Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима Советский патент 1988 года по МПК H02H7/06 

4ik

//а сигнал

ФагЛ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического выявления асинхронного,режима синхронной машины.

Целью изобретения является повышение точности определения фазового угла между током и напряжением статора синхронной машины и повышение надежности функционирования устройства путем самоконтроля отказов при неисправностях.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, ноясняющие его работу.

Устройство содержит преобразователь 1 напряжения с тремя одинаковыми вторичными обмотками, преобразователь 2 тока с двумя одинаковыми вторичными обмотками, подключенные к блоку 3 геометрической разности и блоку 4 арифметического суммирования, соединенные с органом 5 сравнения, усилители-формирователи 6 и 7, на выходах которых включены логический элемент ЗАПРЕТ 8 и инвертор 9 соответственно, од- новибратор 10, подключенный к логическому элементу И-НЕ 11, который соединен через расширитель 12 импульсов и фильтр 13 низкой частоты с исполнительным блоком 14, логический элемент ИЛИ -НЕ 15, соединенный через логический элемент И-НЕ 16 с реагирующим органом 17.

Блок 3 геометрической разности состоит из однофазного выпрямительного моста с разделительными диодами, включенными согласно с основными. К анодам разделительных диодов подключена первая вторичная обмотка преобразователя тока, а к катодам - первая вторичная обмотка преобразователя напряжения. Блок 4 арифметического суммирования состоит из двух последовательно соединенных однофазных выпрямительных мостов, причем к входу одного моста подключена вторая обмотка преобразователя 1 напряжения, а, к другому - вторая обмотка преобразователя 2 тока. Одни однополярные выводы блоков 3, 4 объединены, а другие подключены к входам органа 5 сравнения, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя 7, выход которого соединен с входом инвертора 9 и прямым входом логического элемента ЗАПРЕТ 8 выход которого соединен с входом одно- вибратора 10, выход которого соединен с первыми входами логических элементов И-НЕ 11 и 16. Входы усилителя-формирователя 6 подключены к третьей обмотке преобразователя 1 напряжения, а выход соединен с инверсным входом логического элемента ЗАПРЕТ 8, вторым входом логического эле- .мента И-НЕ 11 и первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 15, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И-НЕ 16, выход которого соединен с входом реагируюш,его органа 17, выход которого соединен с третьим входом логического элемента И-НЕ 11. Выход инвертора 9 соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 15 и четвертым входом логического элемента И-НЕ 11, выход которого соединен с входом расширите- ля 12 импульсов, выход которого соединен с входом фильтра 13 низкой частоты, выход которого соединен с исполнительным блоком 14,

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигна л б.мока 3 геометричес

5

кои разности зависит от угла между векторами напряжений вторичных обмоток преобразователей напряжении и тока. При угле между вгкторами 180 вь ходной сигнал мак- сима;1ен и равен арифметической сум.ме напряжений преобра:ювате. 1я, при нулевом угле выходной сигна.ч минимален и равен вы- прям.имиюму напряжению преобразователя, имеющему большее значение.

Ширина разностного (дифференциально- 14)) сигнала между блоками 4 арифметичес0 кого суммирования и 3 геометрической разности на В1)1ходе органа 5 сравнения пропорциональна фазовому углу между током и напряжением, подведенным к преобра- зовате.1ям в диапазоне углов 180-360°, приC чем передние фронты разностного сигнала и кривой напряжения совпадают, в диапазоне углов О 180 1нирина разностного сигнала обратно пропорциональна фазовому углу, при этом совпадают задние фронты разностного сигнала и кривой напряжения (фиг. 3).

0 Ширина и фаза разностного сигнала не зависят от абсолютной величины подводимых тока и напряжения.

