Проектирование аналогового измерительного преобразователя мощности (стр. 1 из 2)

МЭИ

Кафедра

Релейной защиты

и автоматизации

энергосистем

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по курсу

Элементы автоматических устройств энергосистем

Проектирование аналогового

измерительного преобразователя мощности

Группа Э-12-94

Студент Тонких Е. В.

Консультант Овчаренко Н. И.

1997 год.

1. Задание на расчет

Выбрать и рассчитать схему аналогового измерительного преобразователя активной мощности по следующим исходным данным:

· входные напряжение и ток содержат свободные апериодическую и колебательные и принужденные гармонические составляющие кратных промышленной частот;

· допустимое время установления выходного сигнала

· допустимые частотные погрешности преобразования мощности

при

· относительная остаточная амплитуда гармонической составляющей на выходе ИПАМ

2. Способ технической реализации

Входные величины проектируемого ИПАМ, напряжение и ток, содержат помехи в виде как свободных апериодической и колебательных составляющих, так и принужденных составляющих кратных промышленной частот, допустимое время установления выходного сигнала

, поэтому указанным исходным данных соответствуют две схемы:

1. на одном интегральном перемножителе АХ с входными ZF1, ZF2 и

выходным ZF3 частотными фильтрами;

1. 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.

3.1. Расчет входных частотных фильтров

В качестве входных фильтров целесообразно применить полосовые частотные фильтры (ПЧФ) второго порядка с равноволновой амплитудно-частотной 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 фильтрах-входном 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

Амплитудно–частотная 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 (М>1 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

3.2. 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 электронно–дырочных 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.