Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки Советский патент 1988 года по МПК H02H7/85 H02H7/08 

ЙГзобретение относится к схемам защиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности.

В предлагаемом устройстве отличительный признак проявляет новые свойства, а именно, значительно повьшает быстродействие срабатывания исполнительного органа за счет отсутствия длительного спада вершины импульса.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в различных точках схемы устройства.

Устройство содержит датчик 1 контролируемой величины, например датчик тока или напряжения, выход которого подключен к входу преобразователя 2 постоянного напряжения в импульсное, скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемог сигнала, например однотактный магнитный усилитель с внутренней обратной связью.

Выход преобразователя 2 подключен на вход элемента 3 сравнения, например, логический элемент ИЛИ с двумя входами. К другому входу элемента 3 сравнения подключен выход преобразователя 4 опорной скважности, которая устанавливается задатчиком 5, например, потенциометром, подключенным к источнику постоянного напряжения. Преобразователи 2 и 4 питаются от источника 6 переменного напряжения, например транзисторный преобразователь, построенный по схеме трансформаторного мультивибратора. I .

Выход элемента 3 сравнения подключен к счетному входу триггера 7. Выходы триггера 7 подключены к входам управляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного напряжения в переменное прямоугольно формы. Выход преобразователя 8 подключен через выпрямитель 9, например диодный пост, к входу исполнительного органа 10, представляющего собой полупроводниковый релейный усилитель. Прямой Q и инверсный Q- выходы триггера 7 подключены соответственно к базам транзисторов 11 и 12 преобразователя 8, в коллекторные цепи которых включены перЬичные полуобмотки трансформатора 13. Эмиттеры транзисторов 11 и 12 соединены между собой и подключены к одному

выводу источника питания преобразователя. Второй вывод питания подключается к преобразователю 8 через токо- ограничивающий резистор 15. Выходная

обмотка 14 трансформатора 13 подключена на вход выпрямителя 9.

Параметры трансформатора транзисторного преобразователя должны быть связаны с периодом напряжения источника переменного напряжения и допустимой длительностью кратковременного всплеска контролируемой величины соотношения

2WSBs

иГ

T..e

пит

где - половина периода напряжения источника переменного напряжения;Atg g - допустимая длительность

кратковременного всплеска величины контролируемого параметра;

W, S

к В - соответственно число витков половины первичной обмотки, сечение сердечника и индукция выходного трансформатора транзисторного преобразователя.

Устройство работает следзгющим образом.

Переменное напряжение U источника 6 поступает на входы преобразователей 2 и 4. Задатчиком 5 устанавливают скважность импульсов напряжения и преобразователя 4, соответствующего требуемой уставке защиты. Напряжение ние и, с датчика 1 создает на выходе преобразователя 2 .скважность импульсов, соответствующую величине контролируемого сигнала. Импульсы напряжений с выходов преобразователей 2 и 4 сравнивают в элементе 3 сравнения. Сигнал и с выхода элемента сравнения подают на счетный вход триггера 7. Если величина сигнала U,

с выхода датчика 1 не достигла уровня уставки, сумма длительностей импульсов Uj и и с выхода преобразователей 2 и 4 будет меньше длительности половины периода напряжения Ug источника

6 переменного напряжения. Вследст- вии этого, напряжение U с выхода элемента 3 сравнения будет представлять собой последовательность прямоугольных импульсов, Которыми триггер

7 периодически опрокидывается из одного устойчивого состояния в другое. Импульсные напряжения с выходов q () и Q (и) триггера 7 поступают на входы (базы транзисторов 11 и 12) управляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного напряжения (например, от источника питания устройства) в переменное прямоугольной формы.

При этом поочередно через половину периода переключаются транзисторы 11 и 12. Напряжение источника питания прикладывается попеременно то к одной, то к другой половине первичной обмотки трансформатора 13. В сердечнике трансформатора 13 создается переменный магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке 14 переменное напряжение Ug прямоугольной формы, половина периода которого будет равна длительности импульсов и переключений триггера 7, если выполняется соотношение

Ттг

В 5

Напряжение Ug поступает на вход выпрямителя 9, а величина выпрямленного запирающего напряжения U) с выхода вьшрямителя 9 используется для удержания исполнительного органа 10 в отключенном состоянии. Благодаря прямоуголь.ности импульсов и, напряжение на выходе выпрямителя 9 не нуждается в дополнительном сглаживании фильтром.

Когда величина сигнала U, с датчика 1 достигает уровня уставки,, сумма длительностей импульсов напряжений Uj и и, преобразователей 2 и 4 становится больше или равна длительности половины периода напряжения Uj источника 6 переменного напряжения. В результате зтого напряжение Uj на выходе элемента 3 сравнения становится постоянным, а триггер 7 остается в одном из устойчивых состояний. Транзисторы 11 и 12 в преобразовател 8 остаются в одном из устойчивых состояний, трансформатор 13 в преобразователе 8 насьщается и напряжения на выходе преобразователя 8 выпрямителя 9 равны нулю. .Осутствие запирающего напряжения U . на выходе выпрямителя 9 приводит к срабатывани .исполнительного органа 10.

