Способ автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой Советский патент 1987 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к способам автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой и может использовано в противоаварийной автоматике потребителей с синхронными двигателями и двумя источниками питания.

Цель изобретения - повышение качества напряжения в процессе ния резервного источника питания.

Введение операций измерения скорости и ускорения скольжения для оценки, величины ускорения скольжения необходимо для принятия обоснованного решения об отключении основного источника питания. Действительно, при потере питания от основного источника питания остаточное напряжение поддерживается за счет так называемого выбега роторов синхронных двигателей. При этом как величина, так и частота остаточного напряжения уменьшаются, а следовательно, растут

скорость и ускорение скольжения. I

Факт роста величины ускорения скольжения служит основанием для принятия решения об отключении основного источника.

Введение операций сдвига по фазе в сторону отставания напряжения основного источника и в сторону опережения напряжения резервного источника и включения в момент совпадения сдвинутых по фазе на пряжений резервного ис- пряжения в процессе включения резерв точника необходимо для исключения ного источника питания путем выбора бросков тока и появления сверхмоментов в момент включения. В связи с тем, что время включения выключателя ре40

момента включения резервного источнику питания, исключающего возникновение провалов напряжения, бросков тока и момента. Качество напряжения повьппается также и в связи с тем, что ускоряется процесс отключения неисправного основного источника питания и быстрее подключается резервньш исзервного источника конечно, команда на его включение должна быть подана с опережением. Угол опережения выбирается пропорциональным скорости скольжения (напряжение основного источника сдвигается в сторону отстава- 45 точник питания, т.е. приемники элект- ния на угол, пропорциональньм скорое- рической энергии меньшее время по- ти скольжения) и пропорциональным ускорению скольжения {напряжение резервного источника сдвигается в сторону опережения на угол, пропорциональный ускорению скольжения).

Момент опережения команды на включение выбирается таким, чтобы угол между напряжениями основного и ре- зервного источников питания к моменту ного по условиям синхронизации мо- контактов выключателя резервного ис- мента подачи команды на включение ре- точника питания был равен нулю. Этим зервного источника питания, ускоряет будут сведены на нет возмущения, обыч- процесс перевода источников питания, обычно возникающие в системе электро- , в результата; повышается качество

лучают электрическую энергию от неисправного ввода.

Изобретение позволяет исключить 50 несанкционированное отключение основного источника в случае,когда частоты напряжений основного и резервного источников неодинаковы. Его использование обеспечивает выбор оптималь

5

сртабжения при сиихронизап.ии двух напряжений, что приведет к повышению качества напряжения. Кроме того, достигается и ускорение процесса перевода питания с основного источника на резервный. У прототипа при выборе момента отключения основного и включения резервного источника питания используется информация, получаемая при анализе параметров напряжения биения. При этом команда на включение не может быть подана в первом и даже во втором периоде биений. При использовании предлагаемого способа для получения информации о скорости и ускорении скольжения нет необходимости в использовании напряжения биений и команду на включение резервного источника можно сформировать даже в первом 0 периоде биений.

Введение операций измерения скорости и ускорения скольжения, сравнения ускорения скольжения с заданной вели5 чиной, сдвига по фазе в сторону отставания напряжения основного источника на угол, пропорциональньм скорости скольжения, сдвига по фазе в сторону опережения напряжения резерв0 ного источника на угол, пропорциональный ускорению скольжения, и включения резервного источника в момент совпадения сдвинутых по фазе напряжений позволяет повысить качество напряжения в процессе включения резерв ного источника питания путем выбора

момента включения резервного источнику питания, исключающего возникновение провалов напряжения, бросков тока и момента. Качество напряжения повьппается также и в связи с тем, что ускоряется процесс отключения неисправного основного источника питания и быстрее подключается резервньш источник питания, т.е. приемники элект- рической энергии меньшее время по-

точник питания, т.е. приемники элект- рической энергии меньшее время по-

ного по условиям синхронизации мо- мента подачи команды на включение ре- зервного источника питания, ускоряет процесс перевода источников питания, в результата; повышается качество

лучают электрическую энергию от неисправного ввода.

Изобретение позволяет исключить несанкционированное отключение основного источника в случае,когда частоты напряжений основного и резервного источников неодинаковы. Его использование обеспечивает выбор оптималь312

электроэнергии и исключается появление возму1цений (провалов напряжения, бросков тока и сверхмоментов), которые могут вызвать выход из строя оборудования.

На фиг.1 изображена векторная диаграмма , показывающая сдвиг по фазе напряжений основного и резервного источников, на фир,2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

На Фиг.1 обозначены- напряжение И, и угловая частота сО основного источника питания, напряженке U и угло- вал частота ь, резервного источника питания, сдвинутые по фазе напряжения и, , и основного и резервного источников питания.

