Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током Советский патент 1986 года по МПК H02H3/08 

, выходах накапливающего сумматора 6. Если в процессе работы устройства код на выходе накапливающего сумматора 6 превысит код предельного числа, то на выходе компаратора 12 появляется сигнал логической единицы. Исполнительный орган 14 размыкает цепь электропитания контролируемого объекта. С этого момента устройство начинает моделировать процесс охлаждения электрооборудования, код на

74052

выходе накапливающего сумматора 6 меняется дискретно и приближается к значению, соответствующему отсутст вию тока в контролируемом электрооборудовании. Таким образом, изменение содержимого накапливающего сумматора 6 моделирует процесс нагрева и охлаждения защищаемого электрооборудования при любых нагрузках, что

, позволяет учитывать предварительный нагрев электрооборудования. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для защиты электрообоурдования от перегрева током. Цель изобретения - увеличение точности контроля теплового режима путем моделирования процесса охлаждения. Датчик 1 тока преобразует ток, протекающий через защищаемое электрооборудование, в пропорциональное однополярное, сглаженное напряжение,которое поступает на вход квадратора 2. Далее этот сигнал преобразуется в аналогоцифровом преобразователе 3 в двоичный п-разрядный код, соответствующий установившейся температуре. Разрядность кода определяется требуемой с S точностью вычисления и диапазоном контролируемых температур перегрева. (Л Двоичный код,, соответсвующий вычисленной температуре, присутствует на

I

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от перегрева электротоком элементов оборудования.

Цель изобретения - увеличение точности контроля теплового режима путем моделирования процесса охлаждения .

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 тока, квадратор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, дополнительный сумматор 4, формирователь 5 сигнала логической единицы, накапливающий сумматор 6, в состав которого входи . сумматор 7 и регистр 8 памяти, инветор 9, формирователь 10 сигнала начальной установки регистра 8, генератор 11 тактовых импульсов, цифровой компаратор 12, задатчик 13 предельного числа, исполнительный орган 14.

Устройство работает следующим .образом.

При включении напряжения питания формирователь 10 сигнала начальной установки вырабатывает импульс, который, приходя на вход начальной установки регистра 8, устанавливает во всех разрядах регистра 8 логические нули, т.е, код, соответствующий температуре перегрева электрооборудования в начальный момент времени С (0) 0. Формирователь 5 сигнала логической единицы вырабатывает и подает на вход переноса сумматора 4 постоянное напряжение, уровень которого соответствует логической единице.

Задатчик 13 предельного числа подает на вход компаратора 12 код,

соответствующий предельному значению температуры перегрева электрооборудования .

Формирователь 10 сигнала начальной установки может быть выполнен

на основе RC-цепи, от постоянной

времени которой зависит длительность импульса начальной установки. Формирователь 5 сигнала логической единицы может быть выполнен в виде резистора, подключенного к определенной шине питания. Задатчик 13 предельного числа может быть выполнен в виде набора перемычек или тумблеров, подключающих отдельныеразряды его выхода к соответствующему логическому уровню напряжения О или 1. С выхода генератора 11 тактовых импульсов на синхровход регистра 8 с периодом ut поступают тактовые импульсы. В момент прихода очередного тактового импульса код с выхода сумматора 7, соответствующий вычисленной к этому моменту температуре перегрева электрооборудования, записывается в регистр 8.

Вычисление температуры перегрева электрооборудования осуществляется

согласно следующему вьфажению

(t + &t) t(t) +

ut

3

Т -(t),

(11

гдео(с) - температура перегрева электрооборудования;

Т - установившаяся температура перегрева;

Т - тепловая постоянная времени электрооборудования

Датчик 1 тока преобразует ток, протекающий через защищаемое электрооборудование, в пропорциональное току однополярное, сглаженное напряжение .

Датчик 1 тока может быть выполне на резисторе или трансформаторе тока включенном в контролируемую цепь, с последовательным присоединением вьшрямителя и сглаживающего фильтра.

С выхода датчика 1 тока сигнал, пропорциональный току, поступает на вход квадратора 2.

