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

to

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. Это достигается за счет непосредственного сравнения преобразованных величин в блоке 3 геометрической разности (БГР) и блоке 4 арифметического суммирования (БАС), а также повышения надежности функционирования 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 осу- шествляется при совпадении импульсов одно- вибратора 12 и усилителя-формирователя 7 на входе логического элемента 13. Самоконтроль неисправностей осуществляется реа- гируюшим органом 17. 3 ил. i (Л

ФигЛ

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 путем самоконтроля отказов при неисправностях.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие 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, 7, первый из которых подключен через одновибратор 8 и инвертор 9 к D-триггеру 10, а второй усилитель-формирователь 7 через инвертор 11, одновибратор 12 подключен к логическому элементу И-НЕ 13, выход которого через расширитель 14 импульсов и фильтр 15 низкой частоты подключен к исполнительному блоку 16, и реагирующий орган 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 первым входом логического элемента И-НЕ 13 и входом инвертора 11, выход которого соединен с D-BXO- дом триггера 10 и входом одновибрато- ра 12, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И-НЕ 13. Вход усилителя-формирователя 6 подключен к третьей обмотке преобразователя 1 напряжения, а выход соединен с входом одно- вибратора 8, выход которого соединен с С-входом триггера 10 и входом реагирующего органа 17, выход которого соединен с цепями сигнализации и третьим входом логического элемента И-НЕ 13, четвертый вход которого соединен с инверсным выхо- дом триггера 10, а выход - с входом расширителя 14 импульсов, выход которого соединен с входом фильтра 15 низкой часто

5

5

0

5

0

5

0

5

0

ты,выход которого соединен с входом исполнительного блока 16.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал блока 3 геометрической разности зависит от угла между векторами напряжений вторичных обмоток преобразователей напряжения и тока. При угле между векторами 180° выходной сигнал максимален и равен арифметической сумме напряжений преобразователей, при нулевом угле выходной сигнал минимален и равен выпрямленному напряжению преобразователя, имеющему большее значение.

Ширина разностного (дифференциального) сигнала между блоками 4 арифметического суммирования и 3 геометрической разности на выходе органа 5 сравнения в диапазоне углов 180-360° пропор циональна фазовому углу между током и напряжением, подведенным к преобразователям, причем передние фронты разностного сигнала и кривой напряжения совпадают, а в диапазоне углов О-180° ширина разностного сигнала обратно пропорциональна фазовому углу, при этом совпадают задние фронты разностного сигнала и кривой напряжения (фиг. 3). Ширина и фаза разностного сигнала не зависят от абсолютной величины подводимых тока и напряжения.

Линейное напряжение, например UBC (фиг. 2а), и ток.например Ь, подают 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 (дифференциальный) сигнал блока 3 геометрической разности и блока 4 арифметического суммирования с выхода органа 5 сравнения (фиг. 26) подается на услитель-формирователь 7. В усилителях- формирователях 6 и 7 сигналы преобразуются в прямоугольные импульсы. Сформированные в усилителе-формирователе 7 импульсы подаются на первый вход логического элемента И-НЕ 13 и инвертор 11, где инвертируются (фиг. 2в) и подаются на вход одновибратора 12. Импульсы с усилителя- формирователя 6 подаются на вход одно- вибратора 8, с выхода которого импульсы (фиг. 2 г) через инвертор 9 (фиг. 2д) подаются на С-вход триггера 10.

В нормальном и асинхронном режимах передний фронт синхронизирующего импульса с выхода инвертора 9 не совпадает с импульсом высокого уровня, поступающим с выхода инвертора 11 на D-вход триггера 10, поэтому триггер не переключается и на его вьь ходе сформирован постоянный сигнал высокого уровня. В режиме обратного направления мощности (обратного тока) передний фронт синхронизирующего импульса совпадает с импульсом, поступающим на D-вход, триггер переключается и на его выходе формируется постоянный сигнал низкого уровня (фиг. 2ж).

Импульс низкого уровня на выходе логического элемента И-НЕ 13 появляется только в том случае, когда длительность импульса одновибратора 12 (фиг. 2е) больше длительности импульса низкого уровня с усилителя-формирователя 7. 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 12. Импульс с логического элемента И-НЕ 13 (фиг. 2з) расширяется расширителем 14 импульсов (фиг. 2и), сглаживается фильтром 15 низкой частоты (фиг. 2к) и подается на исполнительный блок 16. Использование расширителя 12 импульсов су- 20 ш,ественно повышает быстродействие устройства, так как позволяет применить фильтр 15 с незначительным запаздыванием, условия работы которого не зависят от времеустройства и блокировке логического элемента И-НЕ 13, чем и обеспечивается самоконтроль отказов.

Непосредственное измерение фазового угла путем сравнения естественных кривых тока и напряжения в блоках геометрической разности и арифметического суммирования устраняет ошибки, вносимые усилителями-формирователями, что повышает точность измерения угла. Усилитель-формиро- 10 ватель 6 является синхронизируюшим и в определении фазового угла не участвует.

Введение самоконтроля отказов при неисправностях устройства повышает надежность его функционирования.

Кроме того, устройство выявляет асинхронный режим в каждый полупериод промышленной сети, что повышает его быстродействие.

