Быстродействующее устройство автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

/Ј 11

VI

Ъ

VI

ю чэ

Изобретение относится к устройствам автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, участвующей в непрерывных технологических процессах.

Известно устройство для автоматического включения резервного питания потребителей для подстанций с двигательной нагрузкой, содержащее пусковой и избирательные фазочувствительные органы, кото- рое выбирает момент включения резервного питания путем отсчета заданной выдержки времени после достижения углом 5 между векторами напряжений основного и резервного источников питания значения 270°,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для синфазного автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, содержащее фазо- чувствительный блок с двумя входами для подключения к секции потребителей с двигательной нагрузкой и к источнику резервного питания и с тремя пороговыми выходами, первый и второй из которых подключены к двум входам первого блока изме- рения временного интервала с блоком преобразования временного интервала на выходе, а первый и третий - к двум входам второго блока измерения временного интервала, выход которого соединен с входом второго блока преобразования временного интервала, а его выход подключен к блоку памяти, второй вход которого подключен к второму пороговому выходу фазочувстви- тельного блока, причем выход блока памяти и выход первого блока преобразования временного интервала соединены с входами блока суммирования и сравнения времени с временем включения выключателя резервного источника питания, выход блока сум- мирования и сравнения времени подключен к входу выходного органа с блоком управления выключателями на выходе.

При потере питания устройство фиксирует увеличение угла 6 между векторами ЭДС двигателей и напряжения сети и определяет момент синфазной подачи резервного питания с учетом времени включения выключателя резервного питания. Благодаря тому, что в устройстве учитывается на- чальный угол нагрузки двигателя д и степень зависимости момента сопротивления от частоты вращения, оно имеет достаточно высокую точность синфазной подачи резервного питания. Момент синфазной подачи в устройстве определяется на основании измерения временных интервалов

изменения угла дог первого заданного значения (5i до второго 6г и от первого д до третьего дз . Благодаря имеющейся в устройстве коррекции, оно обеспечивает требуемую точность по углу включения резервного питания даже при резких изменениях скорости нарастания угла б, происходящих в промежутке времени от момента достижения углом значения di до момента достижения углом значения 5з. После завершения измерений временных интервалов, т.е. после достижения углом значения 5з, работа устройства основана на том предположении, что дальнейшее изменение угла происходит равноускоренно. Действительно, в большинстве случаев нарушений электроснабжения резкие изменения скорости нарастания угла д могут происходить до момента достижения углом значения дз- Такие изменения скорости угла 6 могут иметь место при отключениях коротких замыканий на питающих линиях, при отключении неответственных двигателей и др.

Однако в некоторых случаях такие изменения скорости угла 5 могут произойти после превышения углом значения дз. Это приведет к возникновению большой ошибки в устройстве и подаче резервного питания при большом значении угла д или даже в противофазе с остаточным напряжением на двигателях. Такое включение представляет опасность для двигателей из-за возникающих в них недопустимых значений токов и механических моментов. Кроме того, самозапуск двигателей в большинстве случаев будет неуспешным из-за возникновения тормозных моментов в начальный период самозапуска. Указанные погрешности в работе устройства, как правило, будут возникать при отключениях близких коротких замыканий или неответственных двигателей, сопровождающихся значительным изменением скорости угла 5.

Известно, что включение резервного питания может быть осуществлено не только строго синфазно, но и при отклонении угла включения от 5Син в определенном допустимом диапазоне , ограниченном значениями угла 5iAon и 52Доп (51доп 5Син , 32доп 5син). Значения 3-1доп и 52доп определяются на основании предварительных расчетов или экспериментально из условий допустимости токов и моментов двигателей и успешности их самозапуска. Используя этот диапазон можно предотвратить несинфазное включение из-за погрешности устройства путем введения блокировки по углу. Она выполняется на основании измерения

текущего значения угла д в момент срабатывания блока суммирования и сравнения времени со временем включения выключателя резервного источника питания. Если при этом измеренное значение угла больше допустимого значения 5iAon (5-|доп 51доп) и меньше допустимого значения

52доп (Йдоп 52доп), ТО СИГНЭЛ ОТ блОКЭ Суммирования не блокируется и поступает в выходной орган, который обеспечивает переключение на резервное питание. Если же блок суммирования и сравнения времени срабатывает до момента достижения углом значения 5iAOn, что свидетельствует о возникновении недопустимой погрешности в определении момента синфазного включения резервного питания, то сигнал от блока суммирования блокируется до момента достижения углом значения 5ifl0n и только после превышения углом этого значения сигнал поступит на срабатывание выходного органа. Таким образом в течение некоторого времени сигнал будет заблокирован, благодаря чему включение резервного питания произойдет при допустимом значении у гла д.,(

Значения (51ДОп и фдоп определяются путем уменьшения соответственно значений 5iAOn и (Задоп на величину изменения угла д за время включения выключателя резервного питания т.вкл при максимально возможной скорости изменения угла

01доп 5н+| (tUoti-LwO dk+l f 2()()| ч 2

Кз где а максимально возможное ускоI а

рение, зависящее от максимального коэффициента загрузки двигателя К3 и от номинального значения механической постоянной времени агрегата Та,

11доп - время от начала выбега двигателя до момента достижения углом значения

.О1доп

Аналогичным образом, исходя из требуемого значения 52Доп, определяется значение б2доп.

