Трехфазная автономная сеть с защитой Советский патент 1993 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано в трехфазной автономной сети с изолированной нейтралью с частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем для защиты от короткого замыкания.

Цель изобретения - расширение области применения на сети с преобразователями частоты, имеющими обратные диодные мосты для сброса энергии в звено постоян ного тока.

На фиг.1 изображена функциональная схема трехфазной автономной сети с защитой; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. .

Трехфазная автономная сеть с защитой содержит трехфазный датчик 1 тока, трехфазный датчик 2 напряжения, блок 3 измерения электромагнитной мощности (БЭМ), блок 4 определения полярности тока, компараторы 5, 6, элемент ЗАПРЕТ 7, дискриминатор 8 длительности импульсов, одновибратор 9, исполнительный блок 10, преобразователь 11 частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя 12, звена 13 постоянного тока и инвертора 14 с обратным мостом (на фиг.1 не показан), электродвигатель 15. подключенный к кабелю 16.

При этом выходы датчиков тока 1 и напряжения 2 присоединены к входам блока 3,

00

Ј

со

00

выход которого через первый 5 компаратор присоединен к первому входу элемента ЗАПРЕТ 7, второй вход которого через второй компаратор б присоединен к датчику 4 полярности тока. Выход элемента 1 ЗАПРЕТ присоединен через последовательно включенные дискриминатор 8 и одновибратор 9 к исполнительному блоку 10.

Трехфазная автономная сеть с защитой работает в следующих режимах: нормальный двигательный рабочий режим с переменной частотой f и напряжением U при U/f const; режим пуска электродвигателя; режим генераторного торможения системы ПЧ-АД; режим короткого замыкания в кабельной сети (аварийный режим). Режимы работы сети представлены на фиг.2.

При нормальном длительном и пусковом режиме работы электропривода (фиг.2, а) на выходе блока 3 измерения электромагнитной мощности присутствуют прямоугольные импульсы, принимающие за период положительный и отрицательный знаки, причем длительность положительной полуволны больше, чем длительность отрицательной (эпюра Уз, фиг.2, а). Положитель- ный знак сигнала мощности свидетельствует о том, что энергия поступает через инвертор в двигатель, а отрица- тельный о том, что энергия отдается двигателем через инвертор в фильтр. Подавая эти импульсы на вход компаратора 5, на его выходе получаем прямоугольные импульсы положительной полярности, длительность которых соответствует времени, в течение которого энергия отдается двигателем в фильтр (эпюра Us, фиг.2, а). Этот сигнал поступает на первый вход элемента ЗАПРЕТ.

При нормальном режиме работы электропривода ток в звене 13 постоянного тока ПЧ без обратного моста, где включен блок 4 определения полярности тока, протекает от выпрямителя 12 к инвертору 14 за период работы двигателя 15 и на выходе последнего должен быть сигнал уровня логической 1. Но так как преобразователь частоты имеет обратный диодный мост сброса энергии в звено постоянного тока, то на выходе блока 4 сигнал за период будет иметь положительный и отрицательный знаки, соответствующие направлению передачи энергии за период, причем с длительностью положительной полуволны, большей, чем длительность отрицательной (эпюра 1М, фиг.2, а). Условно положительная полуволна за период будет соответствовать режиму разряда емкости фильтра в звене постоянного тока (ток протекает от фильтра к инвертору - направление тока на фиг. 1 показано сплошной линией), условно отрицательная полуволна - заряду емкости фильтра через обратный диодный мост (ток протекает от инвертора к выпрямителю, направление тока на фиг.1 показано пунктиром). Этот сигнал поступает на вход компаратора 6, на его выходе получаем прямоугольные импульсы положительной полярности, длительность которых соответствует времени, в течение

которого емкость фильтра заряжается через обратный диодный мост и ток в звене постоянного тока 13 протекает от инвертора 14 к выпрямителю 12 (эпюра Ue, фиг.2, а). Эти импульсы поступают на второй входэлемен5 та ЗАПРЕТ 7. На выходе элемента 7 получаем положительные импульсы, передний фронт которых совпадает с задним фронтом импульсов с выхода компаратора Д а задний - с задним фронтом импульсов с выхо0 да компаратора 5 (эпюра U, фиг.2, а). Другими словами, длительность импульсов с выхода элемента ЗАПРЕТ 7 соответствует времени несовпадения сигналов с выхода блока 3 измерения электромагнитной мощ5 ност и и блока 4 определения полярности тока в звене постоянного тока ПЧ. С выхода элемента 7 эти импульсы поступают на вход дискриминатора 8, где их длительность сравнивается с заданной,

