Основными достоинствами преобразователя ДУС-1 перед существующими преобразователями являются; возможность его использования практически для всех новых типов паровых турбин, выпускаемых ПО «Харьковский турбинный завод», независимо от диаметра их выходного вала (или внешнего диаметра составной шестерни); возможность отбора с выхода преобразователя достаточно большой активной мощности [1]; малое искажение синусоидальной формы выходного сигнала вследствие отсутствия в нем четных гармоник и сильного ослабления нечетных гармоник, достигаемое путем выбора параметров цепи статора, а не профилированием зубцов ротора.
Преобразователь частоты электрического сигнала в унифицированный сигнал постоянного тока предназначен для совместной работы с датчиком угловой скорости вращения ротора турбины в централизованной системе управления и контроля турбин. Комплект датчика ДУС-1 и преобразователя ПЧПТ позволяет преобразовать информацию об угловой скорости вращения ротора турбины в унифицированный токовый сигнал, пригодный для использования в ЭЦВМ, в регистрирующих (указывающих) устройствах общепромышленного назначения, а также в блоках автоматики.
Преобразователь частоты в унифицированный токовый сигнал типа ПЧПТ-1 относится к аналоговой ветви преобразователей и состоит из конденсаторного преобразователя частоты электрического сигнала в среднее значение тока заряда конденсаторов; следящего усилителя постоянного тока со статическим уравновешиванием [3]; стабилизированного источника питания.
Принципиальная схема преобразователя типа ПЧПТ-1 представлена на рис. 2. Конденсаторный преобразователь частоты включает в себя входной трансформатор 7\, в первичной обмотке которого установлена схема ограничения входного напряжения, собранная на стабилятронах Уг, У2 и резисторах 4, 2; преобразователь частоты в пульсирующий ток, собранный на транзисторах У3, У&, конденсаторах Сг и С2, проволочном резисторе ^3.
Следящий усилитель постоянного тока имеет на входе активный фильтр пульсации, собранный на микросхеме Аг типа 1УТ401Б, конденсаторах С3, С4 и резисторе ^б. Схема следящего усилителя состоит из операционного усилителя Л2, собранного на микросхеме К816УД1Г, и выходного усилителя мощности К6, собранного на транзисторе КТ342А с нагрузкой в коллекторной цепи и сопротивлениями обратной связи и в эмиттерной цепи. В коллекторной цепи усилителя мощности последовательно с нагрузкой включены потенциометры и предназначенные для регулировки порогов срабатывания токовых реле сигнализации.
Схема работает следующим образом: сигнал с преобразователя угловой скорости типа ДУС-1 поступает через клеммы 3 и 4 на схему ограничения напряжения входного сигнала. Ограниченный по амплитуде входной сигнал подается на первичную обмотку входного трансформатора Тх Вторичные обмотки трансформатора 7\ подключены к входам транзисторов У3 и У4 таким образом, что подаваемые на их входы сигналы сдвинуты по фазе на 180°. В связи с этим транзисторы У3 и У4 открываются поочередно напряжением измеряемой частоты [4]. Если открыт транзистор У3 (транзистор У& в это время закрыт), то заряжается конденсатор С2 (в это время конденсатор Сх разряжается через переход коллектор — эмиттер транзистора УА). В следующий полупериод происходит зарядка конденсатора Сг и разрядка конденсатора Са через открытый переход коллектор — эмиттер транзистора У4. Зарядные токи конденсатора Сг и С2 поочередно протекают через резистор #3, изменяясь по экспоненте.
Выражение для среднего тока /с, протекающего через резистор Я3, имеет вид, где Сг = С2 = С — емкость конденсаторов схемы; II — напряжение, приложенное к цепи заряда конденсатора; / — частота входного сигнала.
Протекая по резистору Я3, токи зарядов конденсаторов создают на нем падение напряжения, равное.
