PL188451B1 - Sposób i układ do kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym - Google Patents

Abstract

1. Sposób kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, znamienny tym, że porównuje się w sposób ciągły zależności czasowe sygnału wielofazowego sieci z zależnościami czasowymi sygnału wzorcowego, zaś sygnał wynikowy podaje do elementu wykonawczego. 5. Układ do kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, zawierający zasilacz, wzmacniacz i komparator, znamienny tym, ze poszczególne fazy sieci energetycznej są połączone za pośrednictwem rezystorów i diod układu ograniczającego napięcie (6) z bramkami logicznymi (U1A, U1B, U1C), których wyjścia są połączone z wejściami przerzutników (8) i równolegle z połączonymi szeregowo bramkami logicznymi (U1D, U1E, U1F), których wyjście jest połączone z generatorem (3) faz wzorcowych, pracującym w układzie kontrolera pętli PLL (9, 10), którego wyjście jest połączone z zegarowymi wejściami przerzutników (8), stanowiących komparator faz (2), przy czym wyjście połączonych szeregowo wyjść przerzutników (8) oraz wyjście kontrolera pętli PLL (9, 10) są połączone szeregowo z elementem wykonawczym bloku wykonawczego (4), korzystnie przekaźnikiem (K1), poprzez wzmacniacz (12) i układ opóźniający (11), zawarte w bloku.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, przeznaczony do zabezpieczania maszyn elektrycznych, zwłaszcza trójfazowych silników indukcyjnych, przed skutkami nieprawidłowości faz zasilających.

Najczęstszą przyczyną uszkodzeń silników indukcyjnych jest zanik jednej z faz zasilających silnik.

Znane jest powszechnie zabezpieczenie termiczne silników (tzw. „termik”), którego zadaniem jest wykrycie niebezpiecznego dla silnika wzrostu prądu w uzwojeniach. Innym sposobem jest wykrycie za pomocą czujników, reagujących na różnicę napięcia faz, asymetrii napięć fazowych. W obu przypadkach element wykonawczy powoduje wyłączenie silnika.

Z polskiego opisu patentowego nr 130 406 znany jest układ zabezpieczający przed skutkami zaniku fazy w trójfazowym obwodzie zasilającym. Układ zawiera transformator, prostownik trójfazowy, detektor zaniku fazy, dyskryminator, wzmacniacz, przekaźnik wyjściowy oraz zasilacz. Detektor zaniku fazy zawiera filtr napięciowy składowej zmiennej napięcia wyjściowego prostownika trójfazowego, który to filtr jest połączony z prostownikiem tejże składowej zmiennej, a z kolei wyjście prostownika jest połączone z układem uśredniającym wartość napięcia wyjściowego prostownika składowej zmiennej. Opisane rozwiązanie wykrywa brak przepływu prądu w jednej z linii sieci trójfazowej i odłącza odbiorniki prądu.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 3214367 C2 znany jest układ wykrywający zanik przepływu prądu w przynajmniej jednym przewodzie fazowym, działający w oparciu o założenie, że napięcia zakłóceń we wszystkich przewodach fazowych powinny się niewiele od siebie różnić. Założenie to jest realizowane przez pomiar napięć częstotliwości mniejszych (pod harmonicznych) od znamionowych 50 Hz i częstotliwości większych (wyższych harmonicznych) od częstotliwości znamionowej. Częstotliwości te są „wyławiane” przez podwójny

188 451 filtr pasmowy przełączany między poszczególnymi fazami za pomocą zespołu przekaźników sterowanych licznikiem modulo 3, zliczającym impulsy generatora. Zespół ten konstruktorzy nazwali „multiplekser/demultiplekser”. Napięcia proporcjonalne do poziomu częstotliwości badanych porównywane są przez wzmacniacz operacyjny nazwany przez autorów komparatorem. Wartość progowa napięcia, odpowiadająca awarii sieci, ustalona jest stabilizowanym źródłem napięcia odniesienia, określonym przez autorów terminem „generator wzorcowy”. Zabezpieczenia termiczne nie sprawdzają się dla silników małej mocy, ze względu na małą różnicę pomiędzy wartościami prądu silnika pracującego i zatrzymanego, zaś w przypadku silników dużej mocy, ich odłączenie następuje dopiero po znacznym przeciążeniu uzwojeń.