Цель изобретения - повышение надежности работы путем уменьшения погрешности и предотвращения несинфазного включения резервного питания.

Поставленная цель достигается тем, что в быстродействующее устройство автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, включающее фазочувствительный блок с двумя входами для подключения к секции потребителей с двигательной нагрузкой и к источнику резервного питания и с тремя

пороговыми выходами, первый и второй из которых подключены к двум входам первого блока измерения временного интервала с блоком преобразования временного интер- вала на выходе, а первый и третий - к двум входам второго блока измерения временного интервала, выход которого соединен с входом второго блока преобразования временного интервала, а его выход подключен

к блоку памяти, второй вход которого подключен к второму пороговому выходу фазо- чувствительного блока, причем выход блока памяти и выход первого блока преобразования временного интервала соединены с входами блока суммирования и сравнения времени с временем включения выключателя резервного источника питания, а также содержащее выходной орган с блоком управления выключателями на выходе, дополнительно введены последовательно соединенные инвертор, триггер, логический элемент И-НЕ и логический элемент И, причем выход логического элемента И соединен со входом выходного органа, второй вход

логического элемента И соединен с выходом блока суммирования и сравнения времени со временем включения выключателя резервного источника питания, третий вход логического элемента И соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с третьим пороговым выходом фазочувстви- тельного блока, а второй вход триггера и второй вход логического элемента И-НЕ соединены с первым пороговым выходом фазочувствительного блока.

На фиг.1 приведена функциональная схема быстродействующего устройства автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной

нагрузкой; на фиг.2а - диаграмма работы блоков устройства при потере питания и отсутствии погрешности устройства; на фиг.2б - диаграмма работы блоков устройства при преждевременном срабатывании

блока суммирования и сравнения времени со временем включения выключателя резервного источника питания. На фиг.2 пунктиром показаны сигналы, проявляющиеся в том случае, если не произойдет подачи резервного питания при 5син.

Устройство содержит фазочувствительный блок 1 с пороговыми выходами, два блока 2 и 3 измерения временного интервала, два блока 4 и 5 преобразования временного интервала, блок б памяти, блок 7 суммирования и сравнения времени со вре-. менем включения выключателя резервного источника питания, выходной орган 8, блок 9 управления выключателями, причем фазочувствительный блок 1 имеет входы 10 и 11 и три пороговых выхода 12, 13, 14. Устройство также содержит инвертор 15, триггер 16, логический элемент И-НЕ 17 и логический элемент И 18.

Входы первого блока 2 измерения временного интервала с первым блоком 4 преобразования временного интервала на выходе подключены к первому 12 и второму 14 пороговым выходам фазочувствительно- го блока 1. Входы второго блока 3 измерения временного интервала с вторым блоком 5 преобразования временного интервала на выходе подключены к пороговым выходам 12 и 13 фазочувствительного блока 1. Выход первого блока 4 преобразования временного интервала соединен с входом блока 7 суммирования и сравнения времени со временем включения выключателя резервного источника питания, выход которого соединен с входом логического элемента И 18, при этом второй вход блока 7 соединен с выходом блока 6 памяти, первый вход которого подключен к пороговому выходу 14 фазочувствительного блока 1, а второй - к выходу блока 5 преобразования временного интервала. Первый пороговый выход 12 фазочувствительного блока 1 соединен также с входом логического элемента И-НЕ 17 и входом триггера 16, второй вход которого соединен со вторым входом логического элемента И 18 и подключен к выходу инвертора 15, вход которого соединен с пороговым выходом 13. Выход триггера 16 соединен со вторым входом логического элемента И-НЕ 17, выход которого подключен к третьему входу логического элемента И 18. Выход элемента И 18 подключен к входу выходного органа 8 с блоком 9 управления выключателями на выходе.

