RU100342U1

RU100342U1 - DEVICE FOR PROTECTING THREE-PHASE CURRENT ELECTRIC CONSUMERS FROM EMERGENCY MODES

Info

Publication number: RU100342U1
Application number: RU2010126515/02U
Authority: RU
Inventors: Алексей Павлович Левцев; Василий Андреевич Чижаев
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2010-12-10

Abstract

Устройство для защиты электропотребителей трехфазного тока от аварийных режимов, содержащее измерительные трансформаторы тока, электронный блок контроля аварийных режимов, устройство сравнения и исполнительное реле, отличающееся тем, что электронный блок контроля аварийных режимов выполнен двухканальным для раздельного контроля параметров напряжения и токов, при этом в каждую фазу включены проходные трансформаторы тока, выводы обмоток которых через нагрузочные резисторы по первому каналу соединены с входами однофазных выпрямительных мостов и соединены с входами первой микросхемы, по второму каналу проходные трансформаторы тока через развязывающие диоды, делители напряжения, стабилитрон и накопитель напряжения соединены с входами второй микросхемы, выходы первой микросхемы подсоединены непосредственно с входами первой части третьей микросхемы, а выходы второй микросхемы через времязадающие цепочки подсоединены с входами второй части третьей микросхемы, выходы первой и второй части третьей микросхемы через развязывающие диоды подключены к предварительному усилительному каскаду, выход которого соединен с окончательным усилительным каскадом, выход последнего соединен с первым выводом исполнительного реле, второй выход подключен к положительному выводу электролитического накопительного конденсатора, исполнительное реле, в свою очередь, связано своим замыкающим контактом с промежуточным реле, нормально закрытый контакт которого включен в цепь управления магнитного пускателя. A device for protecting electrical consumers of a three-phase current from emergency conditions, containing measuring current transformers, an electronic emergency monitoring unit, a comparison device and an executive relay, characterized in that the electronic emergency monitoring unit is two-channel for separate control of voltage and current parameters, each phase-through current transformers are included, the terminals of the windings of which through load resistors are connected to the inputs of a single-phase rectifier through the first channel bridges and are connected to the inputs of the first microcircuit, through the second channel, current transformers through decoupling diodes, voltage dividers, a zener diode and a voltage storage device are connected to the inputs of the second microcircuit, the outputs of the first microcircuit are connected directly to the inputs of the first part of the third microcircuit, and the outputs of the second microcircuit are through time-consuming the chains are connected to the inputs of the second part of the third microcircuit, the outputs of the first and second parts of the third microcircuit are connected to the preliminary through decoupling diodes to the amplifier stage, the output of which is connected to the final amplifier stage, the output of the latter is connected to the first output of the executive relay, the second output is connected to the positive terminal of the electrolytic storage capacitor, the executive relay, in turn, is connected by its make contact to the intermediate relay, the normally closed contact of which is turned on into the control circuit of the magnetic starter.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных электропотребителей (ТЭП) от аварийных режимов.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect three-phase power consumers (TEC) from emergency conditions.

Известно устройство для защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов, содержащее два измерительных трансформатора тока с двумя первичными обмотками с разным числом витков, с выводами для включения первых обмоток в разноименные фазные провода, вторые - в третий фазный провод питания электродвигателя, а к вторичным обмоткам трансформаторов тока подключен фазочувствительный детектор, к средним выводам тех же обмоток подключена обмотка исполнительного реле, к крайним выводам первой обмотки подключен входной потенциометр блока контроля перегрузок, при этом выходной тиристор блока контроля перегрузок подключен параллельно резистору фазочувствительного детектора, катодом соединен с клеммой для подключения к нейтрали статорной обмотки, анод диода блока контроля симметрии соединен с клеммой подключения к корпусу электродвигателя, катод упомянутого диода соединен с первым выводом резистора блока контроля асимметрии, первый вывод первого резистора блока контроля перегрузок соединен с управляющим электродом выходного тиристора через последовательное соединение анод - катод динистора и второй вывод резистора блока контроля асимметрии соединен с анодом динистора, диод блока контроля перегрузок анодом соединен со средним выводом потенциометра, а катодом - со вторым выводом первого резистора блока контроля перегрузок (SU 1534610. МПК Н02Н 7/08, опубл. 07.01.90).A device is known for protecting a three-phase electric motor from emergency conditions, comprising two current measuring transformers with two primary windings with a different number of turns, with leads for connecting the first windings to opposite phase wires, the second to the third phase electric motor power wire, and to the secondary windings of current transformers a phase-sensitive detector is connected, an executive relay coil is connected to the middle terminals of the same windings, an input potentiometer is connected to the extreme terminals of the first winding overload control, while the output thyristor of the overload control unit is connected parallel to the resistor of the phase-sensitive detector, the cathode is connected to the terminal for connecting the stator winding to the neutral, the anode of the diode of the symmetry control unit is connected to the terminal of connection to the motor housing, the cathode of the diode is connected to the first output of the block resistor asymmetry control, the first output of the first resistor of the overload control unit is connected to the control electrode of the output thyristor through a serial connection The anode - cathode of the dinistor and the second terminal of the resistor of the asymmetry control unit are connected to the anode of the dinistor, the diode of the overload control unit is connected to the middle terminal of the potentiometer, and the cathode is connected to the second terminal of the first resistor of the overload control unit (SU 1534610. IPC Н02Н 7/08, publ. . 01/07/90).