Напряжение основного источника питания и, сдвинуто по фазе в сторону отставания на угол d ,, величина которого равна:

ci .,, (1)

где uJ,2-6J - угловая скорость

скольжения; ,,„. - время включения резервноОТЧЛ .

го источника питания. I

Напряжение резервного источника питания и, сдвинуто по фазе в сторону опережения на угол oL , величина которого равна:

л( - a-j- ,

где Eg - ускорение скольжения.

К моменту совпадения сдвинутых по фазе напряжений U и U угол S между напряжениями U и U равен:

1 т.

5- -вЧкл +Ч-Г- (3)

Если подать команду на включение выключателя резервного источника питания в момент совпадения напряжений и и и,, то за время замыкания контактов выключателя t угол между напряжениями U и U,. уменьшится от величины 8 до нуля, в результате будут исключены возможные последствия несинфазного включения двух напряжений.

Устройство, реализующее предлагае- мый способ, содержит формирователи 1 и 2 импульсов, триггер 3, активньй фильтр 4, состоящий из трех последовательно включенных интегрирукнцих уси971

5

, JO , J5

20 25

30

35

.,.

j Q ее694

лителей 5,6 и 7, первый 8 и второй 9 суммирующие операционные усилители, блок 10 сравнения, цепь 11 отключения выключателя основного источника, пер- вьй 12 и второй 13 одновибраторы, выходной триггер 14, релейный блок 15, размыкающие блок-контакты включателя основного источника 16 и цепь 17 включения выключателя резервного источника.

На вход формирователя 1 импульсов подано напряжение основного источника Uj , на вход формирователя 2 импульсов напряжение резервного источника и. На выходе этих формирователей сигналы Ц, и и, имеют вид импульсных последовательностей (фиг.З), жестко привязанных к нулевой фазе соответствующих синусоид. Записывающий единицу вход триггера 3 присоединен к выходу формирователя 1 импульсов, а записывающий нуль вход триггера 3 - к выходу формирователя 2 импульсов. Выход триггера 3 присоеди11ен к входу активного фильтра 4, а именно к первому входу первого интегрирующего операционного усилителя 5, к второму входу которого присоединен выход третьего интегрирующего операционного усилителя 7, к третьему входу усилителя 7 и к третьему входу усилителя 5 присоединен выход второго интегрирующего операционного усилителя 6, а к четвертому входу усилителя 5 присоединен выход этого усилителя. На первый вход суммирующего операционного усилителя 8 подано напряжение , пропорциональное фазовому углу 2Jt, а второй вход этого усилителя присоединен к выходу первого интегрирующего операционного усилителя 5. Первый вход блока 10 сравнения присоединен к выходу первого интегрирующего операционного усилителя 5, а на второй вход блока 10 сравнения подается напряжение, пропорциональное заданному значению ускорения скольжения. Выход блока 10 сравнения присоединен к цепи 11 отключения вьшлючателя основного источника питания. Выход первого суммирующего операционного усилителя

8присоединен к одному из входов первого одновибратора 12, второй вход которого присоединен к выходу формирователя 2 импульсов. Выход второго суммирующего операционного усилителя

9присоединен к одному из входов второго одновибратора 13, второй вход которого присоединен к выходу формиро-

вателя 1 импульсов. Выходы первого 12 и второго 13 одновибраторов присоеди- не-ны к входам выходного триггера 14, выход которого присоединен к входу ре- релейного блока 15, который срабаты- вает Б момент переброса выходного напряжения на триггере 14 с максимального значения до минимального.

Выход релейного блока 15 через размыкающие блок-контакты 16 выключателя Ю основного источника питания присоединен к цепи 17 включения выключателя резервного источника питания.

Устройство работает следугоп им образом.15

Импульсные последовательности

и

и

я поступающие на входы триггера 3 у образуют на его выходе импульсную последовательность U, среднее значение которой пропорционально углу сдвига фаз напряжениями основного-и резервного источников- Напряжение U,. подается на вход цепи из трех последовательно включенных интегрирующих усилителей 5, б и 7, охваченных обратными связями так. что результирующая передт;аточная функция соответствует звену третьего порядка вида

Р1 +1

(4)

где К - коэффициент усиления, з,Ъ,с коэффициенты при производных

Р -т - оператор дифференцирования.

