Устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

14)

1

Изобретерше относится к электротехнике, а имение к устройствам релейной защиты синхронных двигателей„

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На сЬиг.1 показана принципиально- функциональная схема устройства; на фиг,2 времяимпульсные диаграммы работы основных блоков при возникновении асинхронного режимаj на фиг.З - ;Времяимпульсные диаграммы работы не- Iкоторых блоков при ресинхронизации защищаемого двигателя,

Устройство содержит импульсньА датчик (ид) , выход которого подключен к первому блоку формирования импульсов (БФИ) 2, выполненному из последовательно соединенных порогово14310022

БФВС 19, второй вход - с выходом ЭС

Is а выход подключен к первому исполнительному органу (ИО) 23, четвер линию, задержки (ЛЗ) 24, подключенную своим входом к выходу ДЭ 8, второй триггерный блок (ТБ) 25, первый и второй входы которого соединены с выходами (ЛЗ) 24, второй блок

10 уставок (БУ) 26, третий счетчик (СЧ) 27, информационные входы которого соединены с выходами БУ 26, а вход предварительной установки - с выхо-. дом ДЭ 4, второй блок комбинационно15 го совпадения цифровых кодов (КС) 28 первый вход которого соединен с выхо дом БП 16, а второй - с выходом СЧ 27, второй блок формирования выходного сигнала (БФВС) 29, выполненный

25

30

35

го элемента (ПЭ) 3, первого дифферен- 20 из двух триггеров (Т) 30 1щрзтоп1его элемента (ДЭ) 4., и первой линии задержки (ЛЗ) 5; второй блок формирования импульсов (БФИ) 6, выполненный из последовательно соединенных порогового элемента (ПЭ) 7, на вход которого подается напряжение :Сети, и второго диффере нцирующего элемента (ДЭ) 8, и вторую линию задержки (ЛЗ) 9, триггерный блок (ТБ) 10, первый и второй входы которого подключеньь к выходам ДЭ 4 и 8 соот- . ветственно; элемент сравнения (ЭС) IIJ первый вход которого подключен к выходу ТБ 10, а второй - к выходу ,ЛЗ 9; третью линию задержки (ЛЗ) 12, своим входом подключенную к выходу ДЭ 8; два счетчика импульсов (СЧ) 3 и 14, причем вход установки нулевого состояния СЧ 13 подключен к выходу ЛЗ 12, а вход предварительной установки СЧ 14 - к выходу ДЭ 4| генератор импульсов эталонной длительности (ГЭ) 15, блок памяти (БП) 16, информационные входы которого подключены к выходу (СЧ) 13, а вход предварительной установки соединен с выходом (ДЭ) 8; первый блок уставок (БУ) 17,, выходы которого подключены к информационным входам СЧ 14j блок комбинационного совпадения цифровых кодов (КС) 18, входы которого соединены с выходами БП 16 и СЧ I4j первый блок формирования выходного сигнала БФВС 19, состоящий из триггеров (Т) 20 и 21, на первый вход которого подключен выход ЛЗ 5, на второй - ДЭ 4,, на третий - выход блока КС 18 цифровых кодов, элемент ИЛИ 22, первый вход которого соединен с выходом

40

45

50

55

двух логических элементов 33, к первому входу котор чен выход ЛЗ 5, к второму 4, к третьему - выход вто комбинационного совпадени кодов, трехвходовой элеме ния 34, первый вход котор чен к выходу ТБ 25, второ ду Т 31, а выход И 34 под входу второго исполнитель на (ИО) 35.

На вход БФИ 6 подается Ug сети, питающей двигат да ПЭ 7 снимаются прямоуг пульсы U-J., длительностью ложительному полупериоду ответствии с передним фро сов 1Ц ДЭ 8 вырабатывает импульсы Ug. Данные импул мощью ЛЗ 9, ЛЗ 12 и ЛЗ 24 ваются на заданное время, ЛЗ 9 импульсы Ug задержив время, соответствующее ус та От асинхронного режима вьшета ротора, (например, тавке О 90 это время ра с помощью ЛЗ 24 импульсы ваются на время, пропорци чалу и концу зонь, в кото шена подача возб гадения, ЛЗ 12 на время, необходим вильней работы СЧ 13 и БЛ ные сигналы с ИД 1 поступ ПЭ 3,, который вырабатывае ные импульсы Ug 5 период с которых пропорционален ча щения ротора. В соответст ним фронтом импульсов Uj батывает короткие импульс

