Устройство для зищиты трехфазной электроустановки от неполнофазного режима Советский патент 1987 года по МПК H02H3/24 

11339727

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защите трехфазных частотно-регулируемых потребителей от неполнофаэных режимов питания о ,

Цель изобретения - повышение надежности защиты от Е1еполнофазных режимов питания путем исключения ложных срабатываний при изменениях напря жения питания трехфазных потребите- ю лей, связанных с изменениями частоты сети при глубоком частотном регулировании ,

На чертеже представлена схема устройства.15

Устройство содержит трехфазный од- нополупериодный выпрямитель 1, выполненный на первом 2, втором 3 и третьем 4 диодах и подключенный входами к фазам А, В и С трехфазной сети, ре- 20 агирующий орган 5, выполненный в виде транзисторного оптрона, светодиод которого шунтирован первым резистором 6 и анодом подключен к выходу трехфазного выпрямителя 1, а фототранзистор 25 первым выводом-коллектором, являющимся выходом устройства, через второй резистор 7 соединен с первым выводом дополнительного источника питания, а вторым выводом-эмиттером соединен 30 с вторым выводом этого источника, преобразователь 8 напряжение - сопротивление, выполненный на полевом тран зисторе 9, третьем 10 и четвертом 11 резисторах, преобразователь 12 частота - напряжение, содержащий три (по числу фаз трехфазной сети) интегрирующих элемента, первьй из которых состоит из четвертого диода 13, анодом подключенного к фазе А трехфазной сети, пятого резистора 14, одним выводом соединенного с катодом диода 13, а вторым выводом, являющимся выходом первого интегрирующего элемента, через первый конденсатор 15, соединенный с нулевой точкой сети.

Второй и третий интегрирующие элементы, входами подключенные к фазам В и С трехфазной сети, состоят из пятого диода 16, шестого резистора 17, второго конденсатора 18 и шестого диода 19, седьмого резистора 20 третьего конденсатора 21 соответст40

50

35

g н п л т л

венно, включенных аналогично диоду 13, резистору 14 и конденсатору 15, причем выходы первого, второго и третьего интегрирующих элементов соединены с анодами седьмого 22, восьмого 23 и девятого 24 диодов соответственно, катоды которых соединены в общую точку, являющуюся выходом преобразователя 12 частота - напряжение и соединенную с первым выводом третьего резистора 10, являющимся управляющим входом преобразователя 8 напряжение - сопротивление, причем второй вывод резистора 10 соединен с первым выводом - затвором - полевого транзистора 9, второй вывод которого - исток - соединен с катодом све- тодиода оптрона 5, а третий вывод - сток - соединен через четвертый резистор 11 с первым выводом (затвором) полевого транзистора 9 и с нулевой точкой сети,образованной восьмым 25, девятым 26 и десятым 27 резисторами, соединенными в звезду, к общей точке которых подключен переменный резистор 28.

Устройство работает следующим образом.

При номинальном напряжении в фазах А, В и С трехфазной сети напряжение между выходом вьшрямителя 1 и нулевой точкой сети

и

БЫПР

и. + и

р

где Од - прямое падение напряжения

на светодиоде оптрона 5j и - падение напряжения на преобразователе 8 напряжение - сопротивление.

р еобходимым и достаточным условием работы преобразователя 8 напряж:ение - сопротивление является линейная зависимость его сопротивления от напряжения на его управляющем входе. Это условие может быть реализовано изменением сопротивления канала полевого транзистора при изменении напряжения на его затворе. Простейшим примером схемной реализации преобразователя напряжение - сопротивление, удовлетворяющего приведенному условию его работы, является схема, приведенная на чертеже и содержащая резистор 10, первый вьгеод которого является управляющим входом преобразователя 8 напряжение - сопротивление, а второй вывод соединен с затвором полевого транзистора 9, между стоком и затвором которого включен резистор 11, При этом падение напряжения на преобразователе 8 напряжение - сопротивение Up есть падение напряжения

между истоком и -стоком полевого транзистора 9.

