автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка магнитотранзисторных датчиков тока для систем защиты и измерений

од

/ 2 ДЕК 1937

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВ Владимир Дмитриевич

РАЗРАБОТКА МАГНИТОТРАНЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ ТОКА ДЛЯ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ И ИЗМЕРЕНИЙ

Специальность: 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление шт.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1997

Работа выполнена на кафедре: "Теоретические осноьы электротехники электрические измерения" Ивановского государственного энергетическо университета.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор В. К. Слышалов

Научный консультант

кандидат технических наук, доцент В. Н. Гречухин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Е.А. Аржанников

Ведущее предприятие

кандидат технических наук К. С. Дмитриев

ОРГРЭС

Защита диссертации состоится "18" декабря 1997 г. в 11 час. на заседании диссертационного совета по защите кандидатских диссертаций К 063.10.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: город Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус Б, ауд. № 237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим отсылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, Ученый Совет ИГЭУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.

Автореферат разослан "_"_1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор

А.В. Мошкарин

С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для обеспечения экономичной, надежной и качественной работы электроэнергетических систем и электротехнических установок большое значение имеют так называемые вторичные системы электроэнергетики - измерения, контроля, управления, регулирования, релейной защиты (РЗ). Будучи сравнительно недорогими, они сохраняют основное дорогостоящее оборудование первичных систем, и позволяют решать задачи эффективного использования энергетических ресурсов и электротехнических устройств.

Главной предпосылкой высокой эффективности функционирования вторичных систем является совершенная работа первичных измерительных преобразователей тока (ИПТ), применяемых в электроэнергетике, которые призваны обеспечивать эти системы информацией о режимах работы электроэнергетических систем, их отдельного оборудования.

Все возрастающие требования х функционированию вторичных систем, а также бурное развитие электроники и вычислительной техники привело к созданию нового класса систем управления, включая релейную защиту и противоаварийную автоматику, на базе микропроцессоров. Это в свою очередь также накладывает ряд определенных требований на измерительные преобразователи тока.

Недостаток существующих трансформаторов тока, как источников информации для микропроцессорных устройств релейной защиты и проти-воаварийной автоматики, заключается в насыщении магнитопровода апериодической составляющей тока короткого замыкания и, вследствие этого, в отсутствии передачи информации о первичном токе на вход устройств РЗ и противоаварийной автоматики в первые периоды аварийного режима, когда эта информация наиболее нужна.

Важной проблемой является измерение несинусоидальных токов, включая постоянные и выпрямленные токи таких потребителей как: металлургическое производство, электросварка, тяговые подстанции с электротранспортом и так далее. Для измерения постоянных и выпрямленных токов применяются шунты, как правило, обладающие достаточной степенью точности, однако область их применения ограничена из-за отсутствия гальванической развязки. Датчики тока, имеющие гальваническую развязку, на основе магнитомодуляционных трансформаторов тока или на основе оптических эффектов обладают высокой сложностью конструкций и, как следствие, высокой стоимостью.

Кроме того существует проблема измерения токов в комплектных гокоиронодпх мощных гснсраюроп на июктричсекнх станциях.

В аспекте решения указанных проблем были сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Целью работы является разработка и исследование первичных преобразователей тока, удовлетворяющих современным требованиям устройств релейной защиты и автоматики, на базе магнитотранзисторов.

В соответствии с этим основные задачи диссертационной работы заключались в следующем:

1. Сравнительный анализ известных принципов измерения тока и исполнений первичных преобразователей с целью определения перспективных направлений в области создания преобразователей тока.

2. Анализ гальваномагнитных преобразователей, их характеристик и определение наиболее перспеетивных в аспекте использования их в датчиках тока.

3. Теоретическое и экспериментальное исследование свойств магнитотранзисторов как чувствительных элементов измерительных преобразователей тока.

4. Создание математической модели, включая полевой расчет р-п-переходов магнитотранзистора, с целью проведения схемотехнического анализа датчиков тока, а также совершенствования конструкции самого магнитотранзистора.