Is а выход подключен к первому исполнительному органу (ИО) 23, четвер- линию, задержки (ЛЗ) 24, подключенную своим входом к выходу ДЭ 8, второй триггерный блок (ТБ) 25, первый и второй входы которого соединены с выходами (ЛЗ) 24, второй блок

уставок (БУ) 26, третий счетчик (СЧ) 27, информационные входы которого соединены с выходами БУ 26, а вход предварительной установки - с выхо-. дом ДЭ 4, второй блок комбинационного совпадения цифровых кодов (КС) 28, первый вход которого соединен с выходом БП 16, а второй - с выходом СЧ 27, второй блок формирования выходного сигнала (БФВС) 29, выполненный

5

0

5

0 из двух триггеров (Т) 30

31,

32 и

и

0

5

0

5

двух логических элементов 33, к первому входу которого подключен выход ЛЗ 5, к второму - выход ДЭ 4, к третьему - выход второго блока комбинационного совпадения цифровых кодов, трехвходовой элемент И сравнения 34, первый вход которой подключен к выходу ТБ 25, второй - к выхо- ; ду Т 31, а выход И 34 подключен к входу второго исполнительного органа (ИО) 35.

На вход БФИ 6 подается напряжение Ug сети, питающей двигатель, с выхода ПЭ 7 снимаются прямоугольные импульсы U-J., длительностью равные положительному полупериоду .. В соответствии с передним фронтом импульсов 1Ц ДЭ 8 вырабатывает короткие импульсы Ug. Данные импульсы с помощью ЛЗ 9, ЛЗ 12 и ЛЗ 24 задерживаются на заданное время, С помощью ЛЗ 9 импульсы Ug задерживаются на время, соответствующее уставке защита От асинхронного режима по углу вьшета ротора, (например, при уставке О 90 это время равно 5 мс), с помощью ЛЗ 24 импульсы Ug задерживаются на время, пропорциональное началу и концу зонь, в которой разрешена подача возб гадения, а с помощью ЛЗ 12 на время, необходимое для правильней работы СЧ 13 и БЛ 16. Выход-- ные сигналы с ИД 1 поступают на вход; ПЭ 3,, который вырабатывает прямоугольные импульсы Ug 5 период следования которых пропорционален частоте вращения ротора. В соответствии с перед- ним фронтом импульсов Uj ДЭ 4 вырабатывает короткие импульсы Пф, которые с помощью JI3 5 задерживается на заданное время, необходимое для функционирования БФВС 9 и БФВС 29. Генератор ГЭ 15 вырабатывает импульсы эталонной длительности, число которых подсчитывается с помощью счетчиков СЧ 13, СЧ 14 и СЧ 27. Блок памяти БП 16 служит для запоминания числ импульсов, накопленных счетчиком СЧ 13 в течение измерительного периода. Работой счетчика СЧ 13 и блока памяти БП 16 управляют выходные импульсы ДЭ 8 и ДЗ 12, а счетчиков СЧ 14 и СЧ 27 - выходные импульсы ДЭ 4 соот- ветственно. С приходом короткого импульса Ug на вход БП 16 осуществляется считывание импульсов, накопленных в счетчике СЧ 13 в течение предыдущего периода измерения. Выходной им- пульс ЛЗ 12 и, осуществляет обнуление счетчика СЧ 13. Момент обнуления счетчика СЧ 13 соответствует окончанию предьщущего и началу текущего периода измерения. Число импульсов, хранящихся в блоке памяти БП 16, зависит от периода частоты напряжения сети, соответствующего предьщущему периоду измерения, В свою очередь, число импульсов, накопленных счет- чиками СЧ 14 и СЧ 27, соответствует фактическому периоду частоты вращения ротора, определенному во время текущего периода измерения. Число импульсов, хранящихся в БП 16 и на- копленных счетчиками СЧ 14 и СЧ 27, сравнивается с помощью комбинационных схем совпадения цифровых кодов КС 18 и КС 28. При синхронной работе двигателя,.число импульсов, хранящих ся в БП 16, равно числу импульсов, накопленных счетчиками СЧ 14 и СЧ 27 за вычетом некоторого числа импульсов заданного блоками уставок БУ 17 и 26 соответственно. В случае появ- лення асинхронного режима ротор двигателя начинает тормозиться. Вслед- ствие этого, период следования вы- ходных импульсов ид 1, а также ПЭ 3 и ПЭ -4 будет увеличиваться. В резуль- тате этого будет возрастать и число импульсов, накопленных счетчиками СЧ 14 и СЧ 27, При равенстве цифровых кодов на выходах блока памяти БП 16 и счетчиков СЧ 14 и СЧ 27, на выходах комбинационных схем совпадения цифровых кодов КС 18 и КС 28 появляются короткие импульсы U|gH .