Поскольку звено, описываемое выражением (4) , liMeeT вполне определенную полосу пропускания, зависящую от выбора коэффициентов а, Ь, с, то его можно рассматривать как активньм фильтр. Сигнал на выходе фильтра пропорционален текуптему углу сдвига фаз между напряжениями основного и резервного источников питания. Так как сигнал на выходе третьего интегрирующего операционного усилителя пропорционален углу сдвига фаз, то сигнал U| на его входе, т.е. на выходе интегрирующего операционного усилителя, пропорционален скорости скольжения ы . Очевидно, что сигнал U(- -.на входе второго интегрирующего операционного усилителя, а значит сигнал на выходе первого интегрирующего операционного усилителя пропорционален ускорению скольжения, В случае, когда текущее значение ускорения

15

i:,. появляется сигнал на

скольжения

выходе блока 10 сравнения и производится выключение выключателя основного источника питания.

В первом суммирующем операционном усилителе 8 производится вычисление величины напряжения, пропорционального ускорению скольжения, причем коэффициентом пропорциональности служит величина половины квадрата времени включения t выключателя резервного источника питания. Напряжение U на

о

вьпсоде этого усилителя определяется в соответствии с выражением:

Ug U12TT - (5)

Во втором суммирующем операционном усилителе 9 производится вычисление величины напряжения, пропорционального скорости скольжения, причем коэффициентом пропорциональности служит величина времетш включения t включателя резервного источника питания. 25 Напряжение U, на выходе этого усили0

0

теля определяется выражением:

3 ,-t,j

Напряжения U „

в соответствии с

и

(6)

подаются на

5

входы управляемых одновибраторов 12 и 13. При этом импульсная последовательность Uj, сдвигается в одновибра- торе 12 в сторону отставания на угол оЦ , равньй

1.

t.

(7)

Сдвиг импульсной последовательнос- 40 тью U,j в сторону отставания на угол эквивалентен сдвигу этой последовательности в сторону опережения на

угол,с,, равный j

i- btei-

2

5

В одновибраторе 13 импульсная последовательность Uji сдвигается в сторону отставания на угол ы , равньй

uJ-t

0

Выходной триггер 14 управ- по раздельным входам и импульсбкл.

ляется

ными последовательностями

и..и

и

13

5

Величина среднего напряжения на де выходного триггера 14 контролируется релейным блоком. В момент скачкообразного изменения напряжения на выходе выходного триггера 14, что име- ет место при совпадении сдвинутых по фазе импульсных последовательностей U,, и и, , релейный блок 15 подает команду/

на включение выключателя резервного источника питания. Команда проходит, если выключатель основного источника питания выключен и его блок-контакты 16 замкнуты,

Все блоки предлагаемого устройства могут быть выполнены на базе ин- тегральньк микросхем любой серии, содержащей в своем составе операционные Ю жения основного и резервного источниусилители, триггеры и логические элементы И-НЕ, ИПИ-НЕ.

При изменений предлагаемого способа не требуются дополнительные изме- рительные органы, контролирующие уровень напряжения биения, и достаточно ограничиться только замером фазовых и частотных параметров иитакнцих напряжений. Кроме того, продлевается срок работы источников питания, так как исключается их включение на параллельную работу с отступлениями от оптимальных условий синхронизма и повышается качество, электроснабже- ния приемников электрической энергии

При включении резервного источника питания по предлагаемому способу в системе электроснабжения не будут

возникать переходные процессы, свя-

занные с несинхронным включением источников питания.

Формула изобретения

Способ автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, согласно которому сравнивают между собой напряков питания, отличаюший- с я TeNj, что, с целью повьшения ка- чества напряжения в процессе включения резервного источника питания, дополнительно измеряют скорость и ускорение скольжения напряжений основного и резервного источников питания, сравнивают ускорение скольжения с заданной величиной и при превьшении ускорением скольжения заданной величины отключают основной источник питания, сдвигают по фазе в сторону отставания напряжение основного источника на угол, пропорциональный скорости скольжения, а напряжение резервного источника сдвигают в сторону опережения на угол, пропорциональный ускорению скольжения, и в момент совпадения сдвинутых по фазе напряжений включают

Изобретение относится к способам автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой и, в частности может быть использовано в противоаварийной автоматике потребителей с синхронными двигателями и двумя источниками питания. Цель - повышение качества напряжения в процессе включения резервного источника питания. Измерение скорости и ускорения скольжения, сравнение ускорения скольжения с заданной величиной, сдвиг по фазе в сторону отставания -напряжения основного источника на угол, пропорциональный скорости скольжения, сдвига по фазе в сторону опережения напряжения резервного источника на угол, пропорциональный ускорению скольжения и включение резервного источника в момент совпадения сдвинутых по фазе напряжений позволяет повысить качество напряжения в процессе включения резервного источника питания путем выбор а момента включения резервного источника питания, исключающего возникновение провалов напряжения, бросков тока и момента. 3 ил. с (Л ГчЭ ;о О5 со

У( Фиг1

)

Фиг I

У;

a.