ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИО

Функциональные элементы, применяемые в преобразующей, сравнивающей и исполнительных частях ИО, выполняются на аналоговых ИМС. В качестве такой микросхемы служат интегральные операционные усилители (ИОУ), являющиеся основным видом аналоговых микросхем, применяемых для преобразования непрерывных сигналов. Они выполняются в виде многокаскадных транзисторных усилителей постоянного тока с непосредственными (гальваническими) связями. От остальных усилителей этого типа ОУ отличаются высокой точностью преобразования входных сигналов и универсальностью применения. В релейной защите ОУ получили широкое распространение в качестве базовых элементов для построения измерительных органов РЗ.


Операционные усилители должны иметь возможно больший коэффициент усиления по напряжению КУ = UВЫХ/UBХ, очень большое сопротивление RВХ и малое выходное RВЫХ, низкий уровень внутренних помех*1 и широкую частотную полосу пропускания входных сигналов Δf, начиная с f = 0. Идеальным считается ОУ, обладающий КУ  = , RВХ = , RВЫХ = О, не имеющий погрешности преобразования, с полосой пропускания частот Δf от 0 до . В отечественной практике применяются ОУ, имеющие КУ = 5 • 104, RВХ ≈ 300 кОм, RВЫХ = 50 Ом, частотный диапазон от 0 до 103 Гц, напряжение смещения нуля UCM не больше 5-10 мВ.

Структурная схема ОУ, состоящего из трех каскадов, показана на рис.2.42, а. Входной каскад А1 выполняется по схеме дифференциального усилительного каскада, важным свойством которого является хорошая отстройка от внешних и внутренних помех. Это свойство дифференциального каскада (ДК) поясняет его упрощенная схема, приведенная на рис.2.42, б. Каскад построен по балансово-параллельной (мостовой) схеме и состоит из двух симметричных параллельных ветвей. Образующие их транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1, R2 должны иметь идентичные параметры. Входные напряжения

UBX1 и UВХ2 преобразуются транзисторами VT1 и VT2 в выходные напряжения UВЫХ1 = KУUВХ1 и UВЫХ2 – KУUВХ2.

Применение дифференциальной схемы во входном каскаде обеспечивает основные качества ОУ — точность, стабильность выходных сигналов, повышает значение входного сопротивления и благодаря наличию двух дифференциальных входов расширяет функциональные возможности ОУ.

Однако при простой схеме ДК получить КУ необходимого уровня не удается. Дополнительное усиление входных напряжений обеспечивается вторым каскадом А2. Этот каскад обычно выполняется также по схеме с ДК с двумя входами, но с одним выходом, поскольку третий каскад A3 имеет один вход.

Выходной каскад A3 предназначен для усиления мощности выходного сигнала и согласования выхода ОУ с нагрузкой, что получается за счет малого значения его RВЫХ. Этот каскад выполняется по схеме эмиттерного повторителя [13], его выход 3 (рис.2.42, а) является выходом ОУ, к которому подключается нагрузка. Имеются двухкаскадные ОУ, в которых применяются усовершенствованные схемы входного и выходного каскадов, при которых промежуточный каскад не нужен.

Конструктивно ОУ изготавливается в виде полупроводниковой монолитной ИМС. Схема ОУ содержит 30 элементов и более.

На ОУ через зажимы 4 и 5 подается питание от двух источников постоянного тока +ЕП и –ЕП (обычно ± 15) с общей нулевой шинкой, которая может заземляться, на схемах она показывается короткой жирной чертой (рис.2.43, а). Операционный усилитель имеет два входа 1 и 2, являющихся входами дифференциального каскада, и осуществляет усиление напряжения, приложенного между ними. Это напряжение обычно называется дифференциальным входным сигналом UВХ.Д, поскольку оно равно разности потенциалов входов 1 и 2:

                                                                     (2.25)

Знак выходного напряжения определяется знаком разности UВХ1UBX2. В релейных схемах ОУ часто используется и как усилитель одного входного напряжения, подаваемого на вход 1 или 2. При этом на второй вход подается нулевой сигнал, для чего он соединяется с нулевой шинкой. При подаче на вход 2 напряжения +UBX2, а на вход 1 нулевого сигнала дифференциальный входной сигнал UВХ.Д = 0 – UBX2. В этом случае

                                                                          (2.26)




Знак минус означает, что при подаче напряжения на вход 1 выходной сигнал имеет полярность, противоположную полярности входного напряжения. Поэтому вход 1 получил название инвертирующего входа (сокращенно И-вход), на релейных схемах обычно обозначается буквой И, на условном изображении ОУ И-вход обозначается знаком "–" или кружком (рис.2.43, бв).