5. Разработка и исследование структурных схем измерительных преобразователей. Выбор оптимальной структурной схемы. Анализ методических погрешностей измерительных преобразователей тока, включая расчет магнитных полей отдельных токопроводов и системы шин стандартной ячейки КРУ, с целью определения оптимальной конструкции ИПТ.

6. Разработка, исследование и анализ принципиальных схем измерительных преобразователей тока. Создание экспериментальных образцов ИПТ. Проведение их испытаний как в лабораторных условиях, так и на действующих электроэнергетических объектах. Оптимизация конструкции на основе результатов экспериментальных исследований.

Решение указанных цели и задач диссертационной работы осуществлялось в ходе реализации научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре ТОЭ и ЭИ ИГЭУ по заказу Минтопэнерго России, по темам: "Исследование и разработка магнитотранзисторных преобразователей постоянного, переменного тока в напряжение (датчики тока) класса 0.4 - 10 кВ на номинальные токи 1 - 10 кА для микропроцессорных устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики станций, подстанций" и "Исследование магнитных полей токопроводов и магнитотранзисторов в качестве измерительного элемента преобразователя ток-напряжение (датчика тока)", кроме того по гранту, представленному Министерством общего и профессионального образования на тему: "Исследование и разра-

ботка магнитотранзисторного преобразователя тока в напряжение (цифровой код) для опто-электронных трансформаторов тока класса 110 -1150 кВ".

Научная новизна:

1. Разработаны новые первичные преобразователи тока на базе маг-ннтотранзисторов для электронных и микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики, позволяющие улучшить работу не только вторичных систем, но и первичных - электроэнергетических систем и электротехнических установок.

2. Разработана математическая модель мапштотранзистора, позволяющая проводить анализ принципиальных схем датчиков тока на его основе.

3. Поставлены и решены задачи минимизации погрешностей магни-тотранзисторных преобразователей тока.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании приборов альтернативных существующим трансформаторам тока, которые позволяют:

• измерять как переменный так и постоянный ток, в результате чего не происходит насыщения апериодической составляющей в переходных режимах.

• передавать информацию о токе на входные блоки современных электронных и микропроцессорных защит без дополнительных преобразователей ток-напряжение.

Реализация результатов работы. Экспериментальные датчики тока были использованы в системах диагностики электродвигателей эскалаторов С.-Петербургского метрополитена. Кроме того, изготовленные экспериментальные образцы датчиков тока были испытаны на комплектных тоководах турбогенераторов Костромской ГРЭС, а также на подстанции постоянного тока С.-Петербургского трамвайно-троллейбусного управления. Разработанная методика испытаний магнитотранзисторов с помощью компьютерного осциллографа была использована и внедрена на ЗАО "Протон-оптоэлектроника".

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Принципы разработки и образцы первичных преобразователей тока на базе магнитотранзисторов для измерения постоянных и переменных токов.

2. Принципиальные схемы предлагаемых датчиков тока на основе магнитотранзисторов и результаты экспериментальных исследований.

3. Математическая модель магнитотранзистора, предназначенная для проведения схемотехнического анализа датчиков тока.

4. Методы определения погрешностей магнитотранзисторных датчиков тока и способы их минимизации.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийской научной конференции "Токи короткого замыкания в энергосистемах" (Москва, ВВЦ, октябрь 1995 г.);

- Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, май, 1994 г.);

- научно-техническом совете секции релейной защиты АО ВНИИЭ (Москва, сентябрь 1997 г.);

- научных семинарах и заседаниях кафедры ТОЭ и ЭИ Ивановского государственного энергетического университета (Иваново, 1994, 1995, 1996,1997 гг.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований и двух приложений. Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 90 иллюстраций. Общий объем работы составляет 191 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности проблемы исследования, разработки и создания датчиков тока на базе магнитотранзисторов, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, показана научная новизна и практическая значимость, а также представлены основные положения выносимые на защиту.

