Устройство для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети Советский патент 1993 года по МПК H02H3/24 

(Л

С

Устройство предназначено для выявления нарушения чередования и обрыва фаз трехфазной сети, что предотвращает повреждение нагрузки. Сущность изобретения заключается втом, что изфазных напряжений формируются прямоугольные импульсы, дифференцируются, и если продифференцируемый импульс находится в зоне последующего прямоугольного импульса, то сигнал на выходе исполнительного элемента отсутствует. При нарушении чередования фаз ,или обрыве какой-либо из них, продифференцированные импульсы не попадают в зону последующего прямоугольного импульса и на выходе исполнительного элемента появляется сигнал. 5 ил. ,

Изобретение относится к области электротехники, а именно к полупроводниковым релейным устройствам трехфазного переменного напряжения, осуществляющим защитные отключения асинхронного электродвигателя при нарушении порядка чередования фаз в сети, приводящем к несанкционированному изменению направления вращения ротора электродвигателя, или при обрыве фазного провода в сети, приводящем к недопустимому перегреву электродвигателя.Целью изобретения является упрощение устройства.

Именно дополнительное введение дифференцирующих цепей и двухвходовых элементов И по числу фаз так, что выходы формирователей-ограничителей каждой фазы через свои дифференцирующие цепи

подключены к первым входам элементов И, а выход формирователя-ограничителя предыдущей фазы соединен со вторым входом элемента И последующей фазы, выходы элементов И каждой фазы ссздинены со своими входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен ко входу исполнительного элемента, достигается упрощение устройства.

На фиг.1 показана функциональная схема устройств для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети.

На фиг,2 дан пример выполнения исполнительного элемента.

На фиг.3-5 показаны временные диаграммы напряжений устройства при различных режимах его работы.

Устройство (фиг. 1) содержит три формирователя -рграничителя 1, входами подклюсосо О ел со

Ь

ченные к клеммам соответствующих фаз А,В,С трехфазной сети переменного тока, а выходами подключенные к входам соответствующих фазам дифференцирующих цепей 2, выходы которых подключены к первым входам соответствующих фазам двухвходовых элементов И 3, своими вторыми входами подключённых к выходам формирователей-ограничителей1предыдущих фаз, а выходами подключенных к своим входам трехвходового элемента ИЛИ-НЕ 4, выход которого соединен со входом исполнительного элемента 5.

Питание элементов схемы устройства производится постоянными напряжениями +Е и -Е, формируемыми на выходах блока питания 6, входами подключенного к фазам сетиА,В,С.

Исполнительный элемент 5 (фиг.2) содержит операционный усилитель (интегральную микросхему) 7, неинвертирующий вход (+) которого подключен к выходу формирователя опорного напряжения 8, а инвертирующий вход (-} подключен к выходу время задающей RC-цепи 9 и через диод 10 подключен ко входу исполнительного элемента 5, причем входы формирователя опорного напряжения 8 и времязадающей RC-цепи 9 подключены к шине питания с напряжением +Е, а цепи питания операционного усилителя 7 подключены к шинам питания с напряжениями +Е и -Е. Выход операционного усилителя 7 через резистор 11 подключен к базе транзистора 12, соединенной с эмиттером и общей шиной питания (1) через диод 13. Коллектор транзистора 12 через параллельно соединенные катушку электромеханического реле 19 и диод 15 подключен к шине питания с напряжением +Е.

Формирователь опорного напряжения 8 содержит два последовательно соединенных резистора 16 и 17, точка подключения которого является его выходом. Времязада- ющая RC-цепи 9 содержит последовательно соединенные резистор 18 и конденсатор 19, точка подключения которых является ее выходом.

Работу устройства (фиг.1) характеризуют следующие режимы сети переменного тока:

нормальный режим работы, когда напряжения присутствуют во всех трех фазах сети и соблюдается требуемый порядок чередования фаз (этот режим работы иллюстрируют временные диаграммы напряжений показанные на фиг.З);

ненормальный режим работы, когда в сети нарушен порядок чередования фаз и на выходе устройства формируется сигнал отключения (этот режим работы иллюстрируют временные диаграммы напряжений показанные на фиг.4);

ненормальный режим работы, когда в

сети оборван один из фазных проводов и на выходе устройства формируется сигнал отключения (этот режим работы иллюстрируют временные диаграммы напряжений показанные на фиг.5).

О В нормальном полнофазном режиме работы, когда порядок чередования фаз в сети правильный, устройство работает следующим образом. При поступлении на входы формирователей-ограничителей 1 фазных

5 напряжений la.lb.lc на их выходах появляются импульсы напряжений прямоугольной формы UiA.UiB.Uic (индексация напряжений выполнена в соответствии с номером элемента и фазой сети) с длительностями

0 импульсов, равными полупериоду колебаний напряжения сети. Под действием выходных напряжений формирователей- ограничителей 1 на выходах дифференцирующих цепей 2 появляются (в моменты

5 смены полярности сетевых напряжений с отрицательной на положительную) импульсы напряжений U2A.U2B.U2C, имеющие короткую длительность, на порядок меньшую полупериода колебаний напряжения сети.

0 Импульсы напряжений ОзА.изв.изс появляются на выходах, соответствующих фазам элементов И 3 при одновременном присутствии на их входах выходного напряжения положительной полярности форми5 рователя-ограничителя 1 предыдущей фазы и выходного напряжения дифференцирующей цепи 2 данной фазы.