Второй вход (2 на рис.2.43) называется неинвертирующим (Н-вход). При подаче на него напряжения +UBX1 и соединении входа 2 с нулевой шинкой на выходе ОУ появляется сигнал UBЫX = КУ(UBX1 – 0) = КУUBX1, с тем же знаком, что и у UBX1. Поступающий на вход 2 сигнал обозначается индексом "Н" (UвхН). На условном изображении ОУ (рис.2.43, а) неинвертирующий вход обозначается " + ".

Передаточная характеристика ОУ, определяющая зависимость UBЫX от значений дифференциального входного сигнала, изображена на рис.2.44 (кривая 1). Как и у любого транзисторного усилителя, характеристика ОУ имеет линейную и насыщенную (нелинейную) части.

В линейной части характеристики ОУ работает как аналоговый элемент, преобразующий непрерывный входной сигнал UBX в непрерывный выходной UBЫX = КУUBX – Наклон линейной части определяется значением КУ. В области насыщения (за точками A1 и А2) ОУ может работать в режиме переключателя (электронного ключа) при дискретном изменении входного сигнала (например, с + U'BX на –U'BX), при этом UBЫX изменяется скачком от начального +UBЫXmax до – UBЫXmax. Значение +UBЫXmax ограничивается значением напряжения источника питания и должно быть меньше последнего на 2-3 В.

Характеристика 1 показана проходящей через начало координат, что возможно только при отсутствии погрешности, обусловленной разбалансом входного каскада. При наличии погрешностей действительная характеристика будет сдвинута относительно начала координат на величину UСД0 и будет изображаться кривой 2 или 3 (рис.2.44).



Операционные усилители в большинстве случаев их применения дополняются внешними обратными связями (ОС) (рис.2.45), что позволяет выполнять ряд различных по своим функциям элементов путем выбора способа включения и параметров ОС. С помощью ОС выходной сигнал (напряжение или ток) воздействует на вход ОУ, усиливая или ослабляя значение входного сигнала UBX. Обратная связь, уменьшающая входной сигнал, называется отрицательной, а увеличивающая его – положительной. Обратная связь выполняется на пассивных элементах: резисторах либо конденсаторах (R или С). Отрицательная ОС снижает уровень помех, увеличивает линейность характеристики, повышает ее стабильность, уменьшает коэффициент усиления, расширяет линейный участок проходной характеристики ОУ, позволяет менять параметры для получения нужных функциональных элементов. В релейных схемах используется главным образом отрицательная ОС по напряжению, включаемая параллельно входу и выходу ОУ (рис.2.45, а).

Рассмотрим две простейшие типовые схемы ОУ (инвертирующего и неинвертирующего), на базе которых выполняются схемы более сложных функциональных элементов. Будем считать, что ОУ обладает идеальными параметрами, что позволяет сделать два допущения:

1) при работе ОУ в линейном режиме UВЫХ = KУUВХ, отсюда UВХ = UВЫХ/KУ, а так как у идеального ОУ КУ =, то, следовательно, UВХ =UНUИ = 0;

2) поскольку у идеального ОУ RВХ = , то при любом значении входного напряжения UВХ входной ток ОУ IВХ = UВХ/RВХ = 0.

Сопоставление выходных напряжений, рассчитанных с указанными допущениями, с точными расчетами показывает, что погрешность расчета очень мала (примерно 0,6%) и находится в допустимых пределах [34].

 

*1 Под внутренней помехой подразумевается самопроизвольное появление выходного сигнала UВЫХ.П при UBX = 0. Наличие такого сигнала искажает рабочий сигнал.

 

 

25 Август, 2011              12331              ]]>Печать]]>
0 / 0 ( Нет оценки )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы