС будет со­ ответствовать углу закручивания подвижной системы а.

Строго говоря, следует учитывать также момент М'пп, создаваемый вспомогательной пружинкой ВП' и направленный в ту же сторону, что и Мп„. Эту пружину устанавливают в системе для того, чтобы поддер­ жать начальное значение тока при а = 0 и Мпи = 0 с целью обеспе­ чения контроля работоспособности линии связи и системы в целом.

206

С учетом сказанного для режима статического равновесия можно записать:

Момент /Ипн, создаваемый первичным измерительным прибором, пропорционален углу поворота его подвижной системы а, т. е.

где кпр — коэффициент пропорциональности.

Момент Мку, создаваемый компенсатором, пропорционален току в

где кі — коэффициент пропорциональности.

После подстановки значений (8.31) и (8.32) в формулу (8.30) полу­

Из полученного выражения видно, что ток в линии связи равен сум­ ме двух токов: начальному току / 0 и току, величина которого зависит от значения контролируемого параметра. При а = 0, имеем / = / 0.

Преимущество балансной системы телеизмерения в сравнении с не­ балансной состоит в том, что значение тока в ее линии связи практиче­ ски не зависит от сопротивления линии и от напряжения источника пи­ тания. Действительно, при увеличении сопротивления линии, или при уменьшении напряжения питания ток / начинает уменьшаться, но так как момент Мпи остается неизменным, а момент Мку падает, равновесие моментов нарушается. Подвижная система ПИ перемещается до тех пор, пока не восстановится равновесие, при котором ток в линии будет равен прежнему значению. Благодаря саморегулированию линию свя­ зи у балансных систем не балластируют. При резких изменениях конт­ ролируемого параметра в регуляторе могут возникнуть незатухающие колебания. Для их демпфирования в схему включены конденсатор С и дроссель Др. Относительная погрешность системы телеизмерения, включая погрешность приемного прибора ПП, составляет ±1,5% . Эта величина дана без учета утечек в линии, которые не устраняются регу­

лятором тока.

Балансная система с компенсацией напряжений. Принцип работы этой системы заключается в компенсации напряжения, пропорциональ­

207

Система (рис. 8.11) состоит из индукционного датчика ИП, преобра­ зующего угол поворота первичного измерительного прибора ГШ в пе­ ременное напряжение ІІЛ, которое после усиления и детектирования поступает в линию связи ЛС. Напряжение обратной связи t/oc сни­ мается с резистора Roc, подключенного между выходом усилителя и детектором.

Рис. 8.11. Схема балансной токовой системы телеизмерения с компенсацией напряжений.

Для такой системы можно записать, что ток в линии без учета внут­ реннего сопротивления приемного прибора ПП равен

так как ІІЛ и t/oc включены в противофазе. С учетом последнего выра­ жения соотношение (8.37) принимает вид

208

ние непостоянства сопротивления линии связи R„ можно увеличив значение произведения кус Roz, т. е. выбрав коэффициент усиления уси­ лителя по возможности большим.

Компенсационные системы напряжения. Принцип построения ком­ пенсационных телеизмерительных систем напряжения ничем не отли­ чается от компенсационного метода измерения напряжений. Разница заключается лишь в том, что между контролируемым напряжением и компенсатором здесь включена линия связи. Схема такой системы (рис. 8.12) состоит из передающего устройства, преобразующего из­ меряемый параметр в постоянное напряжение, линии связи ЛС и при-

Рис. 8.12. Схема компенсационной телеизмерительной системы напряжения.

емного компенсационного устройства. В качестве передатчика в дан­ ной системе используется тепловой статический преобразователь мощ­ ности. Основным его элементом является две батареи термопар еТі и ет, с обогревателями Ri и R2. К контролируемой цепи схема подклю­ чается через трансформатор тока ТТ и трансформатор напряжения ТН.

Ток / 1, протекающий по обогревателю R t равен сумме двух токов, один из которых пропорционален напряжению в контролируемой сети U, а другой составляет половинное значение тока, даваемое ТТ:

Ток / 2, протекающий по обогревателю R2, соответственно равен

Поскольку э. д. с. термопары прямо пропорциональна квадрату силы тока, который протекает через обогреватель, то для первой ба­ тареи

а для второй батареи

Так как батареи термопар включены встречно, э. д. с. на выходе передающего устройства будет определяться разностью ет, и еТі, т. е.

евых = А , — ет, = коЯі ( М + 0,5t)2 — к2Я2 {kjii — 0,5t)2. (8.48)

На практике схема обычно симметрична, так что Ri = Rz = R и

20Ö