Недостатками известного устройства являются относительно невысокая чувствительность к различным аварийным ситуациям, а соответственно недостаточное быстродействие и надежности устройства, а так же устройство может быть применено только для асинхронных двигателей, у которых ста-The disadvantages of the known device are the relatively low sensitivity to various emergency situations, and accordingly the lack of speed and reliability of the device, as well as the device can be used only for asynchronous motors, in which

торные обмотки соединены «звездой».toroidal windings are connected by a "star".

II

Технический результат заключается в расширении диапазона контроля возникающих аварийных режимов, повышении надежности и быстродействия работы устройства.The technical result consists in expanding the control range of emerging emergency conditions, increasing the reliability and speed of operation of the device.

Технический результат достигается тем, что устройство включает измерительные трансформаторы тока, устройство сравнения, исполнительное реле и электронный блок контроля аварийных режимов, который выполнен двухканальным для раздельного контроля параметров напряжения и токов. В каждую фазу включены проходные трансформаторы тока, выводы обмоток которых через нагрузочные резисторы по первому каналу соединены со входами однофазных выпрямительных мостов и соединены со входами первой микросхемы. По второму каналу проходные трансформаторы тока через развязывающие диоды, делители напряжения, стабилитрон и накопитель напряжения соединены со входами второй микросхемы. Выходы первой микросхемы подсоединены непосредственно со входами первой части третьей микросхемы, а выходы второй микросхемы через времязадающие цепочки подсоединены со входами второй части третьей микросхемы. Выходы первой и второй части третьей микросхемы через развязывающие диоды подключены к предварительному усилительному каскаду, выход которого соединен с окончательным усилительным каскадом, выход последнего соединен с первым выводом исполнительного реле, второй выход подключен к положительному выводу электролитического накопительного конденсатора. Исполнительное реле, в свою очередь, связано своим замыкающим контактом с промежуточным реле, нормально закрытый контакт которого включен в цепь управления магнитного пускателя.The technical result is achieved in that the device includes measuring current transformers, a comparison device, an executive relay and an electronic emergency control unit, which is made two-channel for separate control of voltage and current parameters. Feed-through current transformers are included in each phase, the conclusions of the windings of which through load resistors through the first channel are connected to the inputs of single-phase rectifier bridges and connected to the inputs of the first microcircuit. Through the second channel, current transformers through isolating diodes, voltage dividers, a zener diode and a voltage storage device are connected to the inputs of the second microcircuit. The outputs of the first microcircuit are connected directly to the inputs of the first part of the third microcircuit, and the outputs of the second microcircuit are connected via inputs from the second part of the third part of the third microcircuit. The outputs of the first and second parts of the third microcircuit are connected via decoupling diodes to a preliminary amplifier stage, the output of which is connected to the final amplifier stage, the output of the latter is connected to the first output of the executive relay, and the second output is connected to the positive terminal of the electrolytic storage capacitor. The executive relay, in turn, is connected by its make contact with the intermediate relay, the normally closed contact of which is included in the control circuit of the magnetic starter.

