RU2024144C1

RU2024144C1 - Three-phase load checking and protection device

Info

Publication number: RU2024144C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Цыганов
Original assignee: Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Темп"
Priority date: 1991-02-04
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: three-phase inverter and current sensor are introduced additionally into device. Current sensor is connected to input of converter unit and is connected to supply circuit of three-phase inverter through which three-phase load is powered. Output of recording unit is connected to three-phase inverter control input. Use of above-indicated elements and method of their connection enhance checking ability of device owing to checking the value of current in inverter supply circuit and, consequently, in three-phase load powered from inverter. Device reveals failures, short circuits, emergency current rise and drop in three-phase load circuit. EFFECT: enlarged operating capabilities and reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в схемах контроля и защиты трехфазных потребителей. The invention relates to electrical engineering and may find application in control and protection schemes for three-phase consumers.

Преимущественно изобретение может быть использовано в схемах контроля и защиты электроприводов приборов, запитанных от трехфазного силового преобразователя (инвертора). Advantageously, the invention can be used in control and protection circuits for electric drives of devices powered by a three-phase power converter (inverter).

Известно устройство для защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах, содержащее три входных трансформатора с сердечниками из материала с прямоугольной петлей намагничивания, нагруженные с вторичной стороны резисторами. Однополярные зажимы трех вторичных обмоток подключены к входу двухполупериодной схемы и блоку контроля последовательности импульсов тока [1]. A device is known for protecting a three-phase load from operating in two phases, comprising three input transformers with cores made of a material with a rectangular magnetization loop, loaded from the secondary side with resistors. Unipolar clamps of three secondary windings are connected to the input of the half-wave circuit and the control unit for the sequence of current pulses [1].

Недостатками данного устройства являются вероятность выдачи ложной информации при большой асимметрии токов и фаз нагрузки или источника, необходимость тщательной регулировки, отсутствие реакции на обрыв более одной фазы и короткого замыкания фазы, невозможность контроля величины тока трехфазной нагрузки, низкая технологичность из-за применения трансформаторов, а также невозможность отключения трехфазной нагрузки от источника питания в аварийных ситуациях, так как в данном устройстве отсутствует коммутационный блок, отключающий в аварийных ситуациях трехфазную нагрузку. The disadvantages of this device are the likelihood of false information with a large asymmetry of the currents and phases of the load or source, the need for careful adjustment, the lack of response to an open of more than one phase and a short circuit, the inability to control the current value of the three-phase load, low adaptability due to the use of transformers, and also the inability to disconnect the three-phase load from the power source in emergency situations, since this device does not have a switching unit that disconnects in Variable situations three-phase load.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для контроля пропадания фазы трехфазной нагрузки, содержащее три входных пиковых трансформатора тока с сердечниками из материала с прямоугольной петлей намагничивания, включенных первичными обмотками в фазы последовательно с нагрузкой, а вторичными обмотками подключенных последовательно-согласно к входу преобразующего блока, выход которого соединен с регистрирующим блоком [2]. The closest in technical essence to the proposed device is a device for monitoring the disappearance of the phase of a three-phase load, containing three input peak current transformers with cores from a material with a rectangular magnetization loop, connected by the primary windings in phase in series with the load, and the secondary windings connected in series according to the input transforming unit, the output of which is connected to the recording unit [2].

Недостатками данного устройства являются вероятность выдачи ложной информации при неидентичности входных пиковых трансформаторов и коротком замыкании фазы, невозможность контроля величины тока трехфазной нагрузки, низкая технологичность из-за применения трансформаторов, а также невозможность отключения трехфазной нагрузки от источника питания в аварийных ситуациях, так как в данном устройстве отсутствует коммутационный блок, отключающий в аварийных ситуациях трехфазную нагрузку. The disadvantages of this device are the likelihood of false information when the input peak transformers are not identical and the phase is short-circuited, the inability to control the current value of the three-phase load, low manufacturability due to the use of transformers, and the inability to disconnect the three-phase load from the power source in emergency situations, as in this the device does not have a switching unit that disconnects a three-phase load in emergency situations.

