Системы телемеханики

     Способ  кодирования данных и порядок  обмена посылками обычно называют протоколом обмена. Одним из основных требований при выборе протокола является его  надежность, т.е. способность передавать данные без искажений и возможность  повторной передачи в случае сбоя.

     Аппаратура  телемеханики (обычно называемая контроллером) на КП собирает информацию об объекте  посредством датчиков и преобразователей. Датчиками могут быть простые двухпозиционные переключатели, состояние которых изменяется при изменении состояния объекта (вклю-чен/выключен, норма/авария и т.п.). Обычно контроллер КП следит за состоянием датчиков и при изменении хотя бы одного из них передает на ПУ посылку, которую называют ТелеСигналом (ТС). Контроллер ПУ, получив ТС, передает его на ЭВМ и контроллер щита. Программа на ЭВМ изменяет состояние изображения контролируемого объекта на схеме и предупреждает диспетчера звуковым сигналом. Контроллер щита зажигает на щите соответствующий индикатор.

     Для количественной оценки состояния объекта  на КП применяют преобразователи, которые преобразуют физические параметры (температура, давление, напряжение, ток) в нормированные электрические сигналы. Контроллер КП измеряет значения этих сигналов и передает их на ПУ в цифровом виде в посылках ТелеИзмерений (ТИ). Аналогично ТС, ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. Программа для ЭВМ может отслеживать уровни приходящих измерений и сигнализировать, например, о превышении критического порога (уставки). При необходимости вмешательства в ход контролируемого процесса оператор посредством ЭВМ выдает в систему команду Телеуправления (ТУ). C ЭВМ команда поступает на контроллер ПУ, который передает его нужному КП. Контроллер КП при получении команды проверяет ее достоверность, выдает электрический сигнал для включения исполнительного механизма (например, запуск электродвигателя), передает на ПУ квитанцию о выполнении команды. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУ Отключить.

     Современные контроллеры КП могут получать информацию не только с датчиков и преобразователей, но и с различных микропроцессорных  устройств, например, приборов учета, токовых  защит. Для стыковки с такими устройствами применяют один из локальных интерфейсов, например, RS-485. Информационный обмен  идет с использованием одного из совместимых  протоколов, например, Modbus.

Специальные асинхронные машины: сельсины, преобразователи частоты. Назначение, устройство и принцип действия.

     Сельсином называется информационная электрическая  машина пере-менного тока, вырабатывающая напряжения, амплитуды и фазы которых определяются угловым положением ротора. Сельсины позволяют осуществить без общего механического вала со-гласованное вращение или поворот механизмов.

     Известны  два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. При работе сельсинов в индикаторном режиме происходит передача на расстояние угла поворота механической системы. При работе сельсинов в трансформаторном режиме передается сигнал, воздействующий на исполнительный механизм таким образом, чтобы заставить его отработать заданный поворот.

     Рассмотрим  устройство и принцип действия однофазных двухполюс-ных контактных сельсинов. Однофазная обмотка возбуждения, включенная в сеть переменного тока, расположена на явнополюсном статоре. На роторе размещены три пространственно смещенные относительно друг друга под углом 120o катушки синхронизации. Концы катушек соединены в общий узел, начала катушек выведены на контактные кольца. Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток индуктирует трансформаторные ЭДС в катушках синхронизации. Наибольшая ЭДС индуктируется в катушке, ось которой совпадает с осью пульсирующего потока. При отклонении оси катушки ЭДС уменьшается по синусоидальному закону. Величина и фаза ЭДС в каждой катушке зависит от угла поворота ротора сельсина.

     Рис. 13.1 

     На  рис. 13.1 приведена схема соединения однофазных сельсинов при индикаторном режиме работы. В схеме используются сельсин - датчик и сельсин - приемник, пред-ставляющие собой два совершенно одинаковых сельсина.

• ОВд и ОВп - обмотки возбуждения сельсина - датчика и сельсина - приемника.
• Сд и Сп - катушки синхронизации.

