Устройство для защиты аппаратуры от неисправностей в трехфазной сети Советский патент 1985 года по МПК H02H3/24 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты цепей электропитания аппаратуры автоматики, вычислительной техники, связи от пропадания напряжений в фазах трехфазной сети.

Цель изобретения - повышение стабильности времени срабатывания защиты и точности контроля напряжения фаз сети.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы входных и выходных напряжений транзисторных усилителей; на фиг. 3 - графики зависимостей, поясняющие работу блока стабилизации.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 выпрямители, входами подключенные на напряжения фаз А, В, С контролируемой сети, а выходами соответственно через первый 4, второй 5, третий 6 блоки стабилизации к первому 7, второму 8, третьему 9 делителям напряжения, каждый из которых шунтирован сглаживающим конденсатором 10, 11 и 12, а первыми выходами подключен к неинвертирующим входам соответственно первого 13, второго 14, третьего 15 операционных усилителей, выходы которых соединены с входами исполнительного органа 16, к соответствующему входу которого подключен выход четвертого операционного усилителя 17. В устройстве имеются первый источник опорного напряжения 18, источник питания 19, первый 20, второй 21, третий 22 импульсные и четвертый 23 пороговый транзисторные усилители, первый 24 и второй 25 диодные максиселекторы, транзисторный ключ 26, / С-цепь 27 и второй источник 28 опорного напряжения. Выпрямители 1, 2 и 3 выполнены в виде однофазных двухполупериодных трансформаторно-выпрямительных блоков, минусовые выходные шины которых соединены с минусовыми выводами транзисторных усилителей 20-23 транзисторного ключа 26, С-цепи 27, источников 18 и 28 опорного напряжения и источника 19 питания.

Блоки 4, 5 и 6 стабилизации выполнены в виде параллельных резонансных LC-контуров, входами соединенных с плюсовыми выходными шинами выпрямителей 1, 2 и 3 через разделительные диоды 29, 30 и 31. Инвертирующий вход четвертого операционного усилителя 17 соединен с вторыми входами делителей 7, 8 и 9 напряжений через первый максиселектор 24, а его неинвертирующий вход - с выходом первого источника 18 опорного напряжения.. Входы первого, второго и третьего транзисторных усилителей 20, 21 и 22 соединены с плюсовыми выходными шинами соответственно первого, второго, третьего выпрямителей 1, 2 и 3, а эмиттерноколлекторные переходы транзисторов этих усилителей шунтированы соответственно конденсаторами 32, 33 и 34, при этом выводы их коллекторов через резисторы 35, 36 и 37 соединены каждый с плюсовым выводом

источника 19 питания, а через второй максиселектор 25 - с входом четвертого транзисторного усилителя 23, вывод коллектора транзистора которого через другой раздес лительный диод 38 соединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 15. Плюсовой вывод С-цепи 27 через замыкающий контакт 39 исполнительного органа 16 соединен с плюсовым выводом источника 19 питания, а через размыкающий контакт 40 - с входом транзисторного ключа 26, коллектор транзистора которого подключен к выходу второго источника 28 опорного напряжения, соединенному с инвертирующими входами первого, второго, третьего операционных усилите лей 13, 14 и 15.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы, когда

эффективное значение напряжения фаз сети

находится в заданных пределах, напряжения

0 U|2 на втором выходе делителей 7, 8 и 9 меньше напряжения Uon.i первого источника 18 опорного напряжения, а напряжения на первом выходе делителей больше напряжения Uon.2 второго источника 28 опорного напряжения. Операционные усилители 13, 14 15 и 17 находятся в исходном состоянии и не выдают сигналы в исполнительный орган 16 с неисправности трехфазной сети. На неинвертирующие входы усилителей 13, 14 и 15 подаются напряжения, соответстQ вующие напряжениям фаз А, В, С, на инвертирующий вход усилителя 17 - наибольшее напряжение с вторых выходов делителей 7, 8 и 9, что обеспечивается макснселектором 24. Импульсы выходного напряжения (фиг. 2а) трансформаторно-выпрямительного блока 1,

открывая импульсный транзисторный усилитель 20, обеспечивают в течение каждого периода выпрямленного напряжения (полупериода напряжения сети) цикл разряда конденсатора 32, получающего заряд через резистор 35 в интервале времени ti-12, когда мгновенные значения импульсов выпрямленного напряжения близки к нулю. Такие же циклы заряда и разряда повторяются конденсаторами 33 и 34 через резисторы 26 и 37 и усилители 21 и 22. По величине

