Описание лабораторной установки

Лицевая панель лабораторного стенда показана на рис. 4.5.

Рис 4.5. Внешний вид лабораторного стенда

В левой части стенда расположен электронный фазорегулятор, генерирующий два напряжения синусоидальной формы и с амплитудой около 3,5 В. Значение фазы каждого из этих напряжений можно изменять на всём угловом диапазоне с шагом 2° с помощью кнопок «Фаза+» и «Фаза−» и наблюдать эти значения на дисплее. При нажатии на кнопку «Режим» на дисплее отображаются две надписи. Первая надпись «Фаза напряжения» соответствует изменению фазы напряжения , условно пропорционального напряжению в линии электропередачи (ЛЭП). Вторая надпись «Фаза тока» соответствует изменению фазы напряжения , условно пропорционального току в ЛЭП.

В верхней части стенда изображён фрагмент схемы электроснабжения в виде трёхфазной трёхпроводной высоковольтной ЛЭП, с противоположных концов которой располагаются высоковольтные выключатели. Фазы напряжений обозначены , , .

Внутри первого выключателя расположены 4 светодиода, указывающие направления активной и реактивной мощности. Положительным считается направление от шин подстанции в ЛЭП.

Напряжение , генерируемое фазорегулятором, пропорционально линейному напряжению между фазами и , и условно формируется через измерительный трансформатор напряжения и измерительный преобразователь «напряжение − напряжение».

Напряжение , генерируемое фазорегулятором, пропорционально линейному току фазы , и условно формируется через измерительный трансформатор тока и измерительный преобразователь «ток − напряжение».

Таким образом, в лабораторном стенде имитируется девяностоградусная схема подключения ИОНМ (см. теоретическую часть).

В нижней части стенда расположены гнёзда и обозначения электронных элементов для сборки схемы, имитирующей работу ИОНМ. Эта схема приведена на рис. 4.6.

Схема работает следующим образом.

Напряжение подаётся на фазосдвигающую цепь , , реализующую внутренний фазовый сдвиг ИОНМ . Значение можно изменять вручную с помощью регулятора, выведенного на лицевую панель стенда.

Рис. 4.6. Схема, имитирующая работу измерительного органа направления мощности

С выхода фазосдвигающей цепи напряжение поступает на первый вход компаратора, реализованного на операционном усилителе . Второй вход компаратора подключен к общему проводу. Таким образом, переключение компаратора происходит при переходе входного напряжения через 0 В, и компаратор выполняет функцию формирователя прямоугольных импульсов (см. второй график на рис. 4.4). Компаратор на операционном усилителе выполняет ту же функцию для напряжения .

С выходов и прямоугольные импульсы подаются на схему сравнения, собранную на диодах − , резисторах − и компараторе на основе операционного усилителя . Схема сравнения работает следующим образом.

Если знаки напряжений с выходов и совпадают, то все диоды − открыты, и через них протекает ток по цепи: питание +15 В, , диоды, , питание −15 В. В результате положительный потенциал напряжения формируется на анодах диодов, и на выходе появляется отрицательное напряжение.

Если же знаки напряжений с выходов и не совпадают, то диоды − начинают работать как диодный мост, положительный потенциал напряжения формируется на их катодах, и на выходе появляется положительное напряжение. Сопротивления резисторов , и определяют требуемые значения тока через диодный мост.

Таким образом, на выходе образуются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между напряжением на конденсаторе и напряжением (см. третий график на рис. 4.4). Эти импульсы далее поступают на интегрирующую цепь , , выделяющую их среднее значение. При этом напряжение на конденсаторе по форме близко к постоянному напряжению.

Предпоследним элементом схемы ИОНМ является триггер Шмидта, собранный на резисторах , , и операционном усилителе . Триггер Шмидта определяет значение коэффициента возврата ИОНМ, формируя зону переключения (рис. 4.3). Ширину этой зоны можно регулировать вручную с помощью переменного резистора .

Последний элемент ИОНМ − это электронный ключ, собранный на транзисторе , резисторах , и диоде . Нагрузкой ключа является светодиод . Схема ключа работает следующим образом. Если на выходе появится положительное напряжение, то через резистор начнёт протекать ток базы транзистора, и транзистор откроется. Тогда пойдёт ток через питание +15 В, светодиод, резистор , коллектор транзистора, эмиттер транзистора и общий провод. При этом светодиод будет светиться. Если же на выходе появится отрицательное напряжение, то транзистор закроется, и светодиод погаснет.

Свечение светодиода соответствует срабатыванию ИОНМ, а погасание − возврату ИОНМ.

Питание на стенд подаётся через разъём, расположенный на задней панели.

На задней панели стенда имеются 3 переключателя, позволяющие включать и выключать напряжения питания, равные +15 В, -15 В и +5 В. Наличие этих напряжений можно контролировать по светодиодам на лицевой панели стенда.

Внимание! Во избежание выхода из строя электронных компонентов при сборке и разборке схемы, напряжения питания стенда необходимо обязательно отключать с помощью переключателей. Разъём питания нужно подсоединить в начале работы, убедившись, что переключатели находятся в положении «отключено», и затем отсоединить в конце работы.

Внимание! Перед включением все схемы должен проверить преподаватель.

Внимание! Во избежание обрыва соединительных перемычек, извлекать их из гнёзд нужно, удерживая за корпуса штырей.

Для проведения работы необходим двухканальный осциллограф.

Все измерения проводятся относительно общего провода, обозначенного символами на стенде.

Измерения осуществляются путём подключения измерительных проводов осциллографа к специальным штырькам с жёсткими выводами.