Однополярное напряжение Цв состоит из постоянной составляющей и напряжения пульсаций. Для ослабления напряжения пульсаций они подаются на вход активного фильтра пульсаций. Пульсации напряжения через резистор и конденсатор С3 подаются на вход операционного усилителя Аг. Выход операционного усилителя Л, соединен с выходом фильтра через конденсатор С4. Применение операционного усилителя эквивалентно включению емкости, равной СЭкВ = С4Х Х(1-}-1Сф), где Кф—коэффициент преобразования фильтра. После ослабления пульсаций сглаженное напряжение поступает на вход (клеммы 5 ... 14 микросхемы Л2) следящего усилителя статического уравновешивания.
Операционный усилитель постоянного тока, собранный на микросхеме К816УД1Г по схеме с симметричными каскадами, предназначен для работы в качестве усилителя недокомпенсации в различных измерительных и функциональных преобразователях высокого класса точности. Напряжение недокомпенсации, подаваемое на вход 5 ... 14 микросхемы Л2, создается в результате сравнения двух напряжений: входного напряжения и падения напряжения на резисторах обратной связи (/р = /н (Я8 + Я»)- Напряжение обратной связи компенсирует напряжение Цв (после фильтра пульсаций), при этом величина напряжения не до компенсации зависит от относительной неуравновешенности, равной а = 1/(1 + 5п50б)> гДе 5п50б — добротность следящей системы. Поскольку коэффициент усиления микросхемы довольно велик, то величина а весьма мала, вследствие чего Ц ~ (/р. Выходной ток нагрузки /н, протекающий в змиттерной и коллекторной цепях усилителя, функционально связан с частотой / электрического сигнала.
Для уменьшения напряжения пульсаций в нагрузке на ее выход подключен конденсатор С8.
Технические данные преобразователя ПЧПТ» 1
Диапазон преобразования входного
сигнала, Гц............................
Выходной сигнал, Ма...............
Погрешность преобразования, %
Дополнительные погрешности, %.
при отклонении температуры окружающей среды на каждые IО °С при отклонении величины нагрузки на 30 % от номинального значения.
Номинальное значение нагрузки, кОм .
Реле сигнализации применяются в системе автоматического пуска турбин, сообщая о достижении фиксированного числа оборотов и выдавая командный сигнал на выполнение последующих операций. В качестве реле сигнализации использована типовая схема релейного двухпозиционного регулирования.
Принципиальная схема токовых реле сигнализации представлена на рис. 3. На выходе преобразователя ПЧПТ-1 установлены по два реле сигнализации, одно из которых настроено на ток срабатывания 0,55 мА (что соответствует входной частоте сигнала 400 Гц), второе — на выходной ток 4,15 мА (что соответствует входной частоте сигнала 3000 Гц). Каждое реле сигнализации состоит из входной цепи (потенциометры #6 и #7), микросхемы А± (Л2) импульсного управления типа К142ЕП1В с дополнительными элементами, выходного электромагнитного язычкового реле /(1 (/(2) типа РЭС-64Б. Токовое реле сигнализации на ток срабатывания 4,15 мА реализовано по типовой схеме [5], токовое реле на ток срабатывания 0,55 мА имеет дополнительный делитель — опорного напряжения.
Разработанный комплект внедряется с 1980 г. на турбинах К-3000-240-2 Ставропольской ГРЭС, К-Ю00-60/1500 Южно-Украинской АЭС. Выводы:
1. Разработан комплект измерительной системы частоты ротора турбины.
2. Разработан бесконтактный первичный преобразователь угловой частоты вращения ротора индукционного типа на основе созданной методики расчета систем с постоянным магнитом.
3. Изготовлены опытно-промышленные образцы первичного преобразователя, прошедшие межведомственные испытания.
4. Разработаны и прошли лабораторные испытания опытные образцы вторичных преобразователей и сигнализаторов.
5. Проведенные испытания показали соответствие разработанного комплекта техническим требованиям и его пригодность для работы в составе системы контроля, защиты и управления турбоагрегатов.