0 При нормальном двигательном режиме работы электропривода, а также в режиме пуска АД время несовпадения импульсов на выходах блоков 3 и 4 меньше заданной и на выходе дискриминатора 8 сигнал уровня ло5 гическо.го О (эпюра Us, фиг.2, а). Одновибратор 9 не запускается, и сигнал на отключение исполнительного блока 10 не поступает.

В режиме генераторного торможения

0 системы ПЧ-АД (фиг.2, б) инвертор 14 переходит в выпрямительный режим, вследствие чего происходит изменение направления передачи энергии: она передается от двигателя 15 в звено 13 постоянного тока ПЧ-11.

5 Но сигнал на выходе блока 4 будет опять принимать за период отрицательный и положительный знаки, но с длительностью отрицательной полуволны, большей, чем длительность положительной (эпюра U4,

0 фиг.2, б). Этот сигнал поступает на вход компаратора 6, на выходе которого будут прямоугольныеимпульсы только положительной полярности длительностью, соответствующей времени, в течение кото5 роготок в звене 13 постоянного тока протекает от инвертора 14 к выпрямителю 12 (емкость фильтра заряжается через обратный диодный мост, (эпюра Ue, фиг.2, б). Этот сигнал поступает на второй вход элемента ЗАПРЕТ 7.

В случае генераторного торможения изменяется и режим работы электродвигателя 15. Двигатель начинает отдавать энергию в фильтр, и на выходе блока 3 измерения электромагнитной мощности появятся прямоугольные импульсы длительностью за период отрицательной полуволны большей, чем длительность положительной (эпюра Us. фиг,2, б), которые поступают на вход компаратора 5. На выходе последнего имеем положительный прямоугольный сигнал, длительность которого соответствует бремени, в течение которого двигатель отдает энергию в фильтр преобразователя (эпюра Us. фиг.2, б). Этот сигнал поступает на первый вход элемента ЗАПРЕТ 7. Однако несмотря на то, что по сравнению с двигательным и пусковым режимом работы увеличилось время генераторного режима (время, в течение которого двигатель отдает энергию в фильтр) и время заряда емкости через обратный мост (т.к. произошло изменение направления тока в звене постоянного тока ПЧ), соотношение между длительностью сигналов с выходов блоков 3 и 4 не изменилось и длительность сигнала на выходе элемента 7 (эпюра U, фиг.2, б) окажется меньшей, чем заданный порог длительности дискриминатора 8. На выходе последнего будет сигнал нулевого уровня (эпюра Us, фиг,2, б), одновибратор 9 не запускается и сигнал на отключение исполнительного блока 10 не поступает.

При коротком замыкании в кабеле 16 между электродвигателем 15 и преобразователем 11 частоты (аварийный режим, фиг.2, в), двигатель переходит в состояние подпитки точки короткого замыкания и начинает отдавать энергию в место короткого замыкания.

Соответственно увеличивается соотношение за период между длительностью отрицательной и положительной полуволн сигнала на выходе блока 3 в сторону увеличения длительности отрицательной полуволны (эпюра Ua, фиг.2, в). Тогда на выходе компаратора 5 имеем положительный прямоугольный сигнал, длительность которого соответствует времени подпитки двигателем точки короткого замыкания (эпюра Us, фиг.2, в), который поступает на первый вход элемента ЗАПРЕТ 7.

Сигнал с выхода блока 4 определения полярности тока в режиме короткого замыкания не изменится и будет соответствовать нормальному режиму работы системы ПЧ-АД, т.к. энергия подается от сети через. ПЧ в точку к.з. и не доходит до двигателя (эпюра U4, фиг.2, в). Тогда на выходе компаратора 6 при к.з. будет присутствовать положительный прямоугольный сигнал (эпюра U6, фиг.2, в). В этом случае время несовпадения сигналов с выхода блока 3 и блока 4 резко увеличивается и длительность сигна- 5 ла на выходе элемента ЗАПРЕТ (эпюра U, фиг.2, в) становится больше заданной дискриминатором 8. На выходе дискриминатора 8 появляется сигнал логической 1 (эпюра Us, фиг.2, в), который запускает одновибра0 тор 9. На выходе последнего появляется положительный импульс заданной длительности, который, поступая на исполнительный блок 10, вызывает отключение электродвигателя 15 от преобразователя 11

5 частоты.