Напряжение, регулирующее сопротивление преобразователя 8 напряжение - сопротивление, поступает на его управляющий вход с выхода преобразователя 12 частота - напряжение, преобразующего частоту трехфазной сети в напряжение. При этом преобразователь 12 должен реагировать на изменения частоты трехфазной сети (одновременн во всех фазах) и не должен реагировать на неполнофазные режимы трехфазной сети (например, на пропадание напряжения в одной из фаз).

Простым примером реализации такой функции является представленная на чертеже схема преобразователя 12, содержащая три интегрирующих элемента (по числу фаз трехфазной сети) каждый из которых включает в себя диод, анодом подключенный к соответствующей фазе трехфазной сети (диоды 13, 16 и 19), резистор, первым выводом соединенный с катодом диода (резисторы 14, 17 и 20), и конденсатор, первым выводом соединенный со вторым выводом резистора, являющимся вторым выходом интегрирующего элемента, а вторым выводом - с нулевой точкой сети (конденсаторы 15, 18 и 21).

Выходы всех трех интегрирующих элементов через диоды 22-24 соединены в одну общую точку, являющуюся вы- 2g величине Up t JUp.

ходом преобразователя 12 частота - Параметры элементов схемы и преобразователя 12 частота - напряжение выбираются так, чтобы во всем диапазоне изменения частоты и напряжения сети обеспечивалось равенство

напряжение. Если при этом напряжение, соответствующее определенной частоте сети, поддерживается на выходе хотя

бы одного интегрирующего элемента, это напряжение поддерживается и на выходе преобразователя 12. Одновременное изменение частоты во всех трех фазах трехфазной сети вызывает соответствующее изменение напряжения на выходе каждого из трех интегрирующих элементов и на выходе преобразователя 12 частота - напряжение. При необходимости повышения точности преобразователя 12 входяш;ие в его состав интегрирующие элементы могут быть выполнены электронными (например, на базе операционных усилителей).

При фиксированной частоте трехфазной сети напряжение на выходе преобразователя 12 частота - напряжение и„ const, приложенное к управляющему входу преобразователя напряжение - сопротивление, поддерживает

40

dU

еипр

/1и„

Тогда,

45

- бЫПр

и + Up ,

50

55

что позволяет поддерживать неизменным прямое падение напряжения U, на све- тодиоде оптрона 5 и обеспечивает независимость работы устройства от изменений напряжения трехфазной сети, связанных с изменениями частоты сети при частотном регулировании.

При пропадании фазы напряжение , на выходе трехфазного выпрямителя 1 периодически снижается до нуля у что приводит к периодическому гашению светодиода оптрона 5, вызыпост янным сопротивление последнего, вследствие чего Up const.

Параметры элементов схемы выбираются таким образом, чтобы обеспечивалось соотношение

и. 1

пор

где и

пор

- пороговое напряжение зажигания светодиода. В этом случае светодиод оптрона 5 находится в излучающем состоянии, фототранзистор оптрона 5 насьщен и на

его коллекторе находится нулевой потенциал (уровень логического О).

При осуществлении частотного регулирования и повьшении (снижении) частоты сети повьшшется (снижается) напряжение в фазах трехфазной сети и напряжение на выходе выпрямителя 1 становится равным t/5 . Повышение (снижение) частоты сети вызывает изменение входных сигналов преобразователя 12 частота - напряжение и повышение (снижение) напряжения на его выходе, приложенного к управ- ляющеьгу входу преобразователя 8 напряжение - сопротивление, что приводит к увеличению (снижению) сопротивления преобразователя 8 напряжение - сопротивление и увеличению (снижению) падения напряжения на нем, при этом последнее становится равным

40

dU

еипр

/1и„

Тогда,

45

- бЫПр

и + Up ,

что позволяет поддерживать неизменным прямое падение напряжения U, на све- тодиоде оптрона 5 и обеспечивает независимость работы устройства от изменений напряжения трехфазной сети, связанных с изменениями частоты сети при частотном регулировании.

При пропадании фазы напряжение , на выходе трехфазного выпрямителя 1 периодически снижается до нуя у что приводит к периодическому гашению светодиода оптрона 5, вызы51339727

вающему периодическое запирание фото- лировании,

ленная цел

транзистора оптрона 5 и периодическое появление на коллекторе фототранзистора высокого уровня напряжения (уровня логической 1), являющегося сигналом о неполнофазном режиме питания. Этот сигнал может быть исполь- 9ован для управления трехфазным потребителем (например, для его отклю- чения или блокировки) или для индикации неполнофазного режима питания.

