|
| |
|
Слаботочка Книги 6.3. КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Мощность излучения, генерируемого светодиодом, и уровень фототока, возникающего в линейных цепях с фотоприемниками, прямо пропорциональны току электрической проводимости излучателя. Таким образом, по оптическим (бесконтактным, дистанционным) каналам можно получить вполне определенную информацию о процессах в электрических цепях, гальванически связанных с излучателем. Особенно эффективным оказывается использование светоизлучателей оптронов в качестве датчиков электрических изменений в сильноточных, высоковольтных цепях. Четкая информация о подобных изменениях важна для оперативной защиты источников и потребителей энергии от электрических перегрузок. Примеры использования светодиодных датчиков электрических процессов иллюстрируются рис. 6.12. В схеме кварцевого генератора гармонических колебаний (рис. 6.12,а) излучатель генерирует оптические сигналы, изменяющиеся синхронно с коллекторным током транзистора. Дифференциальное сопротивление постоянно открытого светодиода невелико и не оказывает существенного влияния на частоту и добротность резонансного контура. Отметим, что введение светодиода в генератор гармонических колебаний - одна из немногих технических возможностей четко и безвредно контролировать изменения тока в подобных схемах, весьма чувствительных к импедансу измерительных датчиков. Мало влияет на величину и стабильность частоты колебаний генератора (рис. 6.12,а) каскад нагрузки, гальванически развязанный с основной схемой по оптическому каналу. В качестве второго примера представим весьма несложную схему индикатора тока (рис. 6.12,6) [18]. Связь излучателя с высоковольтной электрической сетью осуществляется с помощью трансформатора, первичной обмоткой которого является сам токонесущий провод, пропущенный через отверстие тороидального сердечника. Вторичная обмотка содержит п витков (в рассматриваемом примере п=200). Поэтому ток электрической проводимости светодиода /св значительно меньше тока в сети /сети: /св=/сети/п. Максимальный уровень тока светодиода удобно ограничивать трансформатором. Если ток в сети достигает высокого (опасного для излучателя) значения, то сердечник трансфор-244 матора насыщается и ток во вторичной обмотке ограничивается на уровне, допустимом для светодиода. Диод предохраняет светодиод от электрических перегрузок в обратном направлении. Таким образом, оптронный датчик (рис. 6.12,6) может в безопасных условиях контролировать большие токи в электрической сети. В конкретном случае [18] максимальный уровень контролируемого тока сети достигал 10 А. Светодиоды успешно действуют в качестве датчиков электрического режима трехфазной сети. В схеме, представленной на рис. 6.12,е, светоизлучатели СД1... СДЗ транзисторных оптронов образуют трехфазный детектор нулевых напряжений сети [19]. Такие детекторы синхронизируют включение тиристоров в управляемых преобразователях напряжения. Каждый светодиод в схеме рис. 6.12,е соединен с четырехдиодным мостом и поэто- му реагирует на обе полярности сетевого напряжения. ) Большую часть периода светодиоды и оптически связанные с ними фототранзисторы открыты. Если, однако, напряжение между любыми двумя шинами падает до 0,7 В, ток через подключенный к этим шинам светоизлучатель прекращается. Вместе с излучателем выключает-ся связанный с ним фототранзистор и запускает ждущий [ V транзисторный мультивибратор, генерирующий импульс , «пересечение нуля». Одновременно идентифицируется фаза напряжения, изменяющего полярность. Оптроны успешно действуют в высоковольтных ста-\ билизаторах напряжения [20, 21], где они создают оптические каналы отрицательных обратных связей. Рассматриваемые стабилизаторы (рис. 6.13) относятся к устройствам последовательного типа, причем регулирующим элементом является биполярный транзистор (транзистор - в схеме рис. 6.13,а и ТЗ в схеме рис. 6.13,6), а кремниевый стабилитрон действует как источник опорного (эталонного) напряжения. Сравнивающим элементом в обоих случаях служит светодиод. Если выходное напряжение в схеме рис. б.13,а возрастает, то увеличивается и ток проводимости светодио-. да. Фототранзистор оптрона воздействует на транзистор, подавляя возможную нестабильность выходного напряжения. В схеме рис. 6.13,6 излучатель включен в эмиттерные цепи дифференциального транзисторного каскада. Потенциал базы транзистора Т1 фиксирован стабили- с в А  Сеть б) в) Рис. 6.12. Светодиодные датчики электрического тока троном. При возможном уменьшении выходного напряжения иых возрастает ток проводимости светодиода, который, воздействуя на фототранзистор, уменьшает падение напряжения на регулирующем транзисторе ТЗ. Сеть  Рис. 6.13. Стабилизаторы напряжения с контролирующими оптронами Светодиод в стабилизаторах рассматриваемого типа является технически совершенным датчиком электрических процессов. Разность потенциалов на светодиоде сравнительно невелика и мало изменяется при значительных колебаниях тока нагрузки, что положительно влияет на основные показатели качества (КПД, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление) устройства. Эффективно действуют оптроны в стабилизирующих цепях преобразователей постоянного и переменного напряжения [22, 23]. Вместе с выполнением основной своей функции - гальванической развязки входных и оконечных каскадов - оптроны успешно совмещают контроль электрических процессов в выходных цепях преобразователей.  