Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от перег рева элементов электрооборудования. Известно устройство защиты элементов элек трооборудования от перегрева, действие которого основано на моделировании теплового состояния защищаемого элемента при помощи нелинейных элементов и конденсаторов. Это устройство содержит датчик тока, выход которого подключен к органу с зависимой выдерж кой времени, состоящему из соединенных, последовательно функционального преобразователя и емкостного накопителя, к которому подключен вход исполнительного элемента 11 Однако вследствие изменения сопротивления утечки накопительных конденсаторов боль шой емкости и входного сопротивления полупроводникового порогового элемента в диапазоне температур окружающей среды от -60 до +60° С практически невозможно обеспечить надежное срабатывание защиты в зоне перегрузок (1,1-1,5) н а в зоне (1,5-2,5) Эц устройство работает с недопустимой погрещностью. Особенно это относится к электродви.гателям с большой постоянной времени (более 1000 с). В этом случае защита становится не- работоспособной даже при кратностях перегрузки (2-2,5)Зц По этой же причине в диапазоне температур окружающей среды от -60 до +60° С Также практически небоэмо о обеспечить надежную защиту электрооборудования в повторно-кратковременном режиме. Для повьпиения надежности я стабильности устройств защиты при перегрузках, близких к номинальному режиму в широком диапазоне температур, применяются счетные накопители на магнитных элементах и интегральных микросхемах. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство шА защиты элементов электрооборудования от перегрева, Содержащее датчик тока, вход которого подключен последовательно в цепь защищаемого элемента, а выход ко входу пускового органа и органа с зависимой от тока вьщержкой времени, состоящего из функционального преобразователя, генератора импульсов и счетною накопителя, выполненного в виде асинхронного двоичного счетчика, последний разряд которого подключен, ко входу исполнительного элемента, и источник оперативного питания 2

Недостатком указанного устройства является то, что в нем не учитывается Дополнительный нагрев защищаемого элемента, обусловленный повторно-кратковременным режимом работы, а это может привести в некоторых случаях к недопустимому перегреву за1щщаемого элемента.

Цель изобретения - повышение точности путем моделирования теплового процесса в защищаемом электрооборудовании.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электрооборудования от перегрева.током, содержащее включенный в цепи нагрузки датчик тока, подключенный пусковой орган к первому входу логического элемента И, через функциональный преобразователь тока и генератор импульсов ко второму входу логического Элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу счетного накопителя импульсов с исполнительнь1М органом на выходе, и источник опорного напряжения, подключенный ко входу указанного генератора импульсов, дополнительно введены цифроанзлоговый преобразователь и последовательно соединенные инвертор и логический элемент И, включенные межл.у вы- ходом пускового органа и вычитающим входом счетного накопителя импульсов, причем второй вход Дополнительного логического элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а третий - к выходу младшего разряда счетного накопителя импульсов, разрешающий вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу инвертора, его дополнительные входы, число которых определено заданной точностью моделирования процесса охлаждения электрооборудования, под ключены к соответствующим разрядньш выходам счетного накопителя импульсов, выход к дополнительному входу генератора импульсов, а дополнительные разрядные выходы счетного накопителя импульсов, число которых Определено заданной точностью моделирования процесса нагрева электрооборудования подключены к дополнительным входам функционального преобразователя.

Счетный накопитель импульсов может быть выполнен в виде входного реверсивного счетчика, подключенного поразрядно к выходному деишфратхэру.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряженки на выходе счетного накопителя импульсов.

Устройство содержит датчик 1 тока, включенный в цепь защищаемого электрооборудова

