Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током Советский патент 1991 года по МПК H02H3/08 H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрооборудования от перегрева током.

Цель изобретения - повышение точности работы яащиты электрооборудования от перегрева током при работе в рекиме переменных токовых нагрузок.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - схема блока управления; на фиг.4 - временные

диаграммы, поясняющие работу блока управления.

Устройство содержит (фиг.1) датчик тока 1 защищаемого электрооборудования 2, подключенный к входу первого блока сравнения 3 через квадратор 4, преобразователь напряжение - частота 5, подлючаемый Б зависимости от наличия или отсутствия токовой перегрузки к суммирующему или вычитающему входам счетного накопителя импульсов 6, состоящего из реверсивного счетчика 7 и дешифратора 8, цифроаналоговый преобразоваел

гель 9, соединенный входами с блоком управления 10 и разрядными выходами 11, 12 счетного накопителя импульсов 6, определяющими точность моделирования теплового процесса, дополнительный логический выход 13 счетного накопителя импульсов 6 соединен с блоком управления 10, блок памяти 14, исполнительный орган 15, подключенный к выходу дешифратора 8, служащий для фиксации момента переполнения реверсивного счетчика 7, второй блок сравнения 16 и коммутаторы 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания реверсивный счетчик устанавливается в нулевое положение, коммутатор 18 подключает к входу преобразователя напряжение - частота 5 блок сравнения 3, с выхода датчика тока 1 сигнал в виде напряжения, пропорционального току в защищаемом электрооборудовании, поступает на вход квадратора 4, на выходе которого напряжение пропорционально квадрату протекающего тока, т.е. пропорционально тепловым потерям в электрооборудовании. Это позволяет более точно моделировать тепловые процессы. В блоке сравнения 3 текущее значение тока I сравнивается с величиной предельно допустимого тока IdH. КСЛИ I Јг 1дц, ТО С ВЫХОДЗ А

блока сравнения 3 сигнал и виде логического О поступает иа блок управления 10, который управляет работой всего устройства.

Блок управления 10 (фиг.З) состоит из устройства обнуления (ОУ), устройства временной задержки (УВЗ), усилителя мощности выходных сигналов (УМ) и группы логических элементов СП-триггер, элементы И-НЕ, ИЛ11-НЕ) для реализации логических функций (логического суммирования, инвертирования сигналов).

Усилитель мощности предназначен для усиления до необходимого для ра- боты блоков 9, 14, 17, 18 уровня управляющих сигналов блока управления.

Весь блок управления 10 (кроме усилителя мощности) может быть реализован на .микросхемах серии К155. Работа блока управления 10 поясняется Фиг с 3 и 4.

При превышении величины предельно допустимого тока I 1,к, т.е. при наличии перегрузки в защищаемой цепи, с выхода А блока 3 на вход А блока управления 10 поступает в виде логической 1 сигнал Перегрузка. Устройство временной задержки производит задержку выдачи этого сигнала к блоку 14 на время Ј,,ад,нс (фиг.4). Это необходимо для того, чтобы устройство обнуления выработало упреждающий единичный импульс В исходное

состояние , длительностью 1

лмп

эад приводящий к сбрасыванию (обнулению) в блоке памяти 14 предыдущего значения максимального тока перегрузки T-mav г°е блок памяти при работе в режиме повторяющихся токовых перегрузок прир дится в исходное состояние. Бремя задержки зйА очень мало, составляет десятки-сотни наносекунд и не оказывает влияние на работоспособность всего устройства защиты. Задержанный на время Ј 5а« сигнал Перегрузка вызывает переключение режима работы блока 14.

В дели управления работой блоков 9, 17, 18 в блоке 10 установлен

П-триггер с динамическим управлением по входу С.На выходе триггера могут быть два устойчивых состояния: логический О и логическая 1, соответствующие двум состояниям блоков 9, 17, 18. Установка на выходе триггера логического О осуществляется путем подачи сигнала В исходное состояние на обнуляющий R-вход триггера. Перевод триггера в соегояние логической 1 на выходе осуществляется подачей на вход С и сигнала Перегрузка, при этом необходимо изменение уровня сигнала от О к логической 1, что в схеме блока управления , (фиг.3), соответствует заднему фронту сигнала Перегрузка, т.е. снятию этого сигнала с входа блока управления. Перевод триггера в исходное состояние происходит при подаче

с устройства обнуления импульса В исходное состояние.

Таким образом, при повышении величины предельно допустимого тока I У-пц, т.е. при наличии перегрузки в защищаемой цепи, с выхода А блока сравнения 3 поступает в виде логической 1 сигнал на блок управления, который выдает разрешающие сигналы для начала работы блока памяти, цифроаналогового преобразователя, комi7

мутатора 17, который подключает выход преобразователя напряжение-частота 5 к суммирующему входу реверсивного счетчика 7, С выхода Б блока сравнения 3 сигнал, пропорциональный (I - дн), поступает на вход блока памяти, где происходит выделение и запоминание величины максимального за время наличия перегрузки тока, и через коммутатор 18 этот же сигнал поступает на вход преобразователя напряжение-частота 5, на выходе которого частота импульсов зависит от величины входного напряжения, т.е. величины тока перегрузки, и от заполнения реверсивного счетчика. Происходит заполнение счетчика, т.е. моделируется процесс перегрева защищаемого электрооборудования. Процесс заполнения счетного накопителя 6 при постоянной частоте импульсов представляет из себя прямую, а нагрев электрооборудования происходит по экспоненте. На диаграмме фиг.2 сплошной линией показан процесс заполнения реверсивного счетчика, пунктирной - процесс заполнения счетчика в устройстве-прототипе, штрихпунктирной - кривая нагрева и охлаждения закупаемого электрооборудования. Для максимального приближения кривой заполнения реверсивного счетчика к кривой перегрева - заполнение идет с переменной скоростью. При появлении сигнала на выходе 11 дешифратора 8, соответствующего температуре нагрева Тм , на вхо преобразователя напряжение-частота 5 от цифроаналогового преобразователя 9 поступает в виде управляющего напряжения сигнал на уменьшение частоты импульсов, а следовательно, и скорости заполнения реверсивного счетчика в соответствии с новой ступенью аппроксимации.