Wada zabezpieczeń przy użyciu czujników asymetrii wynika stąd, że na ogół fazy są nierównomiernie obciążone i w efekcie często występują znaczne różnice napięcia. Zjawisko to jest wykrywane przez czujnik asymetrii i silnik zostaje odłączony, choć sytuacja nie była dla niego groźna.

Eliminacja takich fałszywych alarmów sprowadza się do znacznego obniżenia czułości czujnika, lecz wtedy może się zdarzyć, że gdy spali się bezpiecznik w czasie pracy silnika, to napięcie tzw. sztucznej fazy będzie zbyt duże, by czujnik asymetrii uratował silnik. Powodem jest to, że czujnik asymetrii nie potrafi rozróżnić obniżenia napięcia od zaniku fazy.

Istota sposobu kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, według wynalazku, polega na tym, że porównuje się w sposób ciągły zależności czasowe sygnału wielofazowego sieci z zależnościami czasowymi sygnału wzorcowego, zaś sygnał wynikowy podaje się do bloku wykonawczego. Korzystnie poddaje się porównaniu wartości przesunięć fazowych sygnału wielofazowego oraz sygnału wzorcowego, przy czym obu sygnałom nadaje się postać cyfrową.

Korzystnie sygnał wzorcowy synchronizuje się z siecią sygnałem stanowiącym sygnał sumaryczny sygnałów fazowych, za pośrednictwem pętli PLL, utrzymującej stałe przesunięcie fazy między przebiegiem sterującym, a przebiegiem generatora wzorcowego.

Istota układu do kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilania, według wynalazku, zawierającego zasilacz, wzmacniacz i komparator, polega na tym, że poszczególne fazy sieci energetycznej są połączone za pośrednictwem rezystorów i diod z bramkami logicznymi, których wyjścia są połączone z wejściami przerzutników i równolegle z połączonymi szeregowo bramkami logicznymi, których wyjście jest połączone z generatorem fazy wzorcowej synchronizowanym z siecią pętlą PLL, którego wyjście jest połączone z zegarowymi wejściami przerzutników, przy czym wyjście połączonych szeregowo wyjść przerzutników oraz wyjście kontrolera pętli PLL są połączone szeregowo z elementem wykonawczym bloku, korzystnie przekaźnikiem, poprzez zawarty w bloku wzmacniacz i układ opóźniający.

W przedstawionym sposobie kontroli faz i realizującym ten sposób urządzeniu, kontroluje się wartości przesunięć faz, a tym samym sprawdza się, czy wirujące pole magnetyczne stojana ma właściwe parametry, zapewniające bezpieczną pracę silnika, tj. stałą w dopuszczalnych granicach prędkość wirowania. Parametr ten jest parametrem pierwszorzędnym ze względu na bezpieczeństwo silnika, o wiele ważniejszym niż np. wartości napięć poszczególnych faz sieci, kontrolowanych dotychczas. Dodatkową zaletą rozwiązania jest wyeliminowanie awaryjnych wyłączeń silników powodowanych zupełnie niegroźnym dla nich obniżeniem napięcia którejś z faz, występującym bardzo często, np. jako skutek nierównomiernego obciążenia poszczególnych faz.

Przedmiot wynalazku w przykładowej realizacji sposobu obrazuje poniższy przykład, zaś realizację układu przedstawiono na rysunku, ukazującym jego schemat ideowy.

Przykład

Sposób kontroli faz według wynalazku, zastosowano do oceny jakości energii elektrycznej zasilającej silnik elektryczny trójfazowy. Sygnał wzorcowy z generatora, zsynchronizowanego z siecią za pośrednictwem pętli PLL, sygnałem stanowiącym sygnał sumaryczny sygnałów fazowych, zawierający informacje o idealnych zależnościach czasowych sieci, poddaje się ciągłemu porównaniu z sygnałami sieci rzeczywistej. Sygnał wynikowy przesyła się do elementu wykonawczego, uruchamiającego silnik. Jeśli sygnał wynikowy jest sygnałem oczekiwanym to element wykonawczy załącza pracę silnika.