ИЛ 2. Выход датчика 1 тока подключен к усковому органу 3, а также функциональноу преобразователю 4 тока, который управляет частотой генератора 5 импульсов в определенной функциональной зависимости от тока защищаемого элемента 2 и заполнения счетного накопителя 6 импульсов, состоящего из реверсивного-счетчика 7 и дещифратора 8. Для управления работой генератора 5 импульсов при отсутствии перегрузки служит цифроаналоговый преобразователь 9, разрещающий вход которого подключен к выходу инвертора 10, а управляющие входы - к выходам 11 и 12 дещифратора 8. Для управления работой функционального преобразователя 4 тока в режиме перегрузки в зависимости от заполнения реверсивного счетчика 7 функщюнальный преобразователь 4 тока снабжен дополнительными входами, соединенными с выходами 13 и 14 дещифратора. Вьгходы 11, 12 и 13, 14 определяют соответственно точность Моделирования тфоцессов охлаждения и нагрева защищаемого электрооборудования. Для фиксации момента заполнения реверсивного i счетчика 7 служит исполнительный орган 15. Источник 16 опорного напряжения подключен ко входу генератора 5 импульсов. Он же может быть источником питания всех элементов схемы. Логические элементы 17 и 18 И подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетного накопителя импульсов.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания от источника 16 опорного напряжения реверсивный счетчик 7 устанавливается в нулевое положение. Соответственно от дешифратора 8 поступает сигнал нуль на логический элемент 18 И. При отсутствии перегрузки в защищаемо цепи пусковой орган 3 закрыт, на его выходе сигнал нуль, а на выходе инвертора 10 единица. Генератор импульсов питается от источника 16 опорного напряжения. Опорное напряжение соответствует напряжению на выходе функционального преобразователя 4 в режиме работы защиты на грани срабатывания.

Этому напряжению соответствует предельно допустимый ток защищаемого элемента. Напряжение на вь1ходе цифроаналогового преобразователя устанавливается в минимальное значение, т.е. опорное напряжение генератора импульсов 5 минимально. Генератор 5 импульсов работает с частотой, соответствующей режиму работы защиты на грани срабатывания. Так как на входах логических элементов 17 и 18 И присутствуют нули с пускового органа 3 и дещифратора 8, то импульсы с генератора 5 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 7 не проходят.

При превышении тока в защищаемой цепи предельно допустимой величины напряжение ; на выходе датчика 1 тока превыщает уровень срабатывания пускового органа 3, в результате чего на выходе логического элемента Г7 И появляется сигнал единица, а на выходе инвертора 10 - сигнал нуль. Через логический элемент 17 И импульсы с генератора 5 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 7. Так как на выходе инвертора 10 позволяется сигнал нуль, то запрещено управление цифроаналоговым преобразователем от дешифратора 8, и он продолжает работать с минимальным опорным напряжением. Напряжение на выходе функциона ного преобразователя 4 тока превышает уровень источника 16 опорного напряжения. След вательно, частота работь генератора 5 импуль сов теперь зависит только от выходного напряжения функционального преобразователя 4 тока. На фиг. 2 (кривая 1) показан процесс заполнения реверсивного счетчика 7 при кратности перегрузки порядка 1,43ц (пунктиром показаны кривые нагрева и охлаждения защищаемого объекта). Максимальное .заполнение счетногр накопителя 6 импульсов ( соответствует предельному перегреву, при котором необходимо отключение электрооборудования 2. На диаграмме фиг. 2 максимально заполнение счетного накопителя 6 импульсов обозначено , что соответствует появлению сигнала на входе исполнительного органа 15. Подобным образом обозначены и остальные уровни заполнения реверсивного счетчика 7. Заполнение счетного накопителя. 6 импульсов при постоянной частоте генератора 5 импульсов может идти только по прямой, а.нагрев защищаемого элемента происходит по 3kcnoненте. Для максимального приближения кривой до

заполнения реверсивного счетчика 7 к кривой перегрева - заполнение идет с переменной скоростью. При появлении сигнала на выходе 13 дешифратора 8 на вход функционального преобразователя 4 поступает сигнал на уменъ- 45 шение частоты генератора 5, а следовательно, и скорости заполнения в соответствии с новой ступенью аппроксимации. При появлении сигнала на шине 14 дещифратора 8 поступает сигнал на следующее уменьшение скорости 50 заполнения. При достижении счетным накопителем предельного заполнения , (момент сра(б соответствующего перегреву, при котором должно произойти отключение защищаемого элемента, на входе исполнительного ор- js гана 15 появляется отключающий сигнал от дещифратора 8. В этот момент напряжение на выходе датчика 1 тока, а следовательно, и функционального преобразователя 4 становится равным нулю, и генератор 5 получает питаниеот источника 16 опорного напряжения. Так как ток в защищаемой цепи прекращается, Пусковой орган 3 переходит в состояние нуль,.