На Фиг.1. показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства, содержащего три проходных трансформатора тока 1-3, выводы обмоток которых через нагрузочные резисторы 4-6 соединены с входами однофазных выпрямительных мостов 7-9, имеющих узлы стабилизированных и нестабилизированных напряжений. Стабилизированные напряжения 10-12, а нестабилизированные напряжения через развязывающие диоды 13-15, делитель напряжения 16, стабилитрон 17, накопитель напряжения 18, входные делители напряжения 19, соединены соответственно с входами микросхемы 20(4 - триггера Шмидта) и входами микросхемы 21 (дифференциальный усилитель). Выходы микросхемы 21 через времязадающие цепочки 22 соединены с входами микросхемы 23. Выходы микросхемы 23 через развязывающие диоды 24, аноды которых соединены с входом предварительного усилительного каскада 25, выход последнего соединен с входом оконечного каскада 26, выход которого соединен с первым выводом обмотки исполнительного реле 27, второй вывод данной обмотки подключен к положительному выводу электролитического накопительного конденсатора 28. Замыкающий контакт исполнительного реле 27 включен в цепь катушки промежуточного реле 29, а нормально замкнутый контакт последнего включен в цепь управления магнитного пускателя 30. Микросхема 20 подключена к источнику питания 31. В цепь управления магнитного пускателя 30 включено коммутирующее устройство 32.In figure 1. shows a circuit diagram of the proposed device, containing three loop current transformers 1-3, the conclusions of the windings of which through load resistors 4-6 are connected to the inputs of single-phase rectifier bridges 7-9 having nodes of stabilized and unstabilized voltages. Stabilized voltages 10-12, and unstabilized voltages through decoupling diodes 13-15, voltage divider 16, zener diode 17, voltage storage 18, input voltage dividers 19, respectively connected to the inputs of the microcircuit 20 (4 - Schmidt trigger) and the inputs of the microcircuit 21 (differential amplifier). The outputs of the microcircuit 21 through the timing chains 22 are connected to the inputs of the microcircuit 23. The outputs of the microcircuit 23 through the decoupling diodes 24, the anodes of which are connected to the input of the preliminary amplifier stage 25, the output of the latter is connected to the input of the terminal stage 26, the output of which is connected to the first output of the actuating relay 27 , the second terminal of this winding is connected to the positive terminal of the electrolytic storage capacitor 28. The closing contact of the executive relay 27 is included in the coil circuit of the intermediate relay 29, the normally closed contact is incorporated in the latter the magnetic actuator control circuit 30. The circuit 20 is connected to a power source 31. The magnetic switch control circuit 30 the switching device 32 is included.