Целью изобретения является повышение контролепригодности, технологичности и расширение функциональных возможностей. The aim of the invention is to increase the suitability, manufacturability and expansion of functionality.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля пропадания фазы трехфазной нагрузки, содержащее трехфазную нагрузку, преобразующий блок, выход которого соединен с регистрирующим блоком, дополнительно введены трехфазный инвертор и датчик тока, причем датчик тока подключен к входу преобразующего блока и включен в цепь питания трехфазного инвеpтоpа, запитывающего трехфазную нагрузку, а выход регистрирующего блока подключен к входу управления трехфазного инвеpтоpа. The goal is achieved by the fact that in the device for monitoring the phase failure of the three-phase load containing a three-phase load, the conversion unit, the output of which is connected to the recording unit, a three-phase inverter and a current sensor are additionally introduced, the current sensor being connected to the input of the converting unit and included in the three-phase power supply circuit an inverter supplying a three-phase load, and the output of the recording unit is connected to the control input of a three-phase inverter.

С помощью указанных элементов и соединений между ними достигается повышение контролепригодности за счет контроля величины тока в цепи питания инвертора, а следовательно, и запитанной от инвертора трехфазной нагрузки и, как следствие, за счет возможности выявления обрывов, коротких замыканий, аварийного уменьшения и увеличения тока трехфазной нагрузки, возможности контроля регистрирующим блоком времени установления тока в трехфазной нагрузке после включения питания и при переходных процессах, повышения технологичности за счет исключения трансформаторов, а также расширения функциональных возможностей путем введения в аварийных режимах защиты трехфазной нагрузки с помощью трехфазного инвертора, имеющего вход управления и отключающего трехфазную нагрузку по сигналу регистрирующего блока. Using these elements and the connections between them, an increase in controlability is achieved by controlling the current in the inverter power supply circuit, and consequently, the three-phase load supplied from the inverter and, as a result, due to the possibility of detecting breaks, short circuits, emergency reduction and increase in three-phase current load, the ability of the recording unit to control the time it takes to establish the current in a three-phase load after turning on the power and during transients, increasing manufacturability by eliminating transformers, as well as expanding the functionality by introducing three-phase load protection in emergency modes using a three-phase inverter having a control input and disconnecting the three-phase load according to the signal of the recording unit.

При поиске и анализе сведений об отличительных признаках предлагаемого устройства идентичные или эквивалентные признаки в науке и технике не обнаружены. When searching and analyzing information about the distinguishing features of the proposed device, identical or equivalent features were not found in science and technology.

Таким образом, из известной на дату подачи заявки информации по нормативно установленному перечню источников научно-технической информации сущность идентичного или эквивалентного решения не обнаружены, т.е. предлагаемое техническое решение обладает новизной, существенными отличиями и обеспечивает возможность достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения. Thus, from the information known at the filing date of the application on the normatively established list of sources of scientific and technical information, the essence of an identical or equivalent solution was not found, i.e. the proposed technical solution has novelty, significant differences and provides the ability to achieve a positive effect in the implementation of the invention.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для контроля и защиты трехфазной нагрузки; на фиг.2 приведен пример реализации структурной схемы преобразующего блока. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for monitoring and protecting a three-phase load; figure 2 shows an example of the implementation of the structural diagram of the converting unit.

Устройство для контроля и защиты трехфазной нагрузки содержит трехфазную нагрузку 1, преобразующий блок 2, регистрирующий блок 3, трехфазный инвертор 4, датчик 5 тока. A device for monitoring and protecting a three-phase load contains a three-phase load 1, a conversion unit 2, a recording unit 3, a three-phase inverter 4, a current sensor 5.

Положительная шина питания соединена с одним из входов трехфазного инвертора 4, а нулевая шина питания через датчик 5 тока - с другим входом трехфазного инвертора 4, выходы которого подключены к трехфазной нагрузке 1. The positive power bus is connected to one of the inputs of the three-phase inverter 4, and the zero power bus through the current sensor 5 is connected to the other input of the three-phase inverter 4, