Описание лабораторной установки

На лабораторном стенде расположены исследуемые схемы. Точки соединения и контрольные точки выведены в виде штырьков с номерами. Питание на стенд подаётся путём подключения специального разъёма. Значения сопротивлений и емкостей написаны рядом с соответствующими элементами.

При работе со стендом необходимо соблюдать следующие правила:

• отключать питание от стенда при сборке и разборке схемы;

• стенд должен стоять на столе и под ним ничего не должно лежать;

• регуляторы переменных резисторов вращать только отвёрткой.

Дополнительно к стенду требуются: цифровой вольтметр, электронный секундомер Ф209, ручной секундомер и осциллограф.

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему органа выдержки времени с независимой характеристикой срабатывания (рис. 3.2). Для этого соедините точки 10,5 и 11,6.

2. Установите резистор в среднее положение. Подключите цифровой вольтметр к точкам 11 и 4.

3. Приготовьте ручной секундомер, например, в сотовом телефоне. Подайте питание на стенд.

4. Сымитируйте срабатывание пускового органа, нажав кнопку и не отпуская её. Одновременно с моментом нажатия кнопки запустите секундомер.

5. В момент начала свечения светодиода остановите секундомер. Запишите полученное время срабатывания реле.

6. Повторите п. 4 ещё три раза. Рассчитайте среднее время срабатывания реле.

7. С помощью вольтметра зафиксируйте напряжение, при котором происходит срабатывание реле.

8. Слегка измените положение резистора и повторите п. 7.

9. Закоротите резистор , соединив точки 12,13.

10. Повторите пункты 4…8. Объясните полученные результаты.

11. Отключите питание от стенда. Разберите схему.

12. Соберите схему органа выдержки времени с зависимой характеристикой срабатывания (рис. 3.3). Для этого соедините точки 1,3 и 7,6.

13. Регулятор резистора установите в крайнее левое положение. Подключите цифровой вольтметр к точке 4 и выходу функционального преобразователя (напряжение ).

14. Подайте питание на стенд.

15. Медленно вращая регулятор резистора , зафиксируйте появление отрицательного напряжения . Это момент равенства входного напряжения и опорного напряжения . Измерьте и запишите входное напряжение, то есть значение .

16. Медленно увеличивая входное напряжение, снимите экспериментальную передаточную характеристику функционального преобразователя, то есть зависимость ( ), записав не менее 8 значений. Следите, чтобы напряжение не достигло максимального значения -12 В. Постройте полученную характеристику и найдите на ней области излома (см. рис. 3.4).

17. Рассчитайте и постройте на одном графике с экспериментальной теоретическую передаточную характеристику функционального преобразователя, воспользовавшись формулой:

,

приняв кратность от 1 до 10.

18. Подключите осциллограф к точкам 4,7, установив его на малую развёртку (точка медленно движется по экрану).

19. Сымитируйте срабатывание пускового органа, нажав и отпустив кнопку .

20. По следу, оставляемому движущейся точкой на экране осциллографа, зарисуйте осциллограмму напряжения на выходе интегратора.

21. Повторите п. 20 для трёх разных значений напряжения .

22. Отключите питание от стенда.

23. Подключите два белых провода прибора Ф209 к точке 5 и напряжению «-15 В». Два чёрных провода подключите к точкам 8,9. Переключатель «Режим работы» установите в положение «4». Ручку переключателя «Пуск» установите в верхнее положение.

24. Включите прибор Ф209 и подайте питание на стенд.

25. Нажмите кнопку «Сброс» на приборе Ф209.

26. Переведите ручку переключателя «Пуск» в нижнее положение и дождитесь срабатывания схемы. При этом отсчёт времени на экране прибора должен прекратиться.

27. Чтобы подготовить прибор Ф209 к новому измерению, нужно перевести ручку переключателя «Пуск» в верхнее положение и нажать кнопку «Сброс».

28. Снимите зависимость времени срабатывания реле от входного напряжения (не менее 8 значений).

29. Соедините перемычкой параллельно резисторы и .

30. Повторите п. 28. Объясните полученные результаты.

31. Отключите питание от стенда. Разберите схему.

Содержание отчёта

Названия и чертежи всех исследуемых схем и результатов измерений и расчётов по ним, а также требуемые выводы. Осциллограммы приводить на клетчатой бумаге с указанием осей и масштабов.

Контрольные вопросы

1. Время-токовые характеристики срабатывания максимальных токовых защит.

2. Принципы работы органа выдержки времени с независимой характеристикой срабатывания.

3. Принципы работы органа выдержки времени с зависимой характеристикой срабатывания.

4. Осциллограммы работы органа выдержки времени с зависимой характеристикой срабатывания.

Литература [1], [2]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование измерительных органов реле направления мощности

Цель работы: Изучить принципы работы электронных узлов, выполняющих функцию реле направления мощности.

Краткие теоретические сведения

Реле направления мощности – это реле, реагирующее на фазовый сдвиг между током и напряжением, подаваемых на его входные цепи. Этот фазовый сдвиг зависит от направления полной мощности в линии.