, напряжений на конденсаторах 32, 33 и 34 осуществляется контроль наличия напряжения фаз. При частоте сети-50 Гц длительность заряда конденсаторов (запертого состояния транзисторов усилителей 20, 21 и 22) может быть выбрана равной 1-2 мс, при этом

0 длительность разряда (открытого состояния транзисторов) составит 8-9 мс. Диодный максиселектор 25 исключает влияние процессов заряда и разряда конденсаторов разных фаз друг на друга, обеспечивает выбор с наибольшим напряжением и подачу его на вход порогового транзисторного усилителя 23. В рассматриваемо.м режиме работы устройства напряжение Уза на конденсаторе 32 (то же на конденсаторах 33 и 34)

в процессе заряда не достигает порога U23 срабатывания усилителя 23 (фиг. 26). Усилитель 23 закрыт и иа работу операционного усилителя 15 не влияет. Транзисторный ключ 26, к входу которого подключена разряженная / С-цепь 27, закрыт и на работу устройства также не влияет.

При увеличении напряжения одной из фаз например фазы А, выше допустимого значения напряжение делителя 7 U}2 становится больше и ОП.1, напряжение Uqi через диодный максиселектор 24 поступает на инвертируюший вход усилителя 17, который срабатывает и выдает сигнал в исполнительный орган 16. Максиселектор 24 исключает влияние напряжений делителей 7, 8 и 9 друг на друга, поэтому при перекосе напряжений фаз, например, когда напряжение фазы А повысилось на 15% от номинального значения, а фазы В понизилось на столько же, повышенное напряжение делителя напряжения 7, поступая через максиселектор 24 на вход усилителя 17, вызывает срабатывание устройства, как и при повышении напряжения одной фазы. То же происходит при повышении напряжения фаз В и С.

При уменьшении напряжения фазы А ниже допустимого значения напряжение делителя напряжения 7 становится меньше напряжения Uoa2, вследствие чего на выходе усилителя 13 появляется сигнал, поступаюший в исполнительный орган 16, который срабатывает. Аналогично работают усилители 14 и 15 при уменьшении напряжения соответственно фаз В и С. Конденсаторы 10, 11 и 12, кроме фильтрации напряжения делителей 7, 8 и 9, обеспечивают временную задержку входных сигналов операционных усилителей при кратковременных скачках напряжения сети.

Пороги срабатывания операционных усилителей при повышении и понижении напряжения характеризуются эффективными значениями напряжения каждой фазы в момент срабатывания. При увеличении искажений синусоидальности кривой напряжения фаз эффективное значение напряжения основной гармоники 100 Гц на выходе трансформатор но- выпрямительных блоков 1, 2 и 3 уменьшается, а высших гармонических составляюших увеличивается. В этих условиях вступают в работу параллельные резонансные контуры 4, 5 и 6. На фиг. За приведен пример частотной зависимости полного сопротивления йонтура из практической схемы, у которой индуктивность равна 7,7 Г, а емкость 0,33 мкФ. Из зависимости видно, что для гармоник частотой 200 и 300 Гц сопротивление контура резко уменьшается. Напряжение составляющих гармоник, проходя через контур с малым сопротивлением, выделяется на делителе, компенсируя уменьшение напряжения основной гармоники. В.результате этого нестабильность напряжений срабатывания операционных усилителей устройства с LC-контуром в цепи контроля напряжения фазы значительно уменьшается по сравнению со схемой, в которой LC-контур отсутствует. На фиг. 3 приведены графики зависимости нестабильности Ди устройства с контуром и AU без контура от изменения коэффициента искажения синусоидальности контролируемого напряжения от О до 10%, которые показывают, что благодаря контуру нестабильность напряжения срабатывания уменьшается приблизительно в 5 раз. Для повышения стабильности необходимо повышать добротность контура, что позволяет уменьшить ток, проходяший через контур. В указанной практической схеме ток не превышает 1 мА.

В случае пропадания напряжения одной из фаз, например фазы А (момент to на фиг. 2а), напряжение на входе усилителя 20 исчезает, усилитель закрывается, одновременно начинается процесс заряда конденсатора 32. По истечении заданного времени (интервал между to и ta на фиг. 26), например 3-5 мс для сети с частотой 50 Гц, напряжение на конденсаторе достигает порога U23 срабатывания усилителя 23, который открывается, уменьшая напряжение Uj i делителя 9. Происходит срабатывание операционного усилителя 15 и исполнительного органа 16. В случае пропадания напряжения фазы В или С то же происходит с усилителем 21 и 22 и конденсатором 33 или 34 соответственно. Максиселектор 25 исключает влияние процессов заряда и разряда конденсаторов друг на друга, обеспечивая стабильность интервала времени между моментами to и ta, а следовательно, и стабильность времени срабатывания устройства.