В первой главе проведен сравнительный анализ известных принципов измерения тока и исполнений первичных измерительных преобразователей тока, а также лежащих в их основе физических явлений. В основу анализа измерительных преобразователей тока и дальнейших исследований легли работы, авторами которых являются: Г.В. Абрамзон, Н.М. Адоньев, Ю.Н. Алимов, Ю.А. Андреев, Афанасьев, В.М. Барзилович, И.Б. Болотин,

A.C. Дордий, В.Е. Казанский, В.М. Кибель, A.M. Плахтиев, Н.Г. Слухаев,

B.В. Стогний, В.А. Сушко, Г.П. Фоменко, JI.3. Эйдель и др.

Анализ показал, что наиболее целесообразным является создание датчиков тока на основе гальваномагнитных эффектов. Кроме того, проведенный в диссертации сравнительный анализ гальваномагнитных приборов, их характеристик показал, что предпочтение следует отдать магнитот-ранзисторам, так как они характеризуются лучшими параметрами (линейность, чувствительность, схемотехническая совместимость с други-

ми радиоэлектронными элементами и др.) и наиболее подходят для создания измерительных преобразователей тока. В основу сравнительного анализа и исследований гальваномагнитных приборов, их характеристик легли работы, авторами которых являются: Г.П. Балтес, И.М. Викулин, Л. Ф. Ви-кулина, Г. Л. Егиазарян, Д. М. Козлов, И.М. Митников, Т В. Персиянов, P.C. Попович, Г.И. Рекалова, В. И. Стафеев, O.K. Хомерики, Г. Шпобнер и др.

Определены основные направления исследовании и дано их обоснование.

Вторая глава посвящена разработке математической модели магнн-тотранзистора (рис. 1) для обеспечения моделирования схемных решений датчиков тока на магнитотранзисторах, а также с целью понимания и объяснения его принципа действия.

Рис. 1. Внутренняя структура магнитотранзнстора

Исходными уравнениями математической модели являются: • Уравнения для плотностей электронного и дырочного токов в объеме транзистора при магнитном поле В имеют составляющие, обусловленные дрейфом носителей в электрическом поле и диффузией с учетом действия силы Лоренца (действия магнитного поля на движущиеся носители заряда) ^ = х В. Уравнение для плотностей токов запишем в форме:

•)„ = + чО^гас! х (1)

Jp = <7ЦрпЁ + цОрп-\ур{Зр х й), (2)

где с\ - заряд носителя, 1)„, Ор - коэффициенты диффузии электронов и дырок, - обозначают холловские подвижности электронов и дырок, вычисляемые из соотношений:

где ц „, ц р - подвижности электронов и дырок соответственно, /*„, гр - холл

факторы (коэффициенты рассеяния).

• Уравнения для концентрации электронов и дырок описываются уравнениями:

- (с1п/Ш) = -Оп + Уп + (1/д) с1Ып, (3)

- (ф/Л) = -Ор + Ур + (1/9) с1Ыр , (4)

где Сп = Оп(х, у, г, I) - скорость генерации электронов в единице объема, К К (х> У> 2, I) - скорость рекомбинации электронов в единице объема. • Уравнение Пуассона для электрического поля записано с учетом того, что плотность объемных зарядов необходимо вычислять по формуле:

рЦр-л+^-лд*? , (5)

соответственно

д Ф = (6)

где 8„ - электрическая постоянная, е - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, Nа- концентрации ионизированных до-норной и акцепторной примесей, соответственно. Это уравнение дополняет соотношение для напряженности электрического поля:

Ë = -grad<ф . (7)

Для получения расчетных выражений математической модели маг-нитотранзистора были сформулированы граничные условия, приняты и обоснованы допущения, произведен численный расчет электрического поля в р-п -переходах магнитотранзистора. Для проведения численного расчета произведено аналитическое интегрирование уравнения (6), в результате получены расчетные выражения для р- и п-областей, соответственно