К первому входу 10 фазочувствительного блока 1 подключено напряжение секции потребителя с двигательной нагрузкой, а ко второму входу 11 подключено напряжение резервного источника питания. На выходе

12фазочувствительного блока 1 сигнал появляется при достижении углом «5 между векторами подведенных напряжений первого заданного значения 5i, а на выходах

13и 14 - соответственно второго 62 и третьего 5з. Блок 2 измерения временного интервала измеряет время изменения угла 5 от первого заданного значения д до третьего 5з. Блок 3 измеряет время изменения угла от первого (5i до второго заданного значения 5з. Для повышения точности работы в качестве блоков 2 и 3 используются интеграторы на операционных усилителях, преобразующие временные интервалы

в пропорциональные напряжения. Коэффициенты преобразования блоков 4 и 5 зависят от выбранных значений di , 62 , 5з и угла синфазной подачи резервного питания

дам- Блок 6 памяти запоминает величину выходного напряжения блока 5 в момент достижения углом третьего заданного значения 3з. Благодаря этому величина указанного напряжения блока 5 является

0 функцией величины угла нагрузки двигателей и степени зависимости моментов сопро- тивления их механизмов от частоты вращения и используется в качестве напряжения коррекции. В блоке 7 производится

5 суммирование выходных напряжений блоков 4 и 6 и сравнение результирующего напряжения с напряжением уставки, пропорциональным времени включения выключателя резервного источника пита0 ния. В момент превышения напряжением уставки результирующего напряжения на выходе блока 7 появляется сигнал.

Инвертор 15, триггер 16, логический элемент И-НЕ.17 и логический элемент И 18

5 образуют орган блокировки по углу. В нормальном режиме 6 5i, поэтому на выходах 12,13 и 14 будет присутствовать низкий уровень сигнала, а на выходе триггера 16 и выходе логического элемента И-НЕ 17 - вы0 сокий уровень сигнала. При этом выходной орган не срабатывает, т.к. сигнал на выходе блока суммирования 7 отсутствует и будет сформирован только после последовательного прохождения углом д трех заданных

5 значений 5i, 62 , 5з.

При потере питания двигателей угол д увеличивается и последовательно пройдет заданные значения 61,62 и бз. Выходное напряжение блока 4 после достижения уг лом третьей заданной уставки дз линейно уменьшается таким образом, что при значении угла синфазной подачи резервного питания (5Син оно должно стать равным нулю (при б - 0 и моменте сопротивления механизма не зависящем от частоты вращения). При достижении углом значения 5з в блок 7 с блока 6 вводится напряжение коррекции, пропорциональное величине угла нагрузки

Q дн и учитывающее зависимость момента сопротивления механизма от частоты вращения, и результирующее напряжение в блоке 7 при достижении углом значения дст равно нулю. При превышении напряжением ус5 тавки результирующего напряжения в блоке 7, на его выходе появляется сигнал высокого уровня, который поступает на один из входов логического элемента И 18. Поступит ли этот сигнал на вход выходного органа 8,зависит от текущего значения угла д, т.е. от

5

наличия блокирующих сигналов на двух других входах элемента И 18.

При потере питания и д 5i на выходе 12 появляется сигнал высокого уровня, триггер 16 переходит в режим хранения информации и не изменяет своего состояния (на выходе высокий уровень сигнала), а на выходе логического элемента И-НЕ 17 появляется сигнал низкого уровня, который будет запрещать Прохождение сигнала высокого уровня блока 7 (в случае его ошибочного появления) к выходному органу 8.

При дальнейшем увеличении угла и его превышении величины дг на выходе 13 появляется сигнал высокого уровня, триггер 16 срабатывает, на его выходе появляется сигнал низкого уровня и поэтому на выходе логического элемента И-НЕ 17 вновь появляется разрешающий сигнал высокого уровня. В то же время на выходе инвертора 15 формируется сигнал низкого уровня, который в этом случае блокирует прохождение сигнала высокого уровня с выхода блока суммирования 7 к выходному органу 8. Превышение углом д значения 51ДОп приводит вновь к появлению низкого сигнала на выходе 13, что обеспечивает снятие блокировки на прохождение выходного сигнала блока 7. При этом триггер 16 снова переходит в режим хранения информации, а на выходе элемента И-НЕ 17 остается высокий уровень сигнала. Блокирующие сигналы на входах элемента И 18 отсутствуют и срабатывание блока 7 приводит к возникновению сигнала высокого уровня на выходе элемента И 18, срабатыванию выходного органа 8 и синфазному включению выключателя резервного питания.