При достижении следующего температурного уровня перегрева Т происходит дальнейшее уменьшение скорости заполнения счетного накопителя. Обычно для моделирования тепловых процессов достаточно 3-4 ступени аппроксимации.

При полном заполнении реверсивного счетчика, соответствующего недопустимому перегреву электрооборудования, с помощью исполнительного орга

на 16 происходит отключение защищаемого электрооборудования.

При отключении электрооборудования или уменьшении токовой нагрузки ниже I. 1ц происходит процесс охлаждения. На блок управления 10 от блока сравнения 3 поступает сигнал о снятии токовой перегрузки (логическая 1 заменяется логическим О) . Блок управления выдает сигнал на изменение режима работы блока памяти 14,коммутаторов 17,18 ицифроаналогового преобразователя 9. Клок памяти 14 5 зафиксированное значение 1№а;1в виде напряжения выдает на блок сравнения 16, где происходит сравнение I с текущим значением тока Т, которое поступает с выхода В блока сравнения 3 при условии, что 1 g: I gw . С выхода блока сравнения 16 сиг

0

5

0

5

0

5

нал, пропорциональный (Т

max

- D,

через коммутатор 18 поступает на вход преобразователя напряжение - часто- 5 та 5, который вырабатывает последовательность импульсов частотой, зависящей как от заполнения реверсивного счетчика, т.п. температуры перегрева защищаемого электрооборудования, так и от неличины Imax и текущей токовой нагрузки I, влияющих на конечную температуру и интенсивноегь охлаждения электрооборудования, т.е. учитываются условия охлаждения. Тем самым задается различная скорость охлаждения запопчаемого электрооборудования. Коммутатор 17 подключает выход преобразователя напряжение - частота 5 к вычитающему входу реверсивного счетчика 1, который сбрасывает информацию со скоростью аппроксимированной кривой охлаждения защищаемого электрооборудования. При достижении температуры , т( с цифроаналогового преобразователя на вход А преобразователя напряжение - частота 5 поступают сигналы на уменьшение частоты вычитания импульсов.

В момент времени, когда заполнение счетчика 7 оказывается равным нулю, т.е. электрооборудование охладилось до номинальной, рабочей температуры, с логического выхода дешифрагора 8 на вход блока управления 10 поступает сигнал О счетчика в виде единичного импульса. Устройство обнуления вырабатывает соответственно импульс на обнуление, т.е. перевод

всего устройства защиты в исходное состояние.

Сброс значения Ima)( в бло ке памяти 14, обнуление счетчика 7, окончание работы преобразователя напряжение - частота 5, к входу Б которого коммутатор 18 подключает выход Б блока сравнения 3.

Предложенное устройство позволяет более точно моделировать процесс охлаждения и обеспечить защиту от перегрева током в режиме работы с переменными токовыми нагрузками.

Формула изобретения

Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током,содержащее датчик тока для включения в депь защищаемого электрооборудова- ния 9 выход которого соединен со входом первого блока сравнения, первый выход которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с первыми входами цифроаналогового преобразователя и первого коммутатора, а второй вход - с первым дополнительным логическим выходом счетного накопителя импульсов, состоящего из реверсивного счет чика и дешифратора, к выходу которого подключен исполнительный орган, разрядные выходы счетного накопителя импульсов подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом преобразователя напряжение - частота, своим выходом подключенным ко второму входу первого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами счетного накопителя импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы защиты электрооборудования от перегрева током при работе в режиме переменных токовых нагрузок, в него дополнительно введены квадратор, подключенный между выходом датчика тока и входом первого блока сравнения, блок памяти, второй блок сравнения и второй коммутатор, при этом первый вход второго коммутатора объединен с первым входом первого коммутатора, его второй вход соединен с вторым выходом первого блока сравнения и первым входом блока памяти, а третий вход - с выходом второго блока сравнения, пер вый вход которого соединен с третьим выходом первого блока сравнения, а второй вход - с выходом блока памяти, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, выход второго коммутатора подключен ко второму входу преобразователя напряжение-частота.

Т, град

TpaS

t

to(yu5Ku отмл.

t отнл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрооборудования от перегрева электротоком. Цель изобретения - повышение точности работы, запиты электрооборудования от перегрева током при работе в режиме переменных токовых нагрузок. Цель достигается введением в устройство дополнительных блоков - квадратора 4, второго коммутатора 18, блока памяти 14, второго блока сравнения 16. С выхода квадратора поступает сигнал в виде напряжения, пропорционального квадрату тока, протекающего в цепи загущаемого электрооборудования, что позволяет учесть тепловые потери, т.е. нагрев электрооборудования. Блок памяти выделяет и производит, запоминание величины максимального тока за время наличия токовой нагрузки. Эта величина в блоке сравнения сравнивается с текущим значением тока. Благодаря такому выполнению производится учет изменения токовых нагрузок, влияющих на конечную температуру и интенсивность охлаждения элек- троборудопания, что позволяет более точно моделировать процесс охлаждения и обеспечить защиту от перегрева током в режиме работы с переменными токовыми нагрузками. 4 ил.

От 6л 8 II

От 5л 3 /

Фиг. г

НблЛ

И 5л. 3,17,18

ФиеЛ

И 5/гону №