     Если  роторы обоих сельсинов ориентированны одинаковым образом относительно обмоток возбуждения, то в каждой паре катушек индуктиру-ются одинаковые ЭДС. Катушки роторов обоих сельсинов соединены таким образом, что ЭДС в них направлены встречно друг другу, и ток в соединительных проводах отсутствует. Такое положение сельсинов называется согласованным.

     Если  повернуть ротор сельсина - датчика  на угол θ , то в соответствующих катушках роторов наводятся различные по величине ЭДС, и в них возникают токи, которые, взаимодействуя с магнитными полями обмоток возбуждения, создают вращающие моменты. Ротор датчика удерживается в повернутом положении, следовательно, ротор приемника будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет вращающий момент, т.е. пока не исчезнут токи в катушках сельсина, а это произойдет, когда ротор сельсина - приемника повернется на тот же угол θ , возникнет новое согласованное положение роторов сельсина - датчика и сельсина - приемника. На роторе сельсина - приемника устанавливаются стрелка и шкала, показывающие угол поворота сельсина - датчика.

     Если  необходимо осуществить дистанционную  передачу угла поворота к механизму, требующему большого вращающего момента, то используется схема трансформаторного  режима работы сельсинов (рис. 13.2).

Рис. 13.2 

     Обмотка возбуждения сельсина - датчика подключается к источнику однофазного тока. Катушки синхронизации датчика  соединены с катушками синхронизации  приемника, который работает как  сельсин - трансформатор. Катушки синхронизации  СП являются первичной обмоткой, а  статорная обмотка ОВП - вторичной (выходной) обмоткой. Она через усилитель у cоединяется с исполнительным двигателем. Исполнительный двигатель через редуктор связан с валом сельсина - приемника.

     Обмотка возбуждения датчика образует пульсирующий по горизонтали магнитный поток. В катушках СД индуктируются ЭДС, которые создают токи в роторных катушках датчика и приемника. Каждая катушка синхронизации сельсина - приемника создает свой магнитный поток, а результирующий магнитный поток имеет такое же направление, как и поток в сельсине - датчике. В обмотке возбуждения сельсина - премника индуктируется ЭДС, ве-личина и фаза которой зависят от угла и направления результирующего потока обмотки синхронизации приемника. Ось обмотки возбуждения приемника сдвинута на 90o относительно оси обмотки возбуждения датчика, поэтому, когда магнитный поток направлен горизонтально, в обмотке приемника ОВП не возникает никакой ЭДС. Это согласованное положение в трансформаторном режиме.

     Если  ротор сельсина - датчика повернуть  на угол θ , то результирую-щий магнитный поток в роторе сельсина - приемника повернется тоже на угол θ , а на зажимах обмотки ОВП появится напряжение, зависящее от угла θ . Это напряжение подается на вход усилителя, а затем на исполнительный двигатель. Двигатель вращается, поворачивая обмотки управления. Вал ротора сельсина - приемника через редуктор связан с валом объекта управления. Когда вал объекта управления повернется на нужный угол, одновременно с ним повернется на угол θ вал сельсина - приемника. Возникнет новый согласованный режим, и движение прекращается.

     Исполнительный  механизм и сельсин - датчик не нуждаются  в механической связи и могут находиться на большом расстоянии друг от друга. Электрические системы дистанционной передачи угла поворота или вращения механизмов используются в радиолокаторах, в радиопеленгаторах и другой специальной технике.

     Поворотные  трансформаторы: идуктосины, редуктосины

     Поворотным, или вращающимся, трансформатором  называется информационная электрическая машина, амплитуда выходного напряжения которой является функцией входного напряжения и углового положения ротора.

     Поворотные  трансформаторы конструктивно сходны с асинхронными машинами с фазным ротором и контактными кольцами. К ним обычно подводится питание со стороны статора от источника переменного напряжения. На обмотке ротора (на выходе) получают напряжение, представляющее собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α. В соответствии с этим, различают синусные, косинусные и синус - косинусные трансформаторы. На рис. 13.3 представлена принципиальная схема поворотного трансформатора с двумя взаимно-перпендикулярными обмотками на статоре и на роторе.