ч Рис. 6.14. Преобразователь напряжения с оптическим каналом \) обратной связи В схеме Преобразователя напряження [23], показанной на рис. 6.14, стабилизирующая обратная связь обеспечивается по оптическому каналу светодиод - фототранзистор. В этой схеме отрицательная обратная связь замыкается На генератор, преобразующий напряжение на выходе диодного выпрямителя в сигналы иапряжения 1[1Мпульсной формы. Уверенно действуют оптронные датчики электрических перегрузок в устройствах контроля и защиты источ- пиков и потребителей электрической энергии. Представим в первую очередь несложную оптоэлектронную схему (рис. 6.15,а), которую можно использовать для контроля электрического состояния предохранителей в высоковольтных цепях [24]. В контур с предохранителем (Пр) включен светодиод, оптически связанный с фотодиодом. Транзистор Т1 выполняет функции регулятора тока; благодаря этому транзистору ток проводимости светодиода гораздо меньше тока нагрузки In-Если предохранитель исправен и проводит ток, то светодиод излучает, транзисторы Т2 и ТЗ насыщены и напряжение, поступающее на индикатор, невелико. Если цепь с предохранителем размыкается, то световой поток в оптическом канале светодиод - фотодиод угасает,
Н индикатору  к тиристору Рис. 6.15. Оптроны в цепя.х контроля электрических перегрузок транзисторы Т.? и ТЗ запираются и напряжение на инди-- каторе резко возрастает. В сообщении [24] приведены и другие оптоэлектронные схемы контроля предохранителей, представляющие практический интерес. При функционировании мощных тиристоров в импульсном режиме включения существует опасность вынужденного перехода этих приборов в режим постоянного включения, что может быть связано с неисправностью схемы управления. Возникающая в этом случае электри- ческая перегрузка по мощности приводит к разрушению тиристоров и к другим нежелательным последствиям. Простая схема защиты тиристора от электрических перегрузок подобного рода [25] строится на транзисторном оптроне (рис. 6.15,6). Схема формирует импульс для запуска тиристора каждый раз, когда сетевое напряжение пересекает нулевой уровень. Весьма важно, однако, что схема прекращает формирование импульсов запуска при неисправности почти любого ее компонента. Особенности этого фактора поясним, ориентируясь на конкретные параметры схемы рис. 6.15,6: /?! = 10кОм, /?2=15 кОм, /?з=100 Ом, /?4=33 кОм, Къ=\ кОм, С=25 мкФ; напряжение пробоя кремниевого стабилитрона Д2 -3 В; напряжение сети -120 В. Если напряжение е-а достаточно велико, то конденсатор заряжается через открытый диод Д/. Максимальная разность потенциалов на обкладках этого конденсатора ограничивается стабилитроном Д2 и не превышает 3 В; поэтому большая часть сетевого напряжения падает на резисторе RI. Транзистор закрыт, если напряжение на его базе превышает 2,3 В. Как только с уменьшением сетевого напряжения потенциал базы транзистора оказывается V , ниже этого уровня, транзистор открывается, светодиод начинает излучать и на выходе фототранзистора формируется сигнал для запуска тиристора. Этот сигнал, однако, оказывается кратковременным (длительностью „ 100 мкс), поскольку конденсатор быстро разряжается \ \ через открытый транзистор и теряет накопленный по- тенциал. Таким образом, к началу каждого нового полупериода сетевого напряжения схема на рис. 6.15,6 не имеет запасов питания, а при отказе основных компонентов (С, Д/) не может их восполнить. Очевидно, что формирование выходных импульсов прекращается и в тех случаях, если выходят из строя светодиод, транзи-"N стор или фототранзистор, резистор R2. Успешным оказывается использование оптронов в устройствах защиты вторичных источников питания [11, 26]. В заключение покажем возможности применения оптронных элементов электрического регулирования и контроля в аналоговой технике. Примером в этом плане может служить схема автоматического регулирования усиления [27], где фоторезистор оптрона включен в цепь обратной связи операционного усилителя 17-767 249 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 |
|||||||||||||||