л | 20 25 ЗО .,5 40 45 Q

5

JlpH этом выходной сигнал и,g формируется, если теку1дее значение скольжения ротора равно или больше величины уставки заданной в виде цифрового кода с помощью блока БУ 17. Выходной сигнал Ujg формируется, если те- ущее значение скольжения ротора равно или MeHbDie величины уставки заданной в виде цифрового кода с помощью блока БУ 26.

Во время синхронной работы двигателя, когда импульсы не формируют, триггер Т 20 в каждом измерительном периоде устанавливается импульсами U,j в единичное, а триггер Т 21 импульсами U в нулевое состояние. При нарушении синхронизма триггер Т 20 импульсом будет опрокидываться в нулевое состояние, а триггер Т 21 с приходом импульса U - в единичное состояние, подавая управляющий сигнал на первый исполнительный орган ИО 23.

При очень медленном изменении скорости вращения ротора период следования серии трех импульсов U, (соот- ветствуюищх предшествующему и текущему периодам измерения) может изменяться столь незнячятельно, что счетчиком СЧ 14 не будет достигнуто число импульсов, превышающее число импульсов, хранящихся в БП i6 ка величину уставки первого блока уставок БУ 17, В этом случае, однако, будет увеличиваться угол вылета ротора S , В результате этого задний фронт- выходного импульса триггерного блока ТБ 10 будет изменять свое положение относи- тапьно импульса U. При превьшении углом S заданной уставки выходньте импульсы ТБ 10 и,дИ ЛЗ 9 совпадут, что приведет к срабатыванию ЭС П. Выходной сигнал ЭС 11 через элемент ИЛИ 22 поступает на вход испол1-штель- ного органа ИО 23, который осуш.ест- вляет контактный выход устройства.

Таким образом, первый исполнительный орган ИО 23 срабатывает при пре- выгаении скольжения или углом вылета ротора заданных величин уставок.

Если нарушение синхронизма вызвано кратковременным нарушением питания по цепи статора, представляется целесообразным произвести ресинхронизацию, В этом случае первый исполнительный орган ИО 23 воздействует на отключение и гагшние поля двигателя. После восстановления питания двигателя по цепи статора, например после успешного AIIB или АВР, двигатель переходит в режим асинхронного пуска с последующей ресинхронизацией.

По мере увеличения частоты вращения ротора период следования выходных импульсов ид 1, а также ПЭ 3 и ДЭ 4 будет уменьшаться. При достижении величины скольжения, заданной в виде цифрового кода блоком уставок БУ 26, число импульсов, накопленных СЧ 27 будет равно числу импульсов, хранящихся в блоке памяти БП 16. В этом случае на выходе л омбинирован- ной схемы совпадения цифровых кодов будет формироваться сигнал 1 .

Когда выходные импульсы КС 28 поступают на вход БФВС 29, на выходе последнего устанавливается сигнал О.

Это достигается следующим образом

1431002Ь

При поступлении на вход -S ТВ 25 сигнала с первого выхода ЛЗ 24 последний устанавливается в единичное g состояние, а при поступлении сигнала с второго выхода ЛЗ 24 на в:;од R ТВ 24 - в нулевое состояние.

При появлении единичных сигналов на всех трех входах И 34 от ВФВС 29,

ТВ 25 и импульса U, отмечающего узловое положение ротора, на выходе его появляется сигнал, разрешающий срабатывание второго исполнительного органа ИО 35. Срабатьшая, ИО 35 подает команду на включение возбуждения. При этом вьтолняются два условия; скольжегше ротора меньше или равно заданному значению и угловое положение ротора таково, что подача

возбуждения обеспечивает создание значения синхронизирующего момента, близкого к максимальному.