Линейное напряжение, например LJi-, и ток, например Ь подаются на входы преобразователей 1 напряжения и 2 тока, с выходов которых преобразованные напряжения подаются на входы блока 3 геометрической разности, блока 4 арифметического суммирования и усилителя-формирователя 6 напряжения. Разностный (дифференциаль0 ный) сигнал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммирования с выхода органа 5 сравнения (фиг. 26) подается на усилитель-формирователь 7. В усилителях-формирователях 6 и 7 сигналы преобразуются в пря.моугольные импульсы. Сформированные в усилителе- формирователе 6 импульсы (фиг. 2а) подаются на входы логических элементов И- НЕ 11, ИЛИ-НЕ 15 и ЗАПРЕТ 8, а с вы- .хода усилителя-формирователя 7 (фиг. 26)-0 на входы логического элемента ЗАПРЕТ 8 и инвертор 9, где инвертируются (фиг. 2в) и подаются на входы логических элементов И-НЕ 11 и ИЛИ-НЕ 15. В периоды совпадения импульсов низкого уровня на выходе усилителя-форми5 рователя 6 и высокого уровня на выходе усилителя-формирователя 7 (фиг. 2 г) возбуж- /хается одновибратор 10, с выхода которого импульсы (фиг. 2д) подаются на входы логических элементов И - НЕ 11 и И-111 . Ui. Импульс низкого уровня на выходе /иии- ческого элемента И-НЕ 11 (фиг. 2с) появляется только в том случае, когда длиггль- ность импульса одновибратора 10 б(). 1ыие длительности импульса низкого уровня с lu.i- хода инвертора 9, при этом на выходах усилителя-формирователя б и реагирующего органа 17 сформированы импульсы высокого уровня. Указанное состояние возникает только в случае асинхронного режима и исключено в нормальном режиме, в режиме обратного тока, при обрыве во входных цепях напряжения или тока, а также при неисправностях в устройстве.

Уставка срабатывания задается путем изменения длительности импульса одновибра- тора 9. Импульс логического элемента И- НЕ II расширяется расширителем 12 импульсов (фиг. 2ж), сглаживается фильтром 13 низкой частоты (фиг. 2з) и подается на исполнительный блок 14. Использование расширителя 12 импульсов суш,ественно повышает быстродействие устройства, так как позволяет применить фильтр 13 с незначительным запаздыванием, условия работы которого не зависят от времени совпадения импульсов на входах логического элемента И-НЕ 11.

При подаче на преобразователь тока фазного тока Ь, а на преобразователь напряжения - линейного напряжения двух других фаз, направленного в сторону опе- режаюа1.ей фазы, т.е. Уев, устройство четко фиксируе 1 асинхронный режим при угле у между напряжением и током статора 30 и более эл. рад. в сторону отставания (рекомендуемая уставка для случая синхронного двигателя). В нормальном режиме угол -if обычно находится в диапазоне 25-35° в сторону опережения.

Угол между UCB и Ь для нормального режима составляет 60°, а для асинхронного режима 120° в сторону отставания (фиг. 3). При углах 180-360° устройство не срабатывает, так как в этот полупериод входного напряжения отсутствуют импульсы одновибратора (фиг. 2д).

В нормальном режиме на обоих входах логического элемента И-НЕ 16 совпадают импульсы в течение времени прохождения импульса высокого уровня от одновибратора 10. Реагируюший орган 17 срабатывает при поступлении на его вход постоянного сигнала высокого уровня от логического элемента ИЛИ-НЕ 16 и не срабатывает при поступлении импульсов.

Постоянный сигнал низкого уровня на выходе одновибратора 10 появляется в случае отсутствия напряжения или тока на входе устройства, так как на выходе органа 5 сравнения нет выходного сигнала; при неисправности в органе 5 сравнения или усилителе- формирователе 7, приводяш,ей к постоянному

1 игналу низкого уровни на их выходе; при неисправности в .чогическом элементе ЗАПРЕТ, приводящей к постоянному си|-на,-|у па его выходе; при неисправности в одно- вибраторе.

Постоянный сигнал низкого уровня па выходе, логического элемента ИЛИ - 11Н 16 появляется в случае неисправности з yrn,in- теле-формирователе 6 или инверторе 9, приводящей к постоянному сигналу высокого

0 уровня на их выходе.

Во всех указанных случаях импульсы на выходе логического элемента И-НЕ 16 исчезают, что приводит к срабатыванию реагирующего органа 15, выдаче сигнала о неисг правности устройства и блокировке логического элемента И-НЕ 11, чем и обеспечивается самоконтроль отказов.

