Устройство для защиты трехфазной нагрузки от аварийных режимов Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 H02H3/08 G01R19/02 

Ј

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к датчикам тока для организации обратных связей потоку в электроустановках. Цель изобретения - повышение точности срабатывания и быстродействия устройства. Цель достигается тем, что все фазные проводники, пропущенные через все кольцевые сердечники из магнитного материала с анизотропными свойствами, наводят поток магнитной индукции в зазоре каждого из сердечников. Этот поток считывается расположенными в зазорах гальваномагнитными датчиками, выходные сигналы которых, соответствующие логическим сигналам О или 1 в зависимости от режимов работы многофазной электроустановки, поступают через суммирующее устройство типа ИЛИ в исполнительный орган защиты. 3 ил,

Изобретение относится к измерительной технике, вчастности к датчикам тока для трехфазных цепей, и может быть использовано для организации защиты трехфазных двигателей от перегрузок и коротких замыканий.

Известно устройство поперечной дифференциальной защиты преобразователя частоты, содержащее два силовых канала, состоящих каждый из сглаживающего реактора, магнитного преобразователя, выпрямителя, инвертора, фильтра, резистора, и датчика аварийного состояния, а также элемент сравнения, силовой трансформатор, выходной трансформатор. Устройство срабатывает при скачке разности на датчиках, которая после выпрямления и фильтрации прикладывается к элементу сравнения, который при срабатывании формирует сигнал защиты. Данное устройство обладает хорошим быстродействием и высокой степенью надежности, полной гальваноразвязкой от силовой цепи.

Однако у данного устройства имеется недостаток - наличие большого числа индуктивных сопротивлений (дроссели,трансформаторы), увеличивающих электромагнитную постоянную времени устройства, и сложность цепи преобразования, сигнала, полученного с выхода чувствительного элемента.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения тока, в котором проводник с измеряемым током пропускается через центр кольцевого магнитопровода, в зазоре которого помещен гальваномагнитный датчик, причем площадь поверхности полюсов сердечника равна площади поверхности датчика. При этом магнитный поток в серы J

l4

4j iCJl

ю

дечнике пронизывает всю рабочую поверхность датчика, что обеспечивает максимальный уровень измерения входного сигнала. Устройство обладает полной гальваноразвязкой от силовых цепей, линейностью выходной характеристики.

Недостатком этого устройства является непосредственно измерение тока только в отдельных фазных проводах, что ведет к необходимости дальнейшего усиления, выпрямления и суммирования сигнала измеряемого тока, что, в свою очередь, ведет к снижению точности срабатывания и быстродействия устройства.

Целью изобретения является повышение точности срабатывания и быстродействия токовой защиты трехфазной нагрузки,

Поставленная цель достигается тем, что все фазные провода пропущены через все сердечники одновременно, причем внутри каждого из сердечников один из проводов соответствующей фазы расположен под прямым углом к направлению наихудших магнитных свойств сердечника, выходы гальваномагнитных датчиков подключены к соответствующим входам суммирующего блока, выход которого через исполнительный орган соединен с источником питания, сердечники выполнены из анизотропного материала, а источник питания выполнен по принципу 120-градусной коммутации.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства защиты трехфазной системы; на фиг. 2 - структурная схема электропровода, в котором применена предлагаемая защита по току; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Три фазных провода А,В.С, соединяющие выход источника питания 1 с нагрузкой 2, пропущены через три кольцевых сердечника 3. Известно, что угол наихудших магнитных свойств анизотропных магнитных материалов составляет приблизительно 55°. Поэтому внутри каждого сердечника участок провода одной из фаз жестко закреплен под углом 55° к двум другим проводам, причем провода фаз В и С проходят через центр первого сердечника, провода А и В - через центр второго сердечника, провода фаз А и С - через центр третьего сердечника. В воздушном зазоре каждого из сердечников 3 размещено по одному гальваномагнитному датчику 4. Выходы всех датчиков подключены к входам суммирующего блока 5, выход которого подключен к входу исполнительного органа защиты 6, выход которого подключен к входу источника питания 1.