<*Р* _ \ 2<?0

сЫ [еМгМЧ-^И-1)-*-- «и,о ехр[- (ф* ~ ^*)](ехр[ф *(*)]-1) +

(8)

+ "/,,0(ехр[- (ф^ - V*) - <р*(*)]-1) + и„>0((ф^ - V*) - ф*(д

где знаком * - обозначены приведенные величины к тепловому потенциалу ФI' Рро " пп,о ~ концентрации носителей в полупроводниках равные Ыа и

Л^ соответственно, ф ^ - диффузионная разность напряжений р-п-перехода, V*- внешнее напряжение, приложенное к переходу.

Напряжение непосредственно на границе перехода определяется как

(рР,о ~ "„Д) ~ е*р[~ (ф^ ~ И*)]) + пп 0[ф^ - V*)

Ф*(0) =

Рр,о

+ П,

(10)

п,о

По уравнениям (8)-(10) рассчитаны характеристики, описывающие состояние переходов база-эмитгер и база-коллектор.

Согласно гипотезе разделения областей магнитотранзистора на области с большой напряженностью электрического поля, находящиеся на р-п-переходах, и нейтральную базовую область, а также, исходя из уравнений (3) и (4), при создании математической модели использовались уравнения для токов через р-п-переходы для р- и п-носителей, соответственно

, ЯРпАхпРр^Х* -*)/ ь\ипф, Л

,Лх) __ Япр,0{хр)Рпсъ[{хр-Х)1^ ¿„] _

1п^Хр-хр)ип\

(И)

(12)

где Хп, Хр - протяженности п- и р-областей.

В работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование механизмов магниточувствительностн магнитотранзистора. Результирующая магниточувствительность представляет собой сочетание различных эффектов. Эффекты, противоположно влияющие на результирующую магниточувствительность магнитотранзистора, объединены в отдельные группы. Анализ эффектов магниточувствительности показал, что преобладающим является модуляция коллекторных токов за счет отклонения неосновных носителей в базовой области под действием силы Лоренца.

На основании уравнений (11) и (12) и проведенных исследований магниточувствительности составлена система уравнений

¡и —

«11 «12 «13 «21 «22 «23 «31 «32 «33

«М^и-б/ф/)-!

ех!^Ук2-б / Ф/)-1

где а.ц - а33 - коэффициенты, определяемые режимом работы магнитотранзнстора (напряжениями на электродах и магнитным полем).

Вольт-амперные характеристики в схеме с ОЭ и тесла-амперные характеристики, полученные расчетным путем, используя разработанную математическую модель, представлены на рис. 2 и 3.

_________Ш=5[шА]

[мА] ; ""

^ Vko.P1

0 1 2 3 4 5 Рнс. 2. Расчетные вольт-амперные характеристики магнитотранзнстора

1 1 -9.5--

1 1 - -0.4- -

1 1 " " Г " -0.3-

1 1 1 1 - -0.2--

1 1 "I г 0.1-

У/Г' - -0.3-

- [ - - - -0.4-

__1___ -0 5 -

Д1к(В),1мА1

1к£=5 мА^-_I /

- 012

Рис. 3. Расчетные тесла-амперные характеристики магнитотранзнстора

Разработанная математическая модель позволяет производить расчеты магнитотранзнстора как в прямом, так и инверсном режимах (когда ба-за-эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а один или оба перехода база-коллектор смещены в прямом направлении).

В третьей главе разработаны различные варианты структурно-функциональных схем датчиков тока в зависимости от условий эксплуатации и предъявляемых требований. Показано, что магнитотранзисторы наиболее удобно использовать в датчиках тока прямого замера (рис. 4). Это обусловлено геометрией самого магнитотранзнстора и тем, что суммирова-

Рис. 4. Структурная схема ИПТ прямого замера

J

икс выходных сигналов нескольких магнитотранзисторов осуществляется параллельным соединением коллекторов магнитотранзисторов без дополнительно согласующих устройств.