Угловая характеристика срабатывания реле направления мощности приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1

Угловой диапазон срабатывания и возврата реле направления мощности составляет 180º. Если полная мощность направлена от линии к шинам питания, то реле не действует, и его контакты разомкнуты. Если мощность направлена от шин в линию, то реле срабатывает, замыкая свои контакты. Для исключения дребезга на границе срабатывания реле имеет некоторую зону переключения, обусловленную коэффициентом возврата реле, который должен быть не менее 0,85. Линия, разбивающая пополам зону переключения реле, называется линией нулевой чувствительности (л.н.ч.). Линия, разбивающая пополам зону действия реле, называется линией максимальной чувствительности (л.м.ч.). Угол между этой линией и 0º называется углом максимальной чувствительности . На рис. 4.1 .

Измерительные органы микроэлектронных реле направления мощности работают по принципу сравнения знаков полуволн двух напряжений и , одно из которых пропорционально току в линии, а второе – напряжению.

Схема измерительного органа, реагирующая на совпадение входных напряжений одного знака, приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2

На операционных усилителях , и резисторах … реализованы формирователи прямоугольных импульсов из входных синусоидальных напряжений и . Импульсы формируются по переходам синусоид через ноль.

Полученные импульсы поступают на входы блока сравнения знаков, выполненном на операционном усилителе , включенном по схеме компаратора, диодном мосте … , и резисторах … .

С помощью резисторов , импульсы суммируются в точке « ». Если импульсы имеют разные знаки, то в точке « » напряжение будет равно нулю. При этом все диоды … будут открыты от источников питания +15 В и -15 В через резисторы , . Потенциал в точке « » будет больше, чем потенциал в точке « », и на выходе компаратора появится напряжение насыщения положительного знака.

Если входные импульсы имеют одинаковые знаки, то напряжение в точке « » отличается от нуля, и диоды … работают как диодный мост. При этом потенциал в точке « » будет меньше, чем потенциал в точке « », и на выходе компаратора будет напряжение насыщения отрицательного знака.

Таким образом, на выходе компаратора появляются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между напряжениями и .

Интегрирующая цепь , выделяет среднее значение сигнала, приходящего с выхода компаратора. В результате на конденсаторе формируется пульсирующее напряжение, поступающее на вход триггера Шмитта, собранного на операционном усилителе и резисторах , .

Триггер Шмитта переключается, если напряжение на конденсаторе меняет знак, что соответствует фазовому сдвигу между напряжениями и , равному 90º. То есть в данной схеме линия нулевой чувствительности проходит через оси 90º и 270º на угловой характеристике.

Сигнал с выхода триггера Шмитта поступает на электронный ключ, собранный на транзисторе и элементах , , и управляющий светодиодом . Если светодиод светится – это соответствует срабатыванию измерительного органа, если не светится - возврату.

Схема измерительного органа, реагирующая на совпадение входных напряжений противоположного знака, приведена на рис. 4.3. Она отличается от схемы рис. 4.2 блоком сравнения знаков, выполненном на операционном усилителе , включенном по схеме компаратора, диодном мосте … , диодах , и резисторах … .

Прямоугольные импульсы с выходов , подаются на оба входа диодного моста … . Если знаки импульсов совпадают, то входное напряжение диодного моста равно нулю, и мост не работает. При этом все диоды … будут открыты от источников питания +15 В и -15 В через резисторы , . Потенциал в точке « » будет больше, чем потенциал в точке « », и на выходе компаратора появится напряжение насыщения положительного знака.

Рис. 4.3

Если входные импульсы имеют разные знаки, то диоды … работают как диодный мост. При этом потенциал в точке « » будет меньше, чем потенциал в точке « », и на выходе компаратора будет напряжение насыщения отрицательного знака. Диоды , создают путь для протекания выходных токов диодного моста.

Далее измерительный орган работает аналогично схеме рис. 4.2.

Схема измерительного органа реле направления мощности, реализованная на логических элементах, приведена на рис. 4.4.

Входные напряжения и поступают на входы формирователей прямоугольных импульсов, собранных на транзисторах , и элементах … , , .

Импульсы с коллектора транзистора поступают на вход формирователя коротких импульсов, собранного на логических элементах И-НЕ , и элементах , , . По каждому фронту входного импульса формируется короткий импульс.

На логических элементах , , , , собран D – триггер. На его вход записи приходят короткие импульсы с выхода , а на вход данных – импульсы с коллектора транзистора . Если в момент прихода короткого импульса на входе данных напряжение питания, то на выход триггера записывается логическая «1». Если же на входе данных напряжение, равное нулю, то на выход триггера записывается логический «0». Так осуществляется сравнение знаков напряжений и .

Рис. 4.4

Напряжение с выхода элемента через электронный ключ управляет светодиодом. В данной схеме линия нулевой чувствительности проходит через оси 0º и 180º на угловой характеристике.