С выхода квадратора 2 сигнал, пропорциональный квадрату контролируемого тока, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3. В результате преобразования на выходе аналого-цифрового преобразователя 3 получается двоичный п-разрядный код соответствукщий установшейся температуре ij . Разрядность п кода определяется требуемой точностью вычислений согласно (1) и диапазоном температур перегрева электрооборудования. Двоичный код, соответствующий вычисленной температуре Т (t) перегрева электрооборудования для момента времени t, хранится в регистре 8 и присутствует в прямом и инверсном виде на его выхода, а значит на выходах накапливающего сумматора 6.

Вычисление разности - t (t), входящей в второе слагаемое выражения (1), производится на дополнительном сумматоре 4. На его первый вход с .выхода аналого-цифрового преобразователя 3 приходит код, соответствующий установившейся температуре Ьц . На второй вход сумматора 4 приходит код с инверсного выхода накапливающего сумматора 6. Так как на вход сигнала переноса сумматора 4 подана логическая единица, то обратный код, пришедший на второй вход сумматора 4, превращается в дополнительный, соответствующий температуре (t) перегрева со знаком минус.

В результате суммирования кода, соответствующего установившейся температуре (t) , и кода, соответствующего отрицательному значению температуры перегрева - ((t), на выход сумматора 4 образуется код, соответствующий разности (t)

Установившаяся температура t, и температура f(t) перегрева до момента времени t величины неотрицательные. Поэтому, если су -tr (t), что соответствует режиму нагрева ил теплового равновесия, то разность -ГУ - t-(t) О, а если (t), что соответствует режиму охлаждения то разность - ( (t) 0. В первом случае на выходе сумматора 4 образуется прямой код разности - I) (t) О, а сигнал переноса Р, 1. Во втором случае на выходе сумматора 4 образуется дополнительный код разности tn - CCt) О, а сигнал переноса Р 0.

На сумматоре 4 всегда вьшолняется операция вычитания, т.е. суммируются коды, приходящие один всегда в прямом виде с выхода аналого-цифрового преобразователя 3, другой всегда в обратном виде с выхода накапливающего сумматора 6, знаковые разряды в этих кодах опущены. Для первого кода в этом разряде всегда присутствует логический ноль, а для второго кода - логическая единица, а на выходе сумматора 4 в знаковом разряде появляется ноль в случае, когда разность Ту - б (t) О и, наоборот, логическая единица, когда i(j - t (t) 0. В предлагаемом ycройстве предложен вариант, когда все п разрядов п-разрядного сумматора 4 являются информационными, а знак .разности см - Т (t) на выходе сумматора 4 определяется по сигналу на выходе переноса Р, . Для определения температуры перегрева электрооборудования в следующий момент времени t + 4 t выполнение операции суммироваеия согласно выражению (1) производится на сумматоре 7 накапливающего сумматора 6.