При снижении фазного напряжения или асимметрии фаз происходит периодическое снижение напряжения Ug на выходе трехфазного вьшрямителя 1 на величину 4Ug,f,p . Однако частота трехфазной сети в этом случае остается неизменной, напряжение на выходе преобразователя 12 частота - напряжение, приложенное к управляющему входу преобразователя 8 напряжение - сопротивление не изменяется, сопротивление последнего остается постоянным, и падение напряжения Up не меняется.

В этом случае

внир быпр

ил + и

Р

что приводит к периодическому снижению падения напряжения U, на свето- диоде оптрона 5 ниже пороговой величины |,к периодическому гашению светодиода, периодическому запиранию фототранзистора оптрона 5 и периодическому появлению на его коллекторе высокого уровня напряжения (уровня логической 1), являющегося сигналом о неполнофазных режимах питания.

Введение переменного резистора 28 между общей точкой соединенных в звезду резисторов 25-27 и управляемы преобразователем 8 позволяет смещать уровень искусственной нулевой точки и тем самым регулировать рабочий диапазон напряжений устройства.

Таким образом, устройство позволяет получить и использовать для управления или индикации сигнал о пропадании фазы, снижении фазного напряжения или асимметрии фаз при изменяющейся частоте сети, но не вырабатывает такой сигнал при снижении напряжения питания трехфазного потребителя, связанном со снижением частоты сети при глубоком частотном регу6

лировании,

чем достигается поставленная цель.

Применение предлагаемого изоб- J. ретения обеспечивает эффективную защиту частотно-регулируемых трехфазных потребителей от пропадания фазы, снижения фазного напряжения и асимметрии фаз при изменяющейся частоте 0 трехфазной сети, независимую от изменений напряжения питания, связанных с изменениями частоты сети при частотном регулировании.

5 Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазной электроустановки от неполнофазного режима, содержащее трехфазный одно0 полупериодный вьшрямитель, предназначенный для подключения входными контактами к фазам контролируемой сети, реагирующий орган в виде транзисторного оптрона, светодиод которого,

5 шунтированный первым резистором,своим анодом соединен с выходом упомянутого выпрямителя, а фототранзистор своим первым вьшодом-коллектором,яв- выходом устройства, через

0 второй резистор соединен с первым вы- в.одом дополнительного источника питания, а вторым выводом-эмиттером соединен с вторым выводом этого источника, переменный резистор, один вывод кг торого предназначйн для соединения с нулевой точкой сети, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности пу исключения ожных :..абатызаний при изменениях напряжения трехфазной сети связанны:: с изменениями частоты сети при глубоком частотном регулировании,оно дополнительно снабжено п{)р-образовате- лем частога-напряжение, предназначен- ным для под:; -:: 1ения своими входны-З за кимами к уя.знь М проводам v второму выводу переменного резистора, и преобразователем напряжение - сопротив- лс:чие, выполненным в лде полевого т;;анзистора, первый г ывод которого - затвор - через вновь введенный третий резистор соединен г выходом преобразователя частота - напряжение, вто- ро:л вывод - исток - соединен с катодом светодиода тра;1зисторного оптрона, с, третий вьтод - сток, соединенный вновь введенный четвертьш резистор с затвором, - подключен к второму выводу переменного резистора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повьшение надежности путем исключения ложных срабатываний при изменениях напряжения трехфазной сети, связанных с изменениями частоты сети при глубоком частотном регулировании. Это достигается тем, что при снижении фазного напряжения или асимметрии фаз на выходе трехфазного выпрямителя 1 происходит периодическое снижение напряжения . Однако напряжение на выходе преобразователя 12 частота - напряжение, приложенное к управляющему входу преобразователя 8 напряжение - сопротивление, не изменяется. Это приводит к периодическому снижению напряжения на светодиоде оптрона 5 ниже пороговой величины. Светодиод периодически гаснет и запирает фототранзистор оптрона 5. На коллекторе появляется напряжение высокого уровня, что является сигналом аварийного р ежима. 1 ил. (Л fД7Л. /-г. 00 х v| ю