5

Момент исчезновения запирающего напряжения Uj определяется моментом насыщения сердечника трансформатора g 13. Длительность задержки Д-1,ад в этом случае определяется промежутком времени между моментом превьшения контролируемым напряжением величины уставки и моментом насьщения транс0 форматора. Допустимую длительность задержки &t,gj в этом случае определяют исходя из условия необходимой помехоустойчивости устройства к появлению случайньк кратковременных

5 вспле ёков контролируемого тока или напряжения, которые не вызывают повреждения электрооборудования или заметного снижения его ресурса. При появлении в контролируемом

0 напряжении U( такого импульса сумма длительностей импульсов с преобразователей 2 и 4 становится больше полупериода напряжения источника 6 питания. Это вызьгоает кратковременное

5 удлинение импульса с выхода элемента 3 сравнения, отсутствие одного или нескольких опрокидываний триггера 7. Но если трансформатор не насытится, то это не вызывает исчезновения нап0 ряжения на ВЕЛХОДНОЙ обмотке 14 трансформатора 13.

Таким образом, можно связать Допустимую длительность задержки AtjQ с параметрами трансформатора 13. Исходя из закона электромагнитной

индукции можно определить

и

РИГ

B SW. dt

it

Интегрируют и получают выражение

jot

о Отсюда

U t. ЗЛА

-в.

dB ..

Jnит

и пит

где - интервал

нас

времени.

в те

чение которого насьш;ает- ся сердечник трансфор а- тора 13.

С другой стороны дпя обеспечения нормальной работы устройства должно соблюдаться условие, при котором полупериод источника 6 переменного напряжения должен быть меньше . Отсюда,получают соотношение, которым связаны параметры трансформатора 13 с периодом источника 6 переменного напряжения и допустимой длительностью задержки ttg,дд срабатывания устройства в случае появления кратковременных случайных помех в контролируемом сигнале

ЦП

,гаА. и J

Технико-экономическое преимзпцест- во предлагаемого изобретения в сравнении с известным заключается в повышении быстродействия и надежности срабатывания исполнительного органа устройства защиты.

Задержка в срабатьгаании исполнительного органа bt в предлагаемом устройстве равна половине периода следования импульсов Т с выхода триггера

Тогда tg .ЗТтгИли и t : 3At|, .

Для повышения надежности устройства защиты на выходе выпрямителя устанавливают фильтр, от чего еще больше увеличивается задержка на срабатывание исполнительного органа устройства залщты из-за времени, необходимого п, для разряда конденсатора фильтра.

В предлагаемом устройстве задержка в срабатывании исполнительного органа по сравнению с известным устройством уменьшается более, чем в 3 раза, следовательно, использование предлагаемого устройства защиты значительно снижает перегрев и повьш1ает. надежность и срок службы оборудования при возникновении перегрузок по току или напряжению.

Формула изобретения

Изобретение относится к схемам защиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению. Целью изобретения является повьшение быстродействия и надежности. Цель достигается введением в устройство двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы. Задержка в срабатьгоании исполнительного органа по сравнению с прототипом уменьшается более чем в три раза, что снижает перегрев и увеличивает срок службы оборудования при перегрузках. 2 ил.

пр .г.

В известном техническом решении, в случае применения дифференцирующей цепи, задержка в срабатывании исполнительного органа A t равна

ut Л9ц

где bt - задержка в срабат ывании исполнительного органа в известном техническом решении;utg - длительность спада вершины

импульса на выходе дифференцирующей цепи при переключении триггера в устойчивое состояние.

Известно, что

. Ч.ч 3

где с - постоянная времени дифференцирующей цепи.

Для функционирования известного устройства защиты необходима, чтобы соблюдалось неравенство

,,

где tj, T-r,r - длительность импульса, поступающего с выхода триггера на вход дифференцирующе цепи.

Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки, содержащее источник переменного напряжения, выход которого подключен к первым входам преобразователя постоянного напряжения в импульсное, скважность

которого изменяется в зависимости от величины контролируемого сигнала, и преобразователя опорной скважности, к их вторым входам подключены соответственно вькоды датчика контролируемрй величины и задатчика скважности, выходы преобразователя постоянного напряжения в импульсное, скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемого сигнала, и

преобразователя опорной скважности подключены к соответствующим входам элемента сравнения, выход которого подключен к счетному входу триггера, выпрямитель, выход которого подключен

к входу исполнительного органа, о т- ли чающееся гем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в него Дополнительно вве- ден двухтактньй транзисторный преобРазователь постоянного наложения в переменное прямоугольной формы, содержащий первый и второй транзисторы токоограничивающий резистор и трансформатор, при.этой базы первого и

второго транзисторов являются входами твухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы и подключены соответственно к прямому и

X ucmowu/ i/ / u/T7aHi/fi npeaff/Xf3o6a/77ej}a

га

сригЛ