Лекции ЭУСТ / 12-_EUST_Oper_Zaschita

Тема: Оперативная защита стабилизаторов постоянного напряжения

• Схемы и системы защиты относятся к системам автоматического управления (САР). Следовательно, это устройства с обратными связями и они содержат все элементы САР: исполнительный орган (ИО), датчик (Д), эталон контролируемого параметра (Э), усилитель управляющего воздействия (Сх. У). В схемах защиты эти функциональные элементы могут существовать отдельно или быть совмещёнными с функциональными элементами защищаемого устройства. Принципиальное отличие в том, устройства защиты СХЕМЫ, системы действуют в момент защиты, т.е. по функционированию это пороговые устройства. В стационарном режиме защищаемого устройства защиты не должны каким-либо образом влиять как на функционирование, так и на технические характеристики защищаемого устройства, например, не увеличивать объём и потери и т.п.

• Устройства защиты можно классифицировать:

- по защищаемому параметру (ток, напряжение и т.д.);

- элементы защиты полностью навесные или совмещены с элементами защищаемого устройства;

- однократного или многократного действия

(с самовозвратом)

1. Защита от перегрузки по току и тока короткого замыкания

1. Защита от перегрузки по току и тока короткого замыкания

U_СМ > U_{БЭ НАС}

Защищаемое устройство – линейный компенсационный стабилизатор постоянного напряжения.

Элементы защиты:

• исполнительный орган (ИО) совмещён с силовым транзистором регулирующего элемента (РЭ) стабилизатора;

датчик (Д) – установленный в цепи нагрузки потенциометр R, с части которого подаётся на базу транзистора Т₃ напряжение смещения U_СМ. Эталон – значение напряжения насыщения на характеристике i_Э = f (u_БЭ) Т₃. Схема формирования управления (Сх. У) – транзистор Т₃.

Работа схемы защиты

В стационарном режиме ток нагрузки не выходит за допустимые пределы и смещение на базе Т₃, снимаемое с части R мало, поэтому этот транзистор закрыт. Когда в нагрузке возникает экстраток или имеет место короткое замыкание, резко растёт смещение на базе Т₃ и транзистор насыщается. В результате база регулирующего транзистора Т₁ через переход К-Э транзистора Т₃ «садится» на «землю», т.е. потенциал базы Т₃ становится равным нулю. Транзистор Т₃ призакрывается, сопротивление перехода К-Э растёт и номинальное значение тока нагрузки восстанавливается. При снятии воздействия в нагрузке стабилизатор возвращается в стационарный режим работы

Особенности схемы защиты

• Защита с самовозвратом (многократная) – достоинство

• Транзистор Т₃ полностью не закрывается (не входит в режим отсечки) и стабилизатор не отключается от источника воздействия – недостаток

• Имеется совмещение элементов схемы защиты с элементами стабилизатора: исполнительный орган защиты одновременно регулирующий элемент – транзистор Т₃

• Имеется совмещение функций защиты: эталон и схема формирования управления – транзистор Т₃

• Потенциометр R разрывает землю и требуется дополнительное заземление - недостаток

• В стационарном режиме имеет место увеличение объёма и потерь энергии за счёт потенциометра R

2. Защита от перенапряжения на входе

Защищаемое устройство – линейный компенсационный стабилизатор постоянного напряжения.

Элементы защиты:

исполнительный орган (ИО) - предохранитель (плавкая вставка) (Пр); датчик (Д) – напряжение пробоя второго стабилитрона, установленного на выходе стабилизатора. Эталон (Э) – предельное значение тока предохранителя (Пр); Схема формирования управления (Сх. У) – цепочка RC, тиристор, сопротивление R₁

Стационарный режим

I_ВХ = I_К ≤ I_{Пр ДОП}

Эталон

Пр

Срабатывание схемы защиты

I_ВХ = I_R + I_К > I_{Пр ДОП}

I_{Пр ДОП}

Работа схемы защиты

В стационарном режиме напряжение на входе схемы стабилизатора не выходит за допустимые пределы, второй стабилитрон на выходе схемы закрыт. Закрыт и тиристор и, отсюда, входной ток I_ВХ меньше предельного тока предохранителя (плавкой вставки). При резком росте входного напряжения (перенапряжение на входе) из-за инерционности стабилизатора оно проходит на выход. Напряжение на выходе становится больше U_{Н ДОП} , пробивается второй стабилитрон и ступень напряжения величиной U_{Н ДОП} прикладывается к цепочке RC. Цепочка вырабатывает управляющий импульс, который открывает тиристор, через который начинает протекать ток I_R. При этом сумма токов (коллектора транзистора и тиристора превышает предельный ток Пр, плавкая вставка выгорает и стабилизатор отключается от источника воздействия. При снятии воздействия для продолжения работы стабилизатора необходимо снова включить предохранитель или должна быть установлена новая плавкая вставка

Особенности схемы защиты

• Защита однократная - недостаток

• Стабилизатор полностью отключается от источника воздействия – достоинство

• Все элементы схемы защиты навесные

• Нет совмещения функций защиты

• В стационарном режиме имеет место увеличение объёма и потерь энергии за счёт предохранителя Пр