Например, напряжение USA на выходе элемента И 3 фазы А появится при одновре0 менном наличии на входах данного элемента напряжения положительной полярности UiC, формируемого на выходе формирователя-ограничителя 1 фазы С, и напряжения U2A. формируемого на выходе дифференци5 рующей цепи 2 фазы А. Как видно из диаграмм на фиг.З, при нормальном режиме работы сети на выходах элементов И 3 всех , трех фаз присутствуют импульсы напряжений (UsA.UaB.Uac), сдвинутые друг относи0 тельно друга на треть периода колебаний напряжения сети. Эти импульсы объединяются по выходу и инвертируются с помощью элемента ИЛИ-НЕ 4 (см.напряжение ). Под действием импульсов напряжения

5 низкого уровня , поступающего с выхода элемента ИЛИ-НЕ 4 на вход исполнительного элемента 5, в последнем через каждую треть периода колебаний напряжения сети открывается диод 10 и происходит разряд конденсатора 19 через элемент ИЛИ-НЕ 4.

При этом напряжение Uig (на конденсаторе 19 и на инвертирующем входе операционного усилителя 7) в нормальном режиме работы сети за треть периода колебаний напряжения сети не успевает нарасти до напряжения Ui (на резисторе 17 и на неинвертирующем входе операционного усилителя 7), являющегося опорным напряжением операционного усилителя 7. В результате чего на выходе операционного усилителя 7 будет присутствовать положительное напряжение Uy высокого уровня, под действием которого транзистор 12 будет включен и через катушку реле 14 будет протекать ток, приводящий к срабатыванию реле 14 и замыкэнию.его контактов. Последнее сигнализирует о нормальном режиме работы контролируемой сети, а именно о правильном порядке чередования1 фаз и о наличии напряжений во всех трех фазах се:ти. .. .

При нарушении нормальной работы сети; связанной с изменением порядка чередования фаз. (например, если фазы В и С поменялись местами, ем.фиг.4) устройство работает следующим образом. Импульсы напряжений положительной полярности на выходах формирователей-ограничителей 1 UiA,UiB,Uic не совпадают теперь во времени с импульсами напряжений на выходах дифференцирующих цепей 2 соответствен-, но U2B.U2C.U2A. В результате импульсы напряжений положительной полярности изл.изв.изс на выходах элементов ИЗ всех трех фаз отсутствуют, а на выходе элемента ИЛ1/1-НЕ 4 постоянно будет присутствовать положительное напряжение высокого уровня U4, под действием которого диод 10 в исполнительном элементе 5 будет заперт. Последнее приводит к тому, что положительное напряжение Uig на конденсаторе 19 и на инвертирующем входе операционного усилителя 7 будет больше положительного напряжения Ui на резисторе 17 и на неинвертирующем входе операционного усилителя 7. В результате чего на выходе операционного усилителя 7 будет присутствовать напряжение U отрицательной полярности, под действием которого транзистор 12 будет заперт и. как следст.вие, катушка реле 14 будет .обесточена, а контакты реле 14 будут разомкнуты (такое состояние контактов реле 14 сигнализирует о ненормальном режиме работы контролируемой сети).

При нарушении нормальной работы сети, связанном с обрывом фазного провода в

сети (например, фазы С), устройство работает (с учетом того, что общая шина питания схемы устройства не соединена с нулевой точкой трехфазной сети) так (см.фиг.5). На- 5 пряжения UA и UB в фазах Аи В теперь будут находиться в противофазе. При этом импульсные напряжения положительной полярности будут присутствовать на выходах формирователей-ограничителей 1 и диффе0 ренцирующих цепей 2 только в фазах Аи В, причем напряжения UIA и U2B не будут совпадать во времени. В результате чего будут отсутствовать положительные напряжения высокого уровня U3A.U3B.U3C на выходах

5 элементов И 3 соответствующих фаз, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 4 постоянно бу- дет присутствовать положительное напряжение U4 высокого уровня. Последнее, как это уже говорилось для режима нарушения

0 чередования фаз, приводит к разомкнутому состоянию контактов реле 14, свидетельствующему о ненормальной работе контролируемой сети.

Если после нарушения нормальной ра5 боты сети и размыкания контактов реле 15 порядок чередования фаз и полнофазный режим в сети будут восстановлены, то контакты реле 14 в устройстве автоматически замкнутся.

0 Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое устройство выполнено на более простых элементах, не обладающих памятью, и работает по более простому алгоритму.

5

Формулаизобретения

Устройство для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети, содержащее

0 три формирователя-ограничителя, входы которых подключены к клеммам для соединения с фазами контролируемой сети, трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ и исполнительный элемент, о т л и чающееся тем,,

5 что, с целью упрощения устройства, в него дополнительно введены дифференцирующие цепи и двухвходовые элементы И по числу фаз, при этом выходы формирователей-ограничителей каждой фазы через свою

0 дифференцирующую цепь подключены к первым входам элементов И, а выход фор- мирователячограничителя предыдущей фазы соединен с вторым входом элемента И последующей фазы, выходы элементов И

5 каждой фазы соединены со своими входами . элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу исполнительного элемента.

1

f