Имеющаяся в устройстве коррекции повышает точность синфазной подачи резервного питания при изменении угла нагрузки двигателей и скорости угла д. Если при потере питания во время выбега двигателей происходит резкое изменение скорости угла б и даже с учетом коррекции блок 7 формирует выходной сигнал в момент времени, не соответствующий синфазному включению, то указанная блокировка по углу пред- отвращает несинфазное включение резервного питания. Устройство имеет достаточную точность работы в большинстве случаев, но, если все-таки ошибка в выборе момента времени блоком 7 возникла, то она, как правило, будет опережающей, т.е. блок 7 срабатывает при 5 . В этом случае сигнал с выхода блока 7 поступит на вход выходного органа втолькоснятия блокировки в момент достижения углом значения 3iAon и резервное питание будет подано на

двигатели при допустимом значении угла д.

Возникновение недопустимого запаздывания момента срабатывания блока 7 является маловероятным. Однако, если по какой-то причине оно все-таки возникло, то неправильное срабатывание выходного органа 8 и несинфазная подача резервного питания будут предотвращены благодаря

тому, что при 5 Й2Доп на выходе элемента И-НЕ 17 будет низкий уровень сигнала, а при д 5г + 5Син - низкий уровень на выходе инвертора 15.

Блокировка по углу также допускает

включение резервного питания при углах д 5i. Такое включение весьма благоприятно, т.к. соответствует быстродействующему синфазному включению без нарушения динамической устойчивости двигателей за

время потери питания. Такое включение, как правило может быть реализовано только при наличии быстродействующего выключателя резервного питания.

Выбор заданных значений угла

#1, ($2 и 5з производится на основании полученных значений 5in0n и Й2ДОп следующим образом:

30

5l Фдоп - 5син , 5l 5Н

макс

& -дет - 5iAon ;

Осин

& &.

Применение быстродействующего устройства автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой позволит за счет применения в нем коррекции и блокировки по углу надежно обеспечить быстродействующее синфазное включение резервного питания при потере основного по различным причинам, в том числе и в случаях потери питания, сопровождающихся резким изменением скорости угла д, например при отключении коротких замыканий или неответственных двигателей.

0 В большинстве случаев устройство будет обеспечивать синфазное включение резервного питания с углом включения 5Сик, и только в некоторых режимах, при неблагоприятном соотношении факторов, включение

5 будет существенно при значении угла д,. входящем в допустимый диапазон углов включения. Но включение, обеспечиваемое в последнем случае, является допустимым

для двигателей и более благоприятно, чем несинфазное.

Формула изобретения Быстродействующее устройство авто- магического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, включающее фазочувствительный блок с двумя входами для подключения к секции потребителей с двигательной нагрузкой и к источнику резервного питания и с тремя пороговыми выходами, первый и второй из которых подключены к двум входам первого блока измерения временного интервала с блоком преобразования временного интер- вала на выходе, а первый и третий - к двум входам второго блока измерения временного интервала, выход которого соединен с входом второго блока преобразования временного интервала, а его выход подключен °к блоку памяти, второй вход которого подключен к второму пороговому выходу фазо- чувствительного блока, причем выход блока памяти и выход первого блока преобразования временного интервала соединены с

входами блока суммирования и сравнения времени с временем включения выключателя резервного источника питания, а также содержащее выходной орган с блоком управления выключателями на выходе, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы путем уменьшения погрешности и предотвращения несинфазного включения резервного питания, в него дополнительно введены последовательно соединенные инвертор, триггер, логический элемент И-НЕ и логический элемент И, причем выход логического элемента И соединен с входом выходного органа, второй вход логического элемента И соединен с выходом блока суммирования и сравнения времени со временем включения выключателя резервного источника питания, третий вход логического элемента И соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с третьим пороговым выходом фазочувствительно- го блока, а второй вход триггера и второй вход логического элемента И-Н Е соединены с первым пороговым выходом фазочувст- вительного блока.

В устройство, содержащее фазочувстви- тельный блок 1 с тремя пороговыми выходами 12,13,14, два блока 2 и 3 измерения временного интервала, два блока 4 и 5 преобразования временного интервала, блок памяти 6, блок суммирования и сравнения времени 7. выходной орган 8 и блок управления выключателями 9, введена блокировка по углу. Блокировка подключена к первому 12 и третьему 13 пороговым выходам фазочувствительного блока 1 и содержит последовательно соединенные инвертор 15, триггер 16, логический элемент И-НЕ , логический элемент И 18. Выходы 10 и 11 фазочувствительного блока 1 подключены к секции потребителей с двигательной нагрузкой и к источнику резервного питания. Переключение на резервное питание производится синфазное остаточным напряжением двигателей при срабатывании блока суммирования 7 и отсутствии блокирующих сигналов. Если срабатывание блока суммирования 7 происходит при недопустимом значении угла, то срабатывание выходного органа 8 произойдет после снятия блокирующих сигналов с входов логического элемента И 18.2 ил. е

Фи&2

Редактор

Составитель Н.Гребченко

Техред М.МоргенталКорректор Е.Папп

S}