Введение блока уставок ВУ 26, счетчика СЧ 27 и комбинационного бло

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты синхронных двигателей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. При достижении в процессе ресинхронизации синхронного двигателя величины скольжения, заданной в виде цифрового кода блоком уставок, число импульсов, накопленных счетчиком, будет равно числу импульсов, хранящихся в блоке памяти 16, и на выходе схемы комбинационного совпадения кодов КС28 появится единичный сигнал, равный по длительности периоду следования импульсов генератора 15. С помощью блока формирования выходного сигнала выходной сигнал из импульсного преобразуется в постоянный. Линия задержки и второй триггерный блок формируют диапазон углов, в котором разрешена подача возбуждения. При появлении единичных сигналов на трех входах элемента сравнения он срабатывает и через исполнительный орган осуществляет контактный выход устройства. Изобретение позволяет с помощью одного измерительного органа выявлять асинхронный режим и осуществлять подачу возбуждения с учетом величины- скольжения и выбором момента его включения при ресинхронизации загруженных двигателей. 3 ил. ф (Л

В начале каждого.измерительного пери- 25 ка совпадения кодов позволяют с высокой точностью определить период частоты вращения ротора (величину скольжения), не прибегая к установке дополнительных устройств в цепях воз30 буждения. Положительным эффектом при таком определении скольжения является -отсутствие непосредственной электрической связи с цепями возбуждения, что повьшает также безопасность об3jj служивания устройства.

Введение четвертой ЛЗ 24 с двумя выходами, а также ТВ 25 позволяет задавать в любых требуемь х пределах диапазон углов о , в котором разре40 шена подача возбуждения. Это позволяет использовать данное устройстода триггер Т 30 импульсом Uf с ЛЗ 5 устанавливается в единичное состояние, открывая прохождение выходному импульсу ДЭ 4 через логический элемент И 32 на вход R установки нуля триггера Т 31. Если единичный сигнал с выхода КС 28 не поступит в течение этого измерительного периода на вход R триггера .Т 30, то по окончании этого измерительного периода триггер Т 31 будет устанавливаться в нулевое состояние импульсом ДЭ 4 U . При поступлении единичного выходного сигнала с выхода КС 28 на вход R триггера Т 30, свидетельств пощего о снижении в процессе ресинхронизации скольжения до заданной величины, последний будет устанавливаться в нулевое состояние, открьгоая прохождение выходному сигналу ДЭ 4 U через логический элемент И 33 на вход S установки 1 триггера Т 31 .Такимобразом,после снккения величины скольжения ротора до заданной величины в процессе ресинхрони-/ зации на выходе ВФВС 29 устанавливается сигнал 1 и , поступающий на один из входов трехвходового элемента И 34.

С помощью четвертой линии задержки выходной сигнал с ДЭ В задерживается на время, соответствующее началу И концу диапазона углов S , в котором разрешена подача возбуждения.

во как с ползшроводниковыми, так и с электромашинными возбудителями.

45 Формула изобретения

Устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима по авт.св. № 1317544, о т л и 50 чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены второй триггерный блок, второй блок уставок, третий счетчик импульсов,

55 трехвходовой элемент И, четвертая .пиния задержки, подключенная своим входом к выходу второго дифференцирующего элемента, второй триггерный

во как с ползшроводниковыми, так и с электромашинными возбудителями.

45 Формула изобретения

/

Устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима по авт.св. № 1317544, о т л и 50 чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены второй триггерный блок, второй блок уставок, третий счетчик импульсов,

55 трехвходовой элемент И, четвертая .пиния задержки, подключенная своим входом к выходу второго дифференцирующего элемента, второй триггерный

блок первым и вторым входом подключен к выходам четвертой линии задержки, информационные входы третьего счетчика импульсов подключены к выходам второго блока уставок, вход предварительной уставки подключен к выходу первого дифференцирующего элемента, а счетные входы подключены к выходу генератора импульсов эталонной длительности, второй блок комбинационного совпадения кодов, входы которого подключены к выходам блока памяти и третьего счетчика импульсов, второй блок формирования выходного сигнала, первый вход которого

Qmr3j5

0028

подключен к выходу первой линии задержки, второй вход подключен к выходу первого дифференцирующего эле- мента, а третий вход подключен к инверсному выходу второго блока комбинационного совпадения цифровых кодов, первый вход трехвходового элемента И подключен к выходу второго триггерного блока, второй - к выходу первого дифференцирующего элемента, а третий - к выходу второго блока формирования выходного сигнала, второй исполнительный орган, своим входом подключенный к выходу трехвходового элемента И.

1 L

т т I

ЕГЖШ

itiuzi

X-X

yx x x y / t

X:r -x::: -x:::

O

ffr

Г-1 Г-I гп г-L I I m f

Uj

«

,rff/rrayfef.

J/r

fft JJt

Чл

JL

JL

n n nrn m

i/e Z

y

O

-L

-b

JL

JL