Непосредственное измерение фазового угла путем сравиепия естественных кривых 0 тока и напряжения в блоках геометрической разности и арифметического сумми- рова})ия устраняет ошибки, вносимые усилителями-формирователями, что повышает точность из.мерения угла. Усилитель-форми|)ова- тель 6 является синхронизирующим и не участвует в определении фазового уг.ча.

Введение самоконтроля отказов при не- . исправностях устройства повышает надежность его функционирования.

30

Формула изобретения

Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима по фазовому углу между током и напряжением статора синхронной машины, содержащее

5 преобразователь напряжения, преобразователь тока, первый и второй усилители- формирователи, инвертор, одновибратор и ,чо- гический элемент И - НЕ, выход которого через последовательно соединенные расширитель импульсов и фильтр низкой частоты

0 соединен с входом исполнительного б.юка, отличающееся тем, что, с целью гювышепия точности определения фазового угла между током и напряжением статора синхронной машины и повышения надежности функг ционирования путем самоконтроля отказов при неисправностях устройства, в него введены блок арифметического суммирования, блок геометрической разности, орган сравнения, логический элемент ЗАПРЕТ, логический элемент ИЛИ-НЕ, второй логичегQ кий элемент И - НЕ и реагирующий оргап, причем преобразователи нап15яжения и тока имеют одну первичную и две одинаков1 1е вторичные об.мотки, при этом блок арифметического су.ммирования выполнен в виде двух последовательно соединенных однофаз5 ных выпрямительных мостов, блок геометрической разности выполнен в виде однофазного выпря.мительного моста с дв мя разделительными диодами, включенными cor. iaeно с основными, причем к анодам разделительных диодов подключены выводы первой вторичной обмотки преобразователя напряжения, а к катодам - выводы первой вторичной обмотки преобразователя тока, к первому и второму мостам блока арифметического суммирования подключены другие вторичные обмотки преобразователей напряжения и тока соответственно, одни одно- полярные выводы блоков арифметического суммирования и геометрической разности объединены, а к другим однополярным выводам подключены входы органа сравнения, выход которого через первый усилитель-формирователь соединен с входом инвертора и прямым входом логического элемента ЗАПРЕТ, входы второго усилителя-формировате

ЛЯ подключены к выходам преобразователя напряжения, а выход соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, пер- BbiNj входом логического элемента И-НЕ и инверсным входом логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ и первым входом второго логического элемента И-НЕ, выход инвертора соединен с третьим входом первого логического элемента V.-НЕ и вторым входом второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом реагирующего органа, выход которого соединен с четвертым входом первого логического элемента И-НЕ.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности определения фазового угла между током и напряжением статора синхронной машины и повышение надежности функционирования путем самоконтроля отказов при неисправностях устройства. Это достигается за счет непосредственного сравнения преобразованных величин в блоке 3 геометрической разности (БГР) и блоке 4 арифметического суммирования (БАС), а также за счет введения самоконтроля неисправностей. БГР состоит из выпрямительного моста с разделительными диодами, включенными согласно с основными, причем к анодам разделительных диодов подключены выводы преобразователя напряжения 1, а к катодам - выводы преобразователя тока 2, БАС состоит из двух последовательно соединенных мостов, к каждому из которых подключены выводы преобразователей тока и напряжения соответственно. Ширина импульса на выходе органа сравнения 5 пропорциональна фазовому углу, фиксация заданного угла осуществляется при совпадении импульсов с од- новибратора 10 и инвертора 9 на входе логического элемента 11. Самоконтроль неисправностей осуществляется логическим элементом 16 и реагирующим органом 17. 3 ил. (О (Л

opMa/76f t/tJ /icuHxpof HMU

/земим

/ eiffUM а5/У1У/пмегга

Ucp

инВ.1

зап. г

.

д caffn.

е

/рас. Н

аду 3

f

/ V

I r 1 Iv

h П

I IIII III /1 II мри №4

IIIII II

N R

/ I IM

У

-f -t -t

41--- It-

II 11 Ititl,,

фиг г

i/cS.

360° 300 2W

IJ/eo

гго и60

га

-f -t -t

,,

/ f

«,

Фие.Ъ

t

-i