логический элемент 17 И закрывается, на выходе инвертора 10 появляется сигнал единица, а так как счетчик заполнен, то на выходе младщего разряда дещифратора 8 также единица. Таким образом, логический элемент

18 И оказывается открытым для импульсов с генератора 5 импульсов, которые поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 7. Одновременно на входе цифроаналогового преобразователя 9 появляется сигнал единиции. Для кривой нагрева действие ступеней аппроксимации наиболее существенно для кратности тока перегрузки ниже 1,7 Л ц . При дальнейшем увеличении перегрузки кривую Нагрева можно аппроксимировать одной прямой. Функциональный преобразователь 4 должен быть рассчитан так, чтобы при увеличении напряжения с датчика 1 тока действие цепей аппроксимации ослаблялось. Кривая 2 иллюстрирует работу устройства в повторно-кратковременном режиме при той же перегрузке. Во время цикла t р происходит заполнение счетного накопителя импульсов 6 (нагрев), а Во время t - вычитание накопленной информации (охлаждение).

Процессы, происходящие в устройстве заI щиты при повторно-кратковременном режиме, I ничем не отличаются от рассмотренных выше ВД, разрещающий его управление от дешифратора 8. На участке порное напряжение генератора импульсов с выхода преобразователя 9 остается таким же, что и при прямом счете. Реверсивный счетчик 7 сбрасывает информацию со скоростью аппроксимированной кривой охлаждения защищаемого объекта, который предварительно нагрет до предельно допустимой температуры. При достижении определенного кода на выходе 11 дешифратора 8 появляется сигнал, увеличивающий опорное напряжение генератора 5, и, тем самым, уменьшающий частоту вычитания. Точно также этот процесс идет на участке , -Q,j а затем и Q,,- Появление сигнала нуль на выходе младшего разряда дешифрйтора 8 соответствует моменту, когда заполнение 7 оказывается равным нулю, логический элемент 18 И закрывается и импульсы на вычитающий вход счетчика 7 не поступают. Таким образом, с определенной степенью точности, зависящей от количества ступеней аппроксимации, поделируется Kate Процесс нагрева, так и охлаждения защищаемого элемента. Практически для кривой охлаждедостаточно три-четыре ступени аппроксимапроцессов при однократном нагреве и охлаждении.

Использование изобретения позволяет уменьшить ущерб от повреждения элементов элекгрооборудования.

Формула изобретения

1. Устройство ДЛИ защиты электрооборудования от перегрева током, содержащее включенный в цепи нагрузки датчик тока, подключенный через пусковой орган к первому входу логического элемента И, а также через функциональный преобразователь тока и генератор импульсов - ко. второму входу логического элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу счетного накопителя импульсов с исполнительным органом на выходе, и источник опорного напряжения, подюпочешый ко входу указанного генератора импульсов, отличающееся тем. Что, с целью пов1ышения точности путем моделирования теплового процесса в защищаемом электрооборудовании. Дополнительно введены вдфроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные инвертор и логический элемент И, включенные между выходом пускового органа и вычитающим входом счет ного накопителя импульсов, причем второй

вход дополнительного логического элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а третий - к выходу младшего разряда счетного накопителя импульсов, разрешающий вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу инвертора, дополнительные входы, число которых определено заданной точностью моделирования процесса охлаждения электрооборудования, подключены к соответствующим разрядным выходам счетного накопителя импульсов, а выход - к дополнительному входу генератора импульсов, причем дополнительные разрядные выходы счетного накопителя импульсов, число которых определено заданной точностью моделирования процесса нагрева электрооборудования, подключены к дополнительным входам функционального преобразователя.

2. Устройство по п. 1, о t л и ч а ю щ ее с я тем, что счетный накопитель импульсов выполнен в виде входного реверсивного счетчика, подключенного поразрядно к выходному дешифратору.

Источники информации,,

принятые во виимайие при экспертизе

L Авторское свидетельство СССР N 233052, кл. Н 02 Н 3/08, 05.09.67.

2. Иванов Г. В. Реле защиты от перегрузки со счетным накопителем. Известия ВУЗов, сер. Электромеханика, 1972, № 5,с.530-533.

Ш;;аУ Ш .41)1|аи