Материал для сердечников 3 выбирают в зависимости от величины тока в нагрузке

и частоты переключения обмоток двигателя. Сердечники 3 могут быть выполнены из стали 3411...3416 или сплавов 40НКМ, 79НЗМ, 68НМ. Датчики 4 могут быть реализованы на магнитоуправляемых цифровых микросхемах К1116КП или на основе проводки Виганда. Суммирующий блок 5 может быть реализован на микросхеме с функцией ИЛИ, ИЛИ-НЕ. Нагрузкой 2 в рассматрива0 емом примере является трехфазный синхронный двигатель. В источнике питания 1 предполагается реализация закона 120-градусной коммутации.

Устройство работает следующим обра5 зом.

При применяемом в электроприводе законе 120-градусной коммутации в любой момент времени, исключая моменты переключения обмоток двигателя 2, ток про0 текаетлишь по двум фазам, одна из которых подключена к плюсу, а другая - к минусу источника питания 1 (см.фиг.3а,б.в). Фазные токи наводят в сердечниках 3 поток магнитной индукции, которая считывается

5 гальваномагнитными датчиками 4 в зазорах сердечников 3. Вследствие анизотропных свойств материала сердечников 3 максимальная величина потока индукции будет направлена под прямым углом к поверхно0 сти датчиков 4. Но так как. например, провод фазы С направлен под углом 55° к проводам А и В, то линии напряженности магнитного поля создаваемого током в фазе С, совпадают с линией наихудших магнит5 ных свойств материала сердечника 3. К тому же поток индукции этого магнитного поля будет направлен под углом к поверхности датчика 4 и будет намного меньше индукции, создаваемой токами в фазах А и В.

0 Согласно принципу суперпозиции полей результирующий поток индукции через первый датчик не будет равен нулю. Аналогичным образом выходной сигнал второго датчика 4 пропорционален разности

5 токов фаз В и С при токе в фазе А, равном нулю, и выходной сигнал третьего датчика 4 пропорционален р.чзности токов фаз С и А при токе фазы В, равном нулю.

При нормальных режимах работы вели0 чича магнитной индукции в зазорах сердечников 3 не превышает величину, пропорциональную рабочему току в цепи нагрузки 2. Величины ЭДС на выходах датчиков 4 соответствуют уровню логического

5 нуля. Сигнал на выходе суммирующего блока 5 запрещает срабатывание исполнительного органа защиты 6.

При возникновении аварийной ситуации (короткое замыконие, недопустимые перегрузки) величина индукции достигает

уровня срабатывания датчиков 4 и на их выходах появляется сигнал, соответствующий логической единице. Эти сигналы поступают в суммирующий блок 5, разрешая срабатывание исполнительного органа защиты 6, который отключает источник питания 1 от нагрузки 2.

Существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения являются следующие.

Сердечники выполнены из материала с анизотропными свойствами.

Через сердечники пропускаются все провода одновременно.

Один из проводов внутри каждого из сердечников расположен под прямым углом к линии наихудших магнитных свойств сердечника.

Источник питания выполнен по принципу 120°-ной коммутации.

Перечисленные отличия технического решения от прототипа позволяют уменьшить влияние ошибки измерения ЭДС гальваночувствительными датчиками и тем самым повысить точность срабатывания защиты, упростить схему обработки сигнала измеряемого тока, повысить быстродействие токовой защиты.

Предлагаемое устройство для защиты трехфазной нагрузки от аварийных режимов может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется

защита от перегрузок и коротких замыканий многофазных потребителей энергии. Формула изобретения Устройство для защиты трехфазной нагрузки от аварийных режимов, содержащее источник питания, к соответствующим фазам которого подключены изолированные фазные провода, свободные выводы которых предназначены для подключения нагрузки, указанные провода выполнены пропущенными через центры трех кольцевых магнитных сердечников, в зазоре каждого из которых размещено по гальваномагнитному датчику, при этом площадь поверхности полюса каждого сердечника равна площади рабочей поверхности датчика исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения точности срабатывания и быстродействия,

все фазные провода пропущены через все сердечники одновременно, внутри каждого из сердечников оцин из проводов соответствующей фазы расположен под прямым углом к направлению наихудших магнитных

свойств сердечника, выходы датчиков подключены к соответствующим входам суммирующего блока, выход которого через исполнительный орган соединен с источником питания, кольцевые магнитные сердечники выполнены из анизотропного материала, а источник питания выполнен по принципу 120-градусной коммутации.

-.г