При срабатывании устройства и отключения аппаратуры от контролируемой сети размыкаюший контакт 40 исполнительного органа 16 отключает / С-цепь 27 от входа транзисторного ключа 26, а замыкаюший контакт 39 подключает указанную цепь к источнику постоянного тока 19. Происходит заряд конденсатора / С-цепи 27. Устройство подготавливается к возврату в исходное состояние в условиях переходного процесса.

После срабатывания устройства, когда напряжение сети восстанавливается в заданных пределах (например ± 10%), напряжение на делителях 7,8 и 9 приходит к норме (, ), операционные усилители 13, 14-, 15 или 17 приходят в исходное состояние, исполнительный орган 16 подключает питаемую аппаратуру к сети, начинается переходный процесс в системе электроснабжения, характеризующийся понижением напряжения в течение 3-5 с. При этом замыкаюший контакт 39 отключает заряженную КС-и.еиъ 27 от источника 19 питания, а размыкающий контакт 40 подключает указанную цепь к входу транзисторного ключа 26. В результате разряда конденсатора / С-цепи 27 ключ 26 открывается и шунтирует второй источник 28 опорного напряжения на время переходного процесса в сети. При этом понижение напряжения сети не вызывает срабатывания операционных усилителей 13, 14, 15 и исполнительного органа 16 во время переходного процесса, чем обеспечивается стабильная работа устройства и исключаются дополнительные возмущающие воздействия на сеть.

Положительный эффект изобретения заключается в повыщении стабильности времени срабатывания защиты и точности контроля напряжений фаз сети.

Экспериментальная проверка промышленного образца устройства, выполненного на основе предложенной схемы, с мощностью исполнительного органа 10 кВА при работе от автономной трехфазной сети переменного тока с напряжением фаз 220 В, частотой 50 Гц подтвердила стабильную работу устройства и достижение поставленной цели в заданных климатических условиях эксплуатации (температура в диапазоне минус 50 - плюс 50°С, влажность до 98%).

feESS

i Uczp

24

-4,

фиг. 1 ) to иг. Z t. f(eu}

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АППАРАТУРЫ ОТ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ТРЕХФАЗОВОЙ СЕТИ, содержащее первый, второй, третий выпрямители, входами подключенные на фазные напряжения контролируемой сети, а выходами соответственно через первый, второй, третий блоки стабилизации к первому, второму, третьему делителям напряжения, каждый из которых шунтирован сглаживающим конденсатором, а первыми выходами подключен к неинвертирующим входам соответственно первого, второго, третьего операционных усилителей, выходы которых соединены с входами исполнительного органа, к соответствующему входу которого подключен выход четвертого операционного усилителя, а также первый источник опорного напряжения и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повыщения стабильности и точности контроля напряжений фаз сети, в него введены первый, второй, третий импульсные и четвертый пороговый транзисторные усилители, первый и второй диодные максиселекторы, транзисторный ключ, / С-цепь и второй источник опорного напряжения, при этом упомянутые выпрямители выполнены в виде однофазных двухполупериодных трансформаторно-выпрямительных блоков, минусовые выходные щины которых соединены с минусовыми выводами транзисторных усилителей, транзисторного ключа, / С-цепи, источников опорного напряжения и питания, блоки стабилизации выполнены в виде параллельных резонансных LC-контуров, входами соединенных с плюсовыми выходными шинами выпрямителей через разделительные диоды, инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с вторыми выходами первого, второго, третьего делителей напряжения через первый максиселектор, а его неинвертирующий вход - с выходом первого источника опорного напряжения, входы первого, второго, третьего транзисторных усилителей соединены с плюсовыми выходными шинами соответственно первого, второго, третьего выпрямителей, а эмиттерно(Л коллекторные переходы транзисторов этих усилителей шунтированы конденсаторами, при этом выводы их коллекторов через резисторы соединены каждый с плюсовым выводом источника питания, а через второй максиселектор - с входом четвертого транзисторного усилителя, вывод коллектора транзистора которого через разделительный диод соединен с неинвертирующим входом 00 СП 41 третьего операционного усилителя, плюсовой вывод / С-цепи через замыкающий контакт исполнительного органа соединен с плюсовым выводом источника питания, а через размыкающий контакт - с входом транзисл сторного ключа, коллектор транзистора которого подключен к выходу второго источника опорного напряжения, соединенному с инвертирующими входами первого, второго, третьего операционных усилителей.