В предложенном устройстве по сравнению с прототипом за счет вновь введенных блоков (компараторов, элемента ЗАПРЕТ, дискриминатора импульсов, одновибрато0 ра) и соответствующего их соединения между собой и с датчиком определения полярности и блоком измерения электромагнитной мощности, контролируются знаки мгновенного тока в звене постоянного

5 тока и мгновенной электромагнитной мощности электродвигателя за период изменения выходной частоты преобразователя частоты, что позволяет надежно выявить направление передачи электрической энергии

0 за период в преобразователе частоты, имеющем обратный диодный мост инвертора, и направление передачи энергии в месте присоединения электродвигателя к кабельной сети, и после сопоставления обработанных

5 сигналов в элемента ЗАПРЕТ и дискриминаторе отличить режим к.з. и нормальный режим сети. Применение в прототипе ПЧ с обратным мостом, периодически передающим энергию электродвигателя в фильтр по0 стоянного тока как в нормальном двигательном, так и в генераторном режимах, приводит к появлению на выходе датчика полярности единичных и нулевых сигналов за период изменения частоты на

5 выходе преобразователя частоты, которые подаются на вход логической схемы И. На другой вход этой схемы с блока электромагнитной мощности (как в прототипе) также будет подаваться единичные и нулевые сиг0 налы. Соотношение длительности этих сигналов за период зависит от режима нагрузки электропривода и может приводить к появлению единицы на выходе схемы И и ложным срабатываниям исполнительно5 го блока.

В предложенном устройстве ложные срабатывания защиты от к.з. отсутствуют, так как контроль направления передачи энергии в ПЧ и электродвигателе осуществляется по составлению длительности положительныл и отрицательных мгновенных значений тока и электромагнитной мощности за период. Этим достигается возможность применения в сети преобразователей частоты с обратным диодным мостом с надежной защитой от к.з., т.е. расширяется область применения сети.

Формула изобретения Трехфазная автономная сеть с защитой, содержащая тиристорный преобразователь частоты, выполненный в виде последовательно соединенных управляемого выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора, а также включенного в звено постоянного тока блока определения полярности тока, выход которого является первым выходом тиристорного преобразователя частоты, второй выход, которым является выход инвертора, соединен с первым выводом исполнительного блока, второй вывод которого кабелем связан с асинхронным электродвигателем, к обмоткам статора которого

подключены входы датчиков тока и напряжения, выходы которых подключены к входам блока измерения электромагнитной мощности, о т ли чающаяся тем, что, с

целью расширения области применения на сети с преобразователями частоты, имеющими обратные диодные мосты для сброса энергии в звено постоянного тока, в нее дополнительно введены два компаратора, и

последовательно соединенные элемент ЗАПРЕТ, дискриминатор длительности импульсов и одновибратор, причем выход блока измерения электромагнитной мощности подключен к входу первого компаратора, а первый выход тиристорного преобразователя частоты подключен к входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам элемента ЗАПРЕТ, выход одновибратора соединен с отключающим входом исполнительного блока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано в трехфазной автономной сети с изолированной нейтралью с частотно-регулируемым электродвигателем для защиты от короткого замыкания. Трехфазная автономная сеть содержит трехфазный датчик тока, трехфазный датчик напряжения, блок измерения электромагнитной мощности, блок определения полярности тока, компараторы, логический блок, дискриминатор длительности импульсов, одно- вибратор, исполнительный орган. Сущность изобретения: выявление режима короткого замыкания осуществляется по сопоставлению длительности отрицательных и положительных мгновенных значений сигналов с выхода блока определения полярности тока и блока измерения электромагнитной мощности за период. Этим исключаются ложные срабатывания исполнительного блока и достигается возможность применения в сети преобразователей частоты с обратным диодным мостом сброса энергии электродвигателя в звено постоянного тока ПЧ. 2 ил. Ё

.Фиг{