Устройство работает следующим образом: фазные напряжения определенной величины с выходов проходных трансформаторов тока 1-3 подаются к нагрузочным резисторам 4-6, с которых снимаются сигналы напряжения на выпрямительные мосты 7-9, далее фазные доли выходных выпрямленных напряжений стабилизируются и стабилизированные сигналы напряжения подаются на входы микросхемы 20 (I-канал), а нестабилизированные полные сигналы, (пропорциональные фазным токам) через делители напряжения 19 подаются на микросхему 21 (II-канал), выходные сигналы с микросхем 20 и 21 объединяются микросхемой 23 и обеспечивают готовность предварительного 25, и выходного усилительных каскадов 26, а также исполнительного реле 27 к срабатыванию. Устройство при этом находится в следящем режиме и подготовлено для контроля аварийных режимов ТЭП. При возникновении аварийного режима (обрыва одной из фаз, пропадания напряжение одной из фаз, перехлест двух фаз) устройство работает следующим образом. Например, при пропадании напряжения фазы А, или обрыве данной фазы в трансформаторе тока 1 не наводится ЭДС в виду отсутствия электрического поля провода фазы, следовательно, отсутствует напряжение в узлах 4, 7, 10 электронной схемы (Фиг.1), однако на выводе 3 микросхемы 20 возникает сигнал от источника питания 31, который изменит состояние микросхемы 23, верхнего диода 24, предварительного каскада 25, окончательного каскада 26 и включаются реле 27, 29, разрывается нормально замкнутый контакт реле 29 и последнее самоблокируется. При этом разрывается цепь магнитного пускателя 30 и ТЭП отключается. Разблокировка реле 29 осуществляется коммутирующим устройством 32. При перехлесте, например, фаз А и В (или пробой подводящего кабеля в тех же фазах) наблюдается отсутствие напряжения в одной из аварийных фаз в течении 6,66 мс и процесс срабатывания защиты аналогичен как и при обрыве фазы или пропадания напряжений фаз. Выше описанные три возможные аварийные режимы охватываются первом каналом защиты устройства. Второй канал также надежно контролирует токовые параметры и защищает ТЭП. Например, при возникновении однофазного КЗ на землю на входе и выходе устройства в несколько раз увеличивается номинальный ток аварийной фазы при этом пропорционально увеличивается выходное напряжение на нагрузке трансформатора тока той же фазы. На одной из клемм 1, 3 микросхемы 21 произойдет увеличение сигнала, который изменяет состояния микросхемы 23, одного из диодов 24 и далее происходит процесс отключения также, как при контроле параметров напряжения по первому каналу.The device operates as follows: phase voltages of a certain magnitude from the outputs of current transformers 1-3 are supplied to load resistors 4-6, from which voltage signals are taken to rectifier bridges 7-9, then the phase fractions of the output rectified voltages are stabilized and stabilized voltage signals are fed to the inputs of the microcircuit 20 (I-channel), and the unstabilized full signals (proportional to the phase currents) are supplied through the voltage dividers 19 to the microcircuit 21 (II-channel), the output signals from the microcircuit 20 and 21 are combined by a microcircuit 23 and provide the readiness of the preliminary 25, and the output amplification stages 26, as well as the executive relay 27 to operate. At the same time, the device is in a follow-up mode and is prepared for monitoring emergency conditions of the TEC. In the event of an emergency mode (breakdown of one of the phases, loss of voltage of one of the phases, overlap of two phases), the device operates as follows. For example, when the voltage of phase A disappears, or the phase is cut off in the current transformer 1, EMF is not induced due to the absence of an electric field of the phase wire, therefore, there is no voltage in the nodes 4, 7, 10 of the electronic circuit (Figure 1), however, on pin 3 microcircuit 20 there is a signal from the power source 31, which will change the state of the microcircuit 23, the upper diode 24, the preliminary stage 25, the final stage 26 and the relays 27, 29 are turned on, the normally closed contact of the relay 29 is broken and the latter is self-locking. When this is broken, the circuit of the magnetic starter 30 and the TEC is turned off. The relay 29 is unlocked by the switching device 32. When, for example, phases A and B are overlapped (or a breakdown of the supply cable in the same phases), there is a lack of voltage in one of the emergency phases for 6.66 ms and the protection operation is similar to that of an open phase or phase failure. The three possible emergency modes described above are covered by the first protection channel of the device. The second channel also reliably monitors current parameters and protects the TEC. For example, when a single-phase fault occurs on the ground at the input and output of the device, the rated current of the emergency phase increases several times, while the output voltage at the load of the current transformer of the same phase increases proportionally. At one of the terminals 1, 3 of the microcircuit 21, an increase in the signal will occur, which changes the state of the microcircuit 23, one of the diodes 24, and then the shutdown process will take place, just like when controlling the voltage parameters on the first channel.

Двух-, трехфазное КЗ на выходе устройства, перегрузка фазного тока относительно номинального значения и тормозной режим ТЭП, асимметрия фазных токов предотвращается аналогично однофазному КЗ на землю, только дополнительно участвуют свободные входы и выходы микросхемы 21.Two-, three-phase short circuit at the output of the device, overload of the phase current relative to the nominal value and the braking mode of the TEC, the asymmetry of phase currents is prevented similarly to a single-phase short circuit to ground, only the free inputs and outputs of the chip 21 are additionally involved.

По сравнению с известным устройством предлагаемое позволяет расширить диапазон контроля возникающих аварийных режимов, повысите надежность и быстродействие работы устройства.Compared with the known device, the proposed one allows you to expand the control range of emerging emergency conditions, increase the reliability and speed of the device.

Claims

A device for protecting electrical consumers of a three-phase current from emergency conditions, containing measuring current transformers, an electronic emergency monitoring unit, a comparison device and an executive relay, characterized in that the electronic emergency monitoring unit is two-channel for separate control of voltage and current parameters, each phase-through current transformers are included, the terminals of the windings of which through load resistors are connected to the inputs of a single-phase rectifier through the first channel bridges and are connected to the inputs of the first microcircuit, through the second channel, current transformers through decoupling diodes, voltage dividers, a zener diode and a voltage storage device are connected to the inputs of the second microcircuit, the outputs of the first microcircuit are connected directly to the inputs of the first part of the third microcircuit, and the outputs of the second microcircuit are through time-consuming the chains are connected to the inputs of the second part of the third microcircuit, the outputs of the first and second parts of the third microcircuit are connected to preliminary to the amplifier stage, the output of which is connected to the final amplifier stage, the output of the latter is connected to the first output of the executive relay, the second output is connected to the positive terminal of the electrolytic storage capacitor, the executive relay, in turn, is connected by its make contact to the intermediate relay, the normally closed contact of which is turned on into the control circuit of the magnetic starter.