Формула изобретения

Устройство для зашиты синхронной машины от асинхронного режима, содержа- шее преобразователь напряжения, преобразователь тока, первый и второй усини совпадения импульсов на входах логичес- - лители-формирователи, первый и второй ин

верторы, одновибратор, логический элемент И-НЕ, выход которого через последовательно соединенные расширитель импульсов и фильтр низкой частоты соединен с входом исполнительного блока, отличающееся тем.

кого элемента И-НЕ 13.

При подаче на преобразователь тока фазного тока Ь, а на преобразователь напряжения - линейного напряжения двух других фаз, направленного в сторону отстаюшей

фазы, т.е. UBC, устройство четко фикси- зо целью повышения точности опреде- рует асинхронный режим при угле -tp меж-ления фазового угла между током и наду напряжением и током статора 30 и более пряжением статора синхронной машины и

повышения надежности функционирования путем самоконтроля отказов при неисправностях устройства, в него введены блок

но находится в зоне 25-35° в сторону one- 35 арифметического суммирования, блок геомет- режения., рической разности, орган сравнения, второй

эл. град, в сторону отставания (рекомендуемая уставка для случая синхронного двигателя). В нормальном режиме угол f обычУгол между UBC и Ь для нормального режима составляет 120°, а для асинхронного режима 60° в сторону опережения (фиг. 3). При углах О-180° устройство не срабатывает, так как в этом режиме на выходе D-триггера 10 сформирован сигнал низкого уровня (фиг. 2 ж).

Реагируюший орган 17 срабатывает при поступлении на его вход постоянного сигнала высокого или низкого уровня от одновибратора 12 и не срабатывает при поступлении импульсов.

Постоянный сигнал на выходе одновибратора 12 появляется в случае отсутствия напряжения или тока на входе устройодновибратор, D-триггер и реагируюший орган, причем преобразователи напряжения и тока имеют одну первичную и две одинаковые вторичные обмотки, при этом блок 40 арифметического суммирования выполнен в виде двух последовательно соединенных однофазных выпрямительных мостов, блок геометрической разности выполнен в виде однофазного выпрямительного моста с двумя разделительными диодами, включенными согласно с основными, причем к анодам разделительных диодов подключены выводы первой вторичной обмотки преобразователя напряжения, -а к катодам - выводы первой вторичной обмотки преобразователя тока, к пер45

ства, так как на выходе органа 5 срав- о вому и второму мостам блока арифметинения нет выходного сигнала; при неисправности в органе 5 сравнения, усилителе- формирователе 7 или инверторе 11, приво- дяшей к постоянному сигналу на их выходе, при неисправности в одновибраторе.

ческого суммирования подключены другие вторичные обмотки преобразователей напряжения и тока соответственно, одни одно- полярные выводы блоков арифметического суммирования и геометрической разности

Во всех указанных случаях импульсы на 55 объединены, а к другим однополярным вы- выходе одновибратора 12 исчезают, что при- водам подключены входы органа сравнения, водит к срабатыванию реагируюшего орга- выход которого через первый усилитель-фор- на 17, выдаче сигнала о неисправности мирователь соединен с первым входом логи0

устройства и блокировке логического элемента И-НЕ 13, чем и обеспечивается самоконтроль отказов.

Непосредственное измерение фазового угла путем сравнения естественных кривых тока и напряжения в блоках геометрической разности и арифметического суммирования устраняет ошибки, вносимые усилителями-формирователями, что повышает точность измерения угла. Усилитель-формиро- 0 ватель 6 является синхронизируюшим и в определении фазового угла не участвует.

Введение самоконтроля отказов при неисправностях устройства повышает надежность его функционирования.

Кроме того, устройство выявляет асинхронный режим в каждый полупериод промышленной сети, что повышает его быстродействие.

Формула изобретения

Устройство для зашиты синхронной машины от асинхронного режима, содержа- шее преобразователь напряжения, преобразователь тока, первый и второй усилители-формирователи, первый и второй ин

верторы, одновибратор, логический элемент И-НЕ, выход которого через последовательно соединенные расширитель импульсов и фильтр низкой частоты соединен с входом исполнительного блока, отличающееся тем.

арифметического суммирования, блок геомет- рической разности, орган сравнения, второй

одновибратор, D-триггер и реагируюший орган, причем преобразователи напряжения и тока имеют одну первичную и две одинаковые вторичные обмотки, при этом блок арифметического суммирования выполнен в виде двух последовательно соединенных однофазных выпрямительных мостов, блок геометрической разности выполнен в виде однофазного выпрямительного моста с двумя разелительными диодами, включенными согласно с основными, причем к анодам разделиельных диодов подключены выводы первой вторичной обмотки преобразователя напряжения, -а к катодам - выводы первой вторичной обмотки преобразователя тока, к пер

1ческого элемента И-НЕ и входом первого |инвертора, выход которого соединен с D-BXO- лом триггера и входом первого одновибра- гора, выход которого соединен с вторым входом ло1 (-г-1еского элемента И-НЕ и входом реагирующего органа, выход которого соединен с третьим входом логического элемен- га И-НЕ, входы второго усилителя-формиНормальный Асинхронный

Режим о5ротного

Фиг. 2

рователя подключены к выходам преобразователя напряжения, а выход соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с С-входом триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым входом логического элемента И - НЕ.

ic

j

зи

/

па

УЛ,(

/ .

Фиг.3