На его первый вход с выхода регистра 8 поступает прямой код, соответствующий температуре TCt) перегрева электрооборудования в момент времени t. На первый вход сумматора 7 с выхода второго сумматора 4 приходит код, соответствующий разности сц - c(t), умноженной на коэффит иент - «: 1. Так как других ограничений на этот коэффициент нет, то для удобства умножения в двоичной системе его величину можно выбрать из ряда , где m - достаточно большое натуральное число, выбираемое из. условия обеспечения требуемой точности работы устройства. Соотношение 2 -однозначно определяет пери од следования тактовых импульсов с, выхода генератора 11 fit , где Т - тепловая постоянная времени электрооборудования. Умножение кода на число в двоичной системе производится простым сдвигом двоичного кода на m разрядов | в сторону младших разрядов. Поэтому код, соответствующий разности температур Тц -TCt), с выхода сумматора 4 поступает на второй вход сумматора 7 сме щенным на m разрядов в сторону младших разрядов кода. Для повышения точности вычисления температуры перегрева электрооборудования младщие разряды кода, соответствующие At Г числу - I не отбрасыва ются, а поступают на дополнительные младшие m разрядов сумматора 7. Поэ тому разрядность накапливающего сум матора 6 становится равной п + т, где п - число разрядов аналого-цифр вого преобразователя 3. Для окончательного формирования кода на втором входе сумматора 7, после того, как на его младшие п ра рядов пришел код с выхода сумматора 4, используется сигнал на выходе переноса сумматора 4. Если код на выходе сумматора дополнительный, то сигнал с выхода переноса сумматора 4 через инвертор 9 устанавливает на m старших разрядах второго входа сумматора 7 логические единицы. Если код на выходе сумматора прямой, то на m старших разрядов второго входа сумматора 7 устанавливаются логические нули. Таким образом, на сумматоре 7 производится суммирование кодов согласно выражению (1). На вход первого числа приходит прямой код, соответствующий всегда положительной температуре перегрева b(t), а на вход второго числа прихо дит прямой или дополнительный код, соответствующий приращению или убыванию температуры перегрева за врем At. В момент временп t + иt на синх ровход регистра 8 приходит тактовый импульс. Код, соответствующий температуре перегр,ева электрооборудования для момента времени t + flt, с выхода сумматора 7 заносится в регистр 8 и появляется на,его выходах. Прямой и инверсный коды с выхода регистра 8 поступают на входы соответственно сумматоров 7 и 4 .цля вычисления TeM-v пературы neperpeta электрооборудования для момента времени t + 2ut. При изменении тока в цепи питания электрооборудования код, соответствующий приращению или убыванию температуры перегрева за время ut, определяется кодом, соо7ветствуюш им тетекущему значению температуры перегрева TCt), и кодом, соответствующим новому значению Гц , определяемому новым значением тока. Прямой код, соответствующий вычисленной температуре t(t + At), поступающий на первый вход компаратора 1 2 и сравнивается с кодом предельного числа, поступающим, на второй вход компаратора 12. Если в процессе работы устройства код на выходе накапливанщего сумматора 6 превышает код предельного числа, то на выходе компаратора 12 появляется сигнал логическая единица Испольнительный орган 14, представляющий собой усилитель и реле, . используя выходной сигнал компаратора 12, размыкает цепь электропитания контролируемого объекта. С этого момента предлагаемое устройство начинает моделировать процесс охлаждения электрооборудования. Код на выходе накапливакмцего сумматора 6 дискретно с периодом At меняется и по экспоненте приближается к значению, соответствующему установившейся температуре Гп О, что стответствует отсутствию тока в контролируемом электрооборудовании. Таким образом, изменение содержимого накапливающего сумматора 6 моделирует процесс нагрева и охлаждения защищаемого электрооборудования при любой нагрузке последнего, в том числе и при кратковременных перегрузках. Это позволяет учитывать в момент перегрузки предварительный нагрев электрооборудования током, меньше номинального, и тем самым повысить точность работы устройства защиты. обретени Формула Устройство для защиты электрообо рудования от перегрева током, содер жащее датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, задатчик предельного чис ла и последовательно соединенные на капливающий сумматор, компаратор и исполнительный орган, причем первый вход накапливающего сумматора соеди яен с его же выходом, а его синхровход - с выходом генератору тактовых импульсов, второй,вход компаратора соединен с выходом задатчика предельного числа, отличающее с я тем, что, с целью увеличения точности контроля теплового режима путем моделирования процесса охлаждения, в него введены квадратор, дополнительный сумматор, инвертор и формирователи сигнала ло28гической единицы и начальной установки, причем квадратор включен между выходом датчика тока и входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого прдключен к первому входу дополнительного сумматора, выход которого подключен к п мпад- шим разрядам второго входа накапливающего сумматора, а старшие разряды этого входа объединены и через инвертор соединены с выходом сигнала переноса дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с п старшими разрядами инверсного выхода канапливающего сумматора, вход сигнала начальной установки которого соединен с выходом формирователя сигнала начальной установки, а вход сигнала переноса дополнительного сумматора - с выходом формирователя сигнала логической единицы .