Для измерения переменных токов разработана структурная схема рис. 5, содержащая обратную связь по постоянному току. Постоянная интегрирования в цепи обратной связи выбирается в диапазоне до 1-2 сек., таким образом, чтобы датчик тока передавал полную информацию о токе как в статических, так и в переходных режимах, сопровождающихся апериодической составляющей.

Л1к(В) или Выходные

А11ь(В) сигналы

ВО)

МТ1 МТ2 МТп

Магнитотранзисторная система

Блок предварительного усиления

Схема стабилизации режима

Масштабные

преобразователи

Интегратор

Инвертор

Отрицательная обратная связь по постоянному току

Рис 5 Структурная схема датчика переменного тока

В диссертации дано теоретическое обоснование возможности измерения тока конечным числом датчиков магнитного поля (ДМП) - магнитотранзисторов.

Научной основой для создания бесконтактных схем измерения токов является теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля (закон полного тока). Согласно этой теореме:

( л Л

§ВсЯ = $В(Исоь Вс11 =ц0|, (14) II К

где В - вектор магнитной индукции, / -замкнутый контур с выбранным направлением обхода (рис. 6), (11 - его элемент, / - ток, сцепленный с этим контуром,

Но = 4л 10 Гн/м -магнитная постоянная. Для ДМП (рис.7) характерно, что ток в выходной цепи пропорционален среднему по 5„ значению нормальной составляющей магнитной индукции:

С/1

Рис 6. Замкнутый контур

Рис. 7. Датчик магнитного поля Б»- плоскость чувствительности, из (15) получено, что П- нормаль к ней; 1,2 - выходные контакты; 8 -выходной ток ДМП

б ~ 1 В ■ соз[дЛ<я)с/5 = | В„ Ж , (15)

где к - коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами датчика и схемы измерения выходного тока. Мри малых 5„ по сравнению с линейной характеристикой изменения магнитной индукции в поле

Г-Л '

Б = кВп = кВсоя В п

(16)

В соответствии с теоремой о среднем совокупность решений уравнения (16) в отдельных точках контура удовлетворяет интегральному условию, эквивалентному теореме о циркуляции:

В (41) «м а 1 /дй + 2 ) «»<* 21Ьс+• • • В{&„)со5 а„/ш = ц(>/

(17)

где ^и -точки участков аЬ, Ьс, ..., па, в которых подинтегральная

В-СО^В

А

(11) функция равна среднему по участку значению, углы

а1,а2,...а„ образованы векторами В и

Ш в этих точках (рис. 8). Из выражения (18) видно, что при выборе формы контура интегрирования и разбивке его на участки могут варьироваться как длины участков, так и углы наклона элементов контура к линиям индукции. При равенстве коэффициентов пропорциональности к и длин участков контура из выражения (17) следует, что

(18)

Рис. 8. Влияние индукции магнитного поля на ДМП Измеряемый ток / в этом случае оказывается пропорциональным сумме токов на выходе ДМП.

При небольшом числе ДМП могут возникнуть методические погрешности измерения токов, обусловленные внешними магнитными полями и смещением проводника с измеряемым током внутри кошура, изменением геометрии интегрирующего контура и токонровода. Эти нофспшости

являются погрешностями неполного и (или) неточного интегрирования м а г 11 ито л ви жу I цих с и л.

11ри круглых интегрирующем контуре и проводе (рис. 9) погрешности, обусловленные смещением последнего, определяются формулами:

" / \ _ 5 V \-кссм[2га и) .

