Устройство для выявления потери питания электродвигателей Советский патент 1992 года по МПК H02J9/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для обнаружения факта потери питания мощных синхронных электродвигателей при нарушениях электроснабжения с целью осуществления быстродействующего включения резервного питания либо раз- возбуждения двигателей или их отключения с последующим самозапуском.

Известен способ автоматического включения резервного питания потреби.е- лей, при котором потеря питания двигательной нагрузки выявляется по скорости снижения частоты напряжения основного источника. Известно также устройство (реле ускорения), реагирующее на скорость снижения частоты, принцип действия которого основан на дифференцировании НС-цепью выходного сигнала от датчика частоты.

К недостаткам известного устройства относится низкая чувствительность и большая погрешность измерения, связанная с трудностью дифференцирования при медленных изменениях частоты в контролируемой сети, а также возможность отказа в работе при зависании частоты на недопустимо низком уровне.

Известно также устройство блокировки автоматической частотной разгрузки по скорости снижения частоты, которое измеряет усредненную скорость изменения частоты в интервале фиксированного промежутка времени.

Недостатком данного устройства является отсутствие повторяемости действия в темпе процесса снижения частоты, возможность ложной работы при переходных процессах, а также недостаточное быстродействие, поскольку отсчет фиксированного промежутка времени необходимо начинать при частоте сети, заведомо меньшей частоты зависания в условиях дефицита активной мощности, например 48,5 Гц.

Цель изобретения - повышение быстро- действия и надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выявления потери питания электродвигателей, содержащее защиту минимального напряжения, выходом соединенную с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого совместно с выходом защиты минимального напряжения через первый элемент ИЛИ соединен с выходным органом, введен датчик потери питания, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, вход которого является входом датчика потери напряжения и предназначен для подключения к источнику контролируемого напряжения, элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формирователя коротких импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два реверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно соединенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого является выходом датчика потери питания, соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формирователя прямоугольных им0 пульсов соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и

5с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и с входом второго формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом перво0 го элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента Н Е и с входом

5 второго формирователя коротких импульсов, выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами Сброс первого и второго реверсивных счетчиков соответст0 венно, выход первого элемента И соединен с входом прямого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с

5 выходом окончания обратного счета второго реверсивного счетчика и с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго

0 элемента И соединен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания об5 ратного счета первого реверсивного счетчика и с управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и

0 четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход Сброс которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

5 На чертеже представлена блок-схема устройства для выявления потери питания электродвигателей,

Устройство содержит защиту 1 минимального напряжения, датчик 2 потери питания, первый элемент ЗАПРЕТ 3, первый

элемент ИЛИ 4 и выходной орган 5. Датчик 2 содержит формирователь б прямоугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов, элемент НЕ 8, первый 9 и второй 10 формирователи коротких импульсов, первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики импульсов, счетчик 13 импульсов, третий 14 и второй 15 элементы ЗАПРЕТ, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 элементы И, второй 20 и третий 21 элементы ИЛИ, дешифратор 22, расширитель 23 импульсов и элемент 24 выдержки времени.

На вход защиты 1 минимального напряжения и вход формирователя прямоугольных импульсов датчика 2 потери питания подается контролируемое напряжение переменного гока ( U). Выход защиты 1 минимального напряжения соединен с одним из входов элемента ИЛИ 4 и с управляющим входом элемента ЗАПРЕТ 3. Выход элемента ЗАПРЕТ 3 соединен с другим входом элемента ИЛИ 4, а выход ИЛИ 4 связан с исполнительным выходным органом 5. Структурные связи датчика 2 потери питания следующие. Прямоугольные импульсы, полученные из синусоидального напряжения ( U) с формирователя 6, поступают на вход формирователя 9 коротких импульсов, вход инвертирующего элемента НЕ 8 и на один из входов элемента И 16. Инверсные прямоугольные импульсы с выхода элемента НЕ 8 подаются на вход формирователя 10 коротких импульсов и один из входов элемента И 17. На другие входы элементов И 16,17 подаются высокочастотные заполняющие импульсы опорной частоты от генератора 7 тактовых импульсов. Высокочастотные импульсы периодически с интервалом, равным положительному полупериоду контролируемого напряжения ( U), с выхода элемента И 16 подаются на вход прямого счета счетчика 11 импульсов, на вход элемента ЗАПРЕТ 15 и один из входов элемента И 19. Высокочастотные импульсы в отрицательный полупериод ( U) с выхода элемента И 17 подаются на вход прямого счета счетчика 12 импульсов, вход элемента ЗАПРЕТ 14 и один из входов элемента И 18. С выхода формирователя 9 короткие одиночные импульсы, сформированные на фронте входного сигнала, попадают на вход Сброс счетчика 11 и на один из входов элемента ИЛИ 20. Такие же короткие импульсы с выхода формирователя 10 поступают на другой вход элемента ИЛИ 20 и вход Сброс счетчика 12. С выхода элемента ЗАПРЕТ 15, когда он открыт, заполняющие импульсы подаются на вход обратного (вычитающего) счета реверсивного счетчика 12. На аналогичный вход обратного счета