     Рис. 13.3

     Назовем оси обмоток статора S и K соответственно продольной d и поперечной q осями поворотного трансформатора. Статорную обмотку S подключим к источнику переменного напряжения. Обмотка создает продольное пульсирующее магнитное поле, которое будет индуктировать в роторных обмотках А и В ЭДС. Значения электродвижущих сил зависят от угла поворота ротора α.

     При синусоидальном распределении поля вдоль окружности ротора напряжение на обмотке А будет меняться при повороте ротора пропорционально sin α, а напряжение на обмотке В - пропорционально cos α. При использовании обеих обмоток ротора получим синус-косинусный поворотный трансформатор. Токи в роторных обмотках создают продольную составляющую маг-нитного потока, направленную встречно магнитному потоку статорной об-мотки S, и поперечную составляющую потока, направленную перпендику-лярно магнитному полю обмотки S. Вследствие появления поперечной со-ставляющей, нарушится синусоидальный и косинусоидальный законы изменения ЭДС от угла поворота ротора α. Для компенсации полученной составляющей магнитного поля ротор-ных обмоток на статоре размещается компенсационная обмотка К, замкнутая накоротко, под углом 90o к обмотке S. Эта обмотка создает магнитный поток, направленный встречно попе-речной составляющей магнитного потока ротора, и ослабляет ее. В результате, погрешность поворотного трансформатора уменьшается.

     Индукционный  редуктосин представляет собой бесконтактный синус-косинусный поворотный трансформатор. Первичная и две вторичные обмотки размещены на статоре. Ротор выполнен в виде зубчатого кольца из электротехнической стали. Редуктосины не имеют скользящих контактов, что повышает надеж-ность и точность их работы. При питании первичной обмотки синусоидальным напряжением со вторичных обмоток снимают два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота ротора. Повороту ротора на угол, равный зубцовому делению, соответствует полный период изменения амплитуды выходного напряжения (зубцовым делением ротора называется расстояние между зубцами ротора).

     Индуктосином называют бесконтактную информационную машину без магнитопровода с печатными первичной и вторичной обмотками, возбуждаемую однофазным напряжением. Выходное напряжение индуктосина является функцией углового положения ротора. Конструктивно индуктосин представляет собой два диска (ротор и статор) из изоляционного материала (керамика, стекло). Один из дисков соединяется с валом, угловое положение которого подлежит изменению, второй неподвижен. На торцевых поверхностях, обращенных друг к другу, диски несут печатные обмотки.

     Поворотные  трансформаторы используются в электрических  счетно-решающих системах, в следящих системах в качестве датчиков угла, в пре-образователях "угол-код", в системах числового и программного управления металлорежущими станками. 

     Кабельные линии (КЛ): эксплуатация, обслуживание, методы обнаружения повреждения.

     Кабельные линии непосредственно после  их сооружения и в процессе эксплуатации  подвергаются разнообразным испытаниям, с помощью которых выявляются ослабленные места или дефекты в изоляции и защитных оболочках кабелей, соединительной и концевой арматуры и других элементах кабельных линий.

     Причины возникновения таких ослабленных  мест весьма различны. Они могут  возникать при изготовлении кабеля и арматуры на заводе из-за конструктивных недостатков кабеля и арматуры, при  небрежной прокладке кабельных  линий, при некачественном выполнении монтажных работ. Ослабленные места  выявляются в процессе эксплуатации КЛ, так как со временем наблюдается старение изоляции кабелей и коррозия их металлических оболочек. Кабельные линии, проложенные в земляной траншее, невзирая на до-полнительную защиту в виде покрытия кирпичом и систематическое наблюдение за состоянием трассы линий, весьма подвержены внешним механическим повреждениям, которые могут возникать при прокладке и ремонте других городских подземных сооружений, проходящих по трассе КЛ. За исключением прямых механических повреждений, ослабленные места и дефекты КЛ имеют скрытый характер. Своевременно не выявленные испытаниями они могут с той или  иной скоростью развиваться под воздействием рабочего напряжения. При этом возможно  полное разрушение элементов КЛ в ослабленном месте с переходом линии в режим короткого  замыкания и ее отключение с соответствующим нарушением электроснабжения потребителей.

Испытание повышенным выпрямленным напряжением: