Разработка схемы электронной защиты ТП от неправильного чередования фаз или обрыва фазы. Расчет и выбор элементов схемы электронной защиты

6. Разработка схемы электронной защиты ТП. Расчет и выбор элементов схемы электронной защиты.

Разрабатываем схему электронной защиты ТП от неправильного чередования фаз или обрыва фазы (рис. 6.1).

Подберём сопротивление R44, R45 и ёмкость С16 таким образом, чтобы для нормального чередования фаз   (10 вольт устанавливаем потенциометром RP5), а для неправильного чередования фаз .

Подбором выбираем: R44 = 270 кОм; С16 = 12 нФ; R45 = 10 кОм.

При нормальном чередовании фаз:

 - условие выполняется.

При неправильном чередовании фаз:

 - условие выполняется.

Рис. 6.1. Схема электронной защиты ТП от неправильного чередования фаз или обрыва фазы.

Примем сопротивления R40 = R41 = R42 = 130 кОм, нагрузка симметричная, следовательно, при нормальной работе потенциал в их общей точке равен нулю (U_R43 = 0), т. к. определяется уравнением   U_A + U_B + U_C = 0. Примем сопротивление R43 = 10 кОм. Предположим, что произошёл обрыв фазы А. Тогда напряжение на R43:

Принимаем R46 = R47 = 10 кОм, выбираем RP5 в 5 раз меньше R47, т.е. RP5 = 2 кОм. Сопротивления R48 = R49 = 1 кОм.

Максимальное значение напряжения: U_max = U_R45max +U_RP5 = 23,4+10 =  33,4 B.

Для защиты ОУ ставим два диода VD17 и VD18, включённых встречно-параллельно. Выбор диодов производим по прямому току и по максимальной величине обратного напряжения с коэффициентом запаса равным 2.

Выбираем по ([8], 154), из условия, что U_{обр, max} ≥ 1,8 ∙U_max= 1,8 ∙ 33,4 = 60 B, тип диода КД521А, параметры которого приведены  в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Примем такие же диоды для VD15 и VD16.

Выбираем по ([8], стр. 202) светоизлучающий диод HL1 – АЛ307Б (красный цвет излучения) и заносим его параметры в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

Принимаем сопротивление R51 = 1 кОм.

Выбираем транзистор VT5 по [9] по условию, что I_K,max ≥ 20 мА;         U_КЭ,max > k ∙ U_П = 2 ∙ 15 =30 В,  –  КТ361В и записываем его параметры в таблицу 6.3:

 Таблица 6.3

Определим значение сопротивления R53:

Принимаем R53 = 680 Ом.

Определяем ток базы транзистора VT5:

Определим значение сопротивления R52, для этого определим ток сопротивления R51:

Задаваясь значение U_{КЭ.насVT4} = 0,6 В, наконец, определим R52:

Принимаем R52 = 3,3 кОм.

Выбираем по [9] транзистор VT4 – КТ315Д и заносим его параметры в таблицу 6.4:

 Таблица 6.4

Ток коллектора транзистора VT4:

I_КЭ.VT4 = I_б,VT5 + I_R13 = 0,0005 + 0,003 = 3,5 мА.

Ток базы транзистора VT4:

Определим значение сопротивления R50:

Принимаем R50 = 30 кОм.

Падение напряжения на резисторе R53:

По [9] выбираем транзистор VT3 – КТ315Д, его параметры находятся в таблице 6.4.

Определим ток коллектора транзистора VT3, при наибольшем значении напряжения задания:

,

Ток базы транзистора VT3:

Определим значение сопротивления R57:

Принимаем R57 = 62 кОм.

Зададим R56 = 10 кОм, тогда значение сопротивления R54:

         

ПринимаемR54 = 15 кОм.

Выбираем по ([8], с.152) диод VD19 – КД503А и заносим его параметры в таблицу 6.5.

Таблица 6.5

Рассчитаем конденсатор С17:

Изменение напряжения на конденсаторе будет по зависимости:

                 

Для      U_C17(0) = 12 + A = 0;

Тогда А = – 12  В.

Напряжение заряда конденсатора должно быть в окрестности 1,75 В, тогда напряжение в точке (узле) R54 и R56 будет 0,6 В.

Тогда:   

Принимаем С17 = 20 мкФ.

Пересчитаем значение напряжения заряда:

Для уменьшения начального тока коллектора транзистора VT3 между базой и эмиттером ставим сопротивление R55 = 1 кОм.

Установка сопротивления на резисторе RP5 будет: RP = 1666 Ом.

Защита от неправильного чередования или обрыва фазы СР(Connecting Protection) выполнена на ОУ DA6.1, транзисторах VТ4 и VТ5 и конденсаторе С17.

На инвертирующий вход ОУ DA6.1 подается напряжение со схемы выделения управляющего сигнала защиты НЧФ. При нормальной работе напряже­ние в этой точке равно нулю, так как определяется уравнением U_A + +U_B + U_C = 0. На неинвертирующем входе ОУ DA6.1 отрицательное напряжение. В такой ситуации ОУ DA6.1 находится в состоянии отрицательного насыщения, транзистор VТ4 закрыт, конденсатор С17 заряжен, транзистор VТ5 также закрыт и защита не работает.

При обрыве фазы на инвертирующем входе ОУ DA6.1 появляются отрицательные полуволны неуравновешенного напряжения U_A  +U_B + U_C ≠ 0.  Усилитель переходит в состояние положительного насыщения, транзисторы VТ4 и VТ5 открываются, и срабатывает защита. Горит светодиод HL1 (СР).

Благодаря параллельно включенному конденсатору С17, за время отрицатель­ного насыщения ОУ DA6.1  напряжение на коллекторе транзистора VТ4 не успевает возрасти до уровня восстановления защиты, если неисправность сохраняется.

Защита   самовосстанавливается   при   устранении   неисправности.