счетчика 11 поступают импульсы с выхода элемента ЗАПРЕТ 14. С выхода счетчика 12 в момент окончания обратного счета подается сигнал на управляющий вход элемента

ЗАПРЕТ 15, запирающий его, а также на другой вход элемента И 19. С выхода счетчика 11 такой же сигнал поступает на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 14 и вход элемента И 18. С выходов элементов И 18,19

0 не вмещенные в счетчики заполняющие импульсы подаются на входы элемента ИЛИ 21, с выхода которого эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 13. Обнуление счетчика 13 происходит от коротких

5 импульсов, поступающих с выхода элемента ИЛИ 20 на вход Сброс счетчика 13. Информационные выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 22, выполняющего функцию стандартного элемента Логиче0 ский порог. Импульсы с выхода дешифратора 22 подаются на вход расширителя 23 импульсов, преобразуются в непрерывный сигнал и с выхода расширителя 23 поступают на вход элемента 24 выдержки времени.

5 Сигнал с выхода элемента 24, являющийся выходом датчика 2 потери питания, управляет работой выходного органа 5, поступая на вход элемента ЗАПРЕТ 3.

Функциональные блоки устройства ра0 ботают следующим образом.

Защита 1 минимального напряжения срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал при понижении контролируемого напряжения ниже заданной уставки. От

5 этого сигнала через элемент ИЛИ 4 срабатывает выходной орган 5 и одновременно с помощью элемента ЗАПРЕТ 3 блокируется работа датчика 2 потери питания. Выходной орган в зависимости от конкретного случая

0 применения данного устройства может запускать АВР, отключать двигатели с последующим их самозапуском, гасить поле синхронного двигателя или блокировать работу АЧ Р. Датчик 2 потери питания ускоряет

5 работу выходного органа 5 в случае, если к шинам подключены синхронные электродвигатели. При потере питания синхронные двигатели работают в режиме выбега, генерируя напряжение, скорость снижения час0 тоты которого выше 10 Гц/с. При дефиците активной мощности частота напряжения в сети снижается значительно медленнее, так как электромеханическая постоянная времени генераторов электростанций несоиз5 меримо больше постоянной времени электродвигателей. Для выявления факта потери питания электродвигателей в датчике 2 сравниваются продолжительности смежных положительных и отрицательных полуволн синусоидального входного напряжения. Датчик срабатывает, если последующий полупериод продолжительней предыдущего на величину уставки или больше ее в течение заданного промежутка времени. Нетрудно показать, что при постоянной скорости снижения частоты, которая характерна для двигателей в течение первой половины секунды выбега, разность смежных полупериодов на любом отрезке времени в пределах 3-4 периодов также величина постоянная, рассчитываемая по формуле

ДТ +

1000

100 - О.Ше

-10мс

где е- скорость снижения частоты, Гц/с. При е 10 Гц/с, ДТ 0,02 мс. Следовательно, условие срабатывания датчика

AT 20мкс

Для повышения точности измерения AT в датчике используется принцип преобразования длительности в число импульсов. Источником импульсов опорной частоты является автогенератор 7. Высокая стабильность частоты импульсов генератора не требуется, так как погрешность преобразования в равной степени влияет на число импульсов как в положительный, так и в отрицательный полупериоды контролируемого напряжения, которые затем вычитаются.

В качестве устройства счета и памяти в датчике применены реверсивные двоичные счетчики 11 и 12 импульсов. В этих счетчиках используются два входа прямого и обратного счета, вход сброса и один выход окончания обратного счета. На этом выходе появится логическая единица при сброшенном нулевом состоянии счетчика. Счетчик 13 (нереверсивный) имеет один счетный вход, вход сброса и информационные выходы, сигналы с которых поступают на дешифратор 22. На выходе дешифратора появится импульс, если код двоичного числа счетчика 13 превысит уставку п, которая отображает результат преобразования длительности ДТ 20 мкс в число импульсов п.

Расширитель 23 импульсов предназначен для преобразования периодических коротких импульсов, поступающих от дешифратора, в непрерывный выходной сигнал.

Элемент 24 выдержки времени срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал, если продолжительность входного сигнала превысит уставку, выбираемую для надежности отстройки от помех и переходных процессов, не менее трех полупериодов промышленной частоты, т.е. не менее 30 мс.

В исходном состоянии при постоянной частоте контролируемого напряжения счетчики 11 и 12 периодически заполняются тактовыми импульсами от генератора 7, число

которых пропорционально полупериоду синусоидального входного напряжения. Счетчик 11 считает в прямом направлении при положительной полуволне и в обратном - при отрицательной полуволне, счетчик 12 наоборот. При равенстве полупериодов импульсы на вход счетчика 13 не поступают и датчик 2 не срабатывает.