188 451

Układ do kontroli faz w trójfazowym obwodzie zasilającym, zbudowany jest z bloku wejściowego 1, komparatora 2, generatora 3 faz wzorcowych, bloku wykonawczego 4 oraz zasilacza 5. Blok wejściowy składa się z układu ograniczającego napięcie 6 i układu logicznego 7. Komparator zawiera trzy przerzutniki „D” 8. Generator składa się z dwóch układów scalonych 9 i 10, pracujących w pętli PLL. Blok wykonawczy zawiera układ opóźniający 11, wzmacniacz tranzystorowy 12 i element wykonawczy, w postaci przekaźnika KI. Zasilacz zbudowany jest z układu prostowniczego D9, D1O i kondesatora Cli. Sygnały poszczególnych faz sieci przesyłane są do układu ograniczającego napięcie 6, zaś sygnały wyjściowe - do wzmacniacza U1A, U1B, U1C formującego sygnały. Jednocześnie sygnały wyjściowe z układu ograniczającego napięcie 6 przesyłane są do połączonych szeregowo bramek logicznych U1E, U1F, zaś sygnał wyjściowy, stanowiący sumę sygnałów cyfrowych poszczególnych faz jest przesyłany jako sygnał synchronizacji do generatora 3 faz wzorcowych. Sygnał wzorcowy z generatora 3 przesyłany jest do komparatora 2, na wejścia „D” przerzutników 8, na których wejścia zegarowe podawane są sygnały wyjściowe bramek logicznych U1A, U1B, U1C. Sygnały wyjściowe przerzutników podawane są za pośrednictwem diod D6, D7, D8, wraz z sygnałem braku sygnalizacji pętli PLL, do układu opóźniającego 11, wzmacniacza 12, a następnie do przekaźnika KI. połączonego z trójfazowym układem zasilania silnika. Układ opóźniający, będąc filtrem przeciw zakłóceniowym, eliminuje ewentualne zakłócenia pracy przekaźnika.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, znamienny tym, że porównuje się w sposób ciągły zależności czasowe sygnału wielofazowego sieci z zależnościami czasowymi sygnału wzorcowego, zaś sygnał wynikowy podaje do elementu wykonawczego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zależnościami czasowymi sygnału wielofazowego oraz sygnału wzorcowego, podlegającymi porównaniu, są wartości przesunięć fazowych.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zarówno sygnałom wielofazowym sieci, jak też sygnałowi wzorcowemu nadaje się postać cyfrową.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał wzorcowy synchronizuje się z siecią sygnałem stanowiącym sygnał sumaryczny sygnałów fazowych, korzystnie za pośrednictwem pętli PLL.

5. Układ do kontroli faz w wielofazowym obwodzie zasilającym, zawierający zasilacz, wzmacniacz i komparator, znamienny tym, że poszczególne fazy sieci energetycznej są połączone za pośrednictwem rezystorów i diod układu ograniczającego napięcie (6) z bramkami logicznymi (U1A, U1B, U1C), których wyjścia są połączone z wejściami przerzutników (8) i równolegle z połączonymi szeregowo bramkami logicznymi (U1D, U1E, U1F), których wyjście jest połączone z generatorem (3) faz wzorcowych, pracującym w układzie kontrolera pętli PLL (9, 10), którego wyjście jest połączone z zegarowymi wejściami przerzutników (8), stanowiących komparator faz (2), przy czym wyjście połączonych szeregowo wyjść przerzutników (8) oraz wyjście kontrolera pętli PLL (9,10) są połączone szeregowo z elementem wykonawczym bloku wykonawczego (4), korzystnie przekaźnikiem (KI), poprzez wzmacniacz (12) i układ opóźniający (11), zawarte w bloku.