Сс,

¿1

/=1 II

£Стаж ¡, У,

/=1

1+&?-2*сст(2т/п)

Ь*с««((2;-1)7г ///) 1+*г-2*гсол((2/-1)л Н)

-1

(19)

(20)

где кс - отношение величины смещения токопровода к радиусу интегрирующего контура, п - число магнитотранзисторов. Уравнения (19) и (20) описывают максимальные положительную и отрицательную погрешности при смещении токопровода из центра в направлении одного из магнитотранзисторов и по биссектрисе угла между двумя магнитотранзисторами, соответственно. Зависимости макси-

Рис. 9 Измерение тока системой из и ДМП в мальной положительной С, с щах н виде кольца с равномерный распределением отрицательной погрешности

^Стах от чнсла магнитотранзисторов показаны на рис. 10. Если проводник смещается не точно по направлению к магнитотранзистору и (или) по биссектрисе угла между двумя мапппотран шсторамн, то пофешность будет лежать между максимальной отрицательной и положительной погрешностью, т.е. может быть значительно меньше максимальной погрешности.

Влияние соседнего проводника с током /г, находящегося на расстоянии /., на контур из ДМП определяется, на основе использования так называемого условия инверсии, которое заключается в замене действия соседнего проводника с током /, действием двух проводников, один из которых расположен в центре контура и имеет противоположное действительному направление, а другой в точке, имеющей относительный эксцентриситет кс = ку, и совпадает по направлению с действительным. Здесь кТ - это отношение радиуса интегрирующего контура к расстоянию до соседнего токопровода с током 1Г. Таким образом при кс ~ к /

^эУmax ~ i Q'max (^1)

В реальных условиях может быть не один, а несколько соседних проводни-

W1VR

-М~|-1-|-1-1-1 1-1

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Рис. 10. Зависимость максимальных положительной и отрицательной погрешностей от числа магннтотранзисторов при различных смещениях проводника с

ков с током. Тогда погрешность рассчитывается для каждого проводника с током, вносящего искажения, в отдельности, а затем погрешности алгебраически суммируются с учетом направления или фаз токов.

В диссертации проведено исследование погрешностей интегрирования с прямоугольными токопроводами, на основании которых был сделан вывод, что для токопроводов прямоугольного и квадратного сечения следует применять нечетное число ДМП.

Четвертая глава посвящена разработке, анализу и исследованию принципиальных схем магнитотранзисторных датчиков тока. Одна из принципиальных схем, разработанных в диссертации, представлена на рис. 11.

ю

V

УД1

Г>п

ЯП

уда

1>г

Я13| ; ■ г-л)

А1|

м ...

"МТ

П*

]

Я22 ;

-ип

Рис. 11. Принципиальная схема магнитотранзисторного датчика тока

При создании принципиальных схем датчиков тока решались вопросы, связанные с минимизацией мультипликативных и аддитивных погрешностей, обусловленных временной нестабильностью параметров полупроводниковых элементов и влиянием на них температуры.

Экспериментальные исследования разработанных датчиков тока проводились в лабораторных условиях и на действующих электроэнергетических объектах. На рис. 12 п 13 представлена схема и результаты токовых испытаний на прогрузочном устройстве постоянного тока. В работе проведены испытания и представлены результаты температурных и временных

регулировочный понижающий трехфазный ашафаисформатр ,рапсформа 1 ор т -1'"|РЯМ|Г|СЛ1/

цифровой ИОЛЫМСф

380В

) ( /Гъ

) у -> -

блок шпанни

220В

Рис.12. Схем испытаний магнитотранзпечорного датчика тока на выпрямленном токе

9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 | -1.0

Увых, [В]

.. л

А*-

I ! I ! I 1 I I

★4

-★А

I! I I 1 I I I I ! I

1.

|кА1

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Рис 13. Экспериментальные проходные характеристики мапшготрашисторною датчика тока

исследований.

Приведен пример использования магнитотранзисторного датчика совмести с устройствами дистанционных и токовых защит типов ШДЭ 2801 и ШДЭ 2802, выполненных на электронной базе. Основной особенностью использования магнитотранзисторных датчиков тока с рассматриваемыми защитами, является то, что информация о токе передается в виде напряжения, поэтому вместо преобразователей ток-напряжение, с промежуточными ТТ или трансреакторами, можно использовать преобразователи уровня входного напряжения на основе стандартных операционных усилителей. В диссертации представлены схемы преобразователей, предназначенные для замены преобразователей ток-напряжение, рассматриваемых защит.

Основные результаты работы и выводы.

1. На основе анализа современных направлений в области релейной защиты и автоматики показано, что внедрение электронных и микропроцессорных систем защиты и автоматики привело к необходимости разработки и создания новых средств измерения электрических токов в энергетике. Наиболее перспективно создание датчиков тока на гальваномагнитных а именно на основе магнитотранзисторов.

2. Разработана математическая модель магнитотранзистора, предназначенная для осуществления схемотехнического моделирования датчиков тока и совершенствования конструкции самого магнитотранзистора, в основу которой легли численные расчеты электрического поля в р-п-переходах, уравнения для токов через переходы с учетом эффектов магни-точувствительности.

3. Разработаны и исследованы различные варианты структурно-функциональных схем магнитотранзисторных датчиков тока в зависимости от предъявляемых требований. Показано, что для использования в релейной защите и автоматике электроэнергетических объектов следует отдавать предпочтение некомпенсационным магнитотранзисторным датчикам тока (прямого замера).

4. Получены расчетные выражения для определения методических погрешностей при измерении тока в проводниках круглого и прямоугольного сечения конечным числом магниточувствительных элементов.

5. Разработаны принципиальные схемы магнитотранзисторных датчиков тока с учетом предъявляемых к ним требований и исходя из особенностей эксплуатации.

6. Проведены испытания разработанных датчиков тока в лабораторных условиях и на действующих электроэнергетических объектах. Доказана эффективность их использования совместно с электронными и микропроцессорными системами релейной защиты и автоматики.

7. Разработанная методика измерений параметров магнитограизисто-ров с применением платы АЦП и компьютерного осциллографа позволяет получать все виды электрических характеристик магнитотранзисторов и магнитных характеристик, специфических для этого класса приборов. Разработанная методика используется при контроле параметров транзисторов в процессе производства на ЗЛО "Протон-оптоэлектроника".

Но теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Гречухин В. Н., Лебедев В.Д. Экспериментальные исследования магни-тотранзисторных преобразователей // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: Тр. ИГЭУ. - 1997. Вып. 1. Под ред. А. В. Мош-карина, В. А. Шуина - Иваново, 1997. С. 240 - 242.

2. Лебедев В.Д. Применение магнитотранзисторных микросхем для создания программируемой многоступенчатой токовой защиты // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Тез. докл. Междунар. научно-технической конф. (VII Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ 1994. С.26.

3. Математическая модель электромагнитного поля в магнитотранзисторе/ В.Н. Гречухин, В.К. Слышалов, Д.А. Лебедев, В.Д. Лебедев // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции (VII Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ 1994.

4. Лебедев В.Д., Лебедев Д.А. Магнитотранзисторный преобразователь тока в напряжение //1 Всероссийская научи, конф.: Тез. докл.- М.: 1995. -С. 122- 124.

5. Лебедев В.Д., Лебедев Д.А. Экспериментальные исследования магни-тотранзисторного датчика тока // Научный семинар по теоретической электротехнике: Тез. докл.- Иваново: ИГЭУ 1995,- С.27-28.

6. Магнитотранзисторный преобразователь постоянного, переменного тока в напряжение для микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики / В.К. Слышалов, В.Н. Гречухин, Д.А. Лебедев, В.Д. Лебедев //1 Всероссийская научн. конф.: Тез. докл.- М.: 1995. - С. 121 - 122.

7. Математическая модель электрического поля в транзисторе / В.К. Слышалов, В.Н. Гречухин, В.Д. Лебедев, Д.А. Лебедев // Научный семинар по теоретической электротехнике: Тез. докл. - Иваново: ИГЭУ 1995. - С. 26 - 27.

8. Лебедев В.Д. Магнитотранзисторные преобразователи тока (погрешности и их минимизация) // Тез. докл. Междунар. научно-технической конф. (VIII Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ 1997. С.26.