При понижении частоты, например, в результате отключения питающей линии и

выбеге синхронных двигателей происходит равномерное увеличение продолжительности полупериодов со скоростью, пропорциональной скорости снижения частоты.

Допустим, счетчик 11 был заполнен числом импульсов, пропорциональным положительному полупериоду предшествующего нормального режима. В отрицательный полупериод на вход обратного счета счетчика 11 поступают импульсы через открытый элемент

ЗАПРЕТ 14. С каждым тактовым импульсом код числа счетчика 11 будет уменьшаться на единицу. По окончании обратного счета, т.е. когда код числа станет равным нулю, на выходе счетчика 11 появится сигнал, который закроет элемент 14 и откроет элемент И 18. Если продолжительность отрицательного полупериода больше предшествующего ему положительного, то не вмещенные в счетчик 11 тактовые импульсы будут уже поступать через элементы И 18 и ИЛИ 21 на счетчик 13, заполняя его кодом числа, про- пооиионального оазности смежных полупериодов AT. В случае превышения этим числом уставки п на выходе дешифратора 22

появится импульс, элемент 23 его расширит и на входе элемента 24 выдержки времени появится сигнал.

В течение описываемого отрицательного полупериода счетчик 12 работает на прямой счет, запоминая его. В следующий положительный полупериод счетчики 11 и 12 меняются ролями, и теперь уже импульсы, пропорциональные ДТ, будут поступать на счетчик 13 через открытый элемент И 19.

В начале каждого полулериода поочередно срабатывают формирователи 9 и 10, которые короткими импульсами через элемент ИЛИ 20 сбрасывают счетчик 13, а для повышения помехозащищенности осуществляют

установку нуля того счетчика 11 или 12, на который будет подаваться прямой счет. Если код счетчика 13 подряд три раза или более с периодичностью 10 мс превысит число п, то по истечении указанного времени срабатывает датчик 2 и выдает через открытые элементы ЗАПРЕТ 3 и ИЛИ 4 сигнал на выходной орган 5.

При близких коротких замыканиях или при потере питания и отсутствии включенных синхронных двигателей контролируемое напряжение снижается до нуля практически мгновенно, и датчик 2 теряет работоспособность. В зтих условиях срабатывает защита 1 минимального напряжения и с помощью элемента ЗАПРЕТ 3 блокирует выход с датчика 2 во избежание ложной его работы.

Таким образом, заложенный в датчике потери питания принцип измерения скорости снижения частоты позволяет получить сигнал на выходе уже через 30 мс после начала потери питания, т.е. частота сети за это время снизится всего лишь до 49,7 Гц, тогда как известное устройство-прототип с 48,5 Гц и ниже только начинает измерение. Кроме того, предлагаемое устройство обладает повторяемостью действия в темпе процесса снижения частоты и одновременно надежно отстроено от апериодической составляющей контролируемого напряжения, поскольку в последнем случае нарушится непременное условие срабатывания датчика 2, непрерывное в течение не менее полутора периодов превышения длительности последующего полупериода над предыдущим. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для выявления потери питания электродвигателей, содержащее защиту минимального напряжения, выходом соединенную с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, вход которого совместно с выходом защиты минимального напряжения через первый элемент ИЛИ соединены с выходным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него введен датчик потери питания, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, вход которого является входом датчика потери напряжения и предназначен для подключения к источнику контролируемого напряжения, элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формирователя коротких импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два

реверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно со- единенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого является выходом датчика потери питания, соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И

соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И. ВТОРОЙ вход которого соединен с выходом генератора тактовых

импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами Сброс первого и второго реверсипных счетчиков соответственно, выход первого элемента И соединен с входом прямого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета второго реверсивного счетчика и управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета первого реверсивного счетчика и с управляющим входом третьего

элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход Сброс которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для обнаружения факта потери питания мощных синхронных электродвигателей при нарушении электроснабжения. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности устройства для выявления потери питания электродвигателей за счет выявления признака потери питания в самом начале снижения частоты остаточного напряжения и отстроенности от переходных процессов. Для достижения цели в устройство дополнительно введен датчик 2 потери питания; содержащий формирователь 6 прямоугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов, первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики, счетчик 13, формирователи 9,10 коротких импульсов, дешифратор 22, расширитель 23 импульсов, элемент 24 выдержки времени, а также логические1 элементы И, ИЛИ, НЕ, ЗАПРЕТ. Работа датчика 2 основана на измерении разности последующего и предыдущего полупериодов входного напряжения. Длительность измеренной разности преобразуется в число импульсов тактовой частоты. При превышении числом импульсов уставки в течение не менее трех сравниваемых полупериодов на выходе датчика появляется разрешающий сигнал, который, воздействуя наряду с типовой защитой минимального напряжения на выходной орган, приводит в зависимости от применения либо к срабатыванию быстродействующего автоматического ввода резерва (АВР), либо- к отключению двигателей с целью их последующего самозапуска при восстановлении электроснабжения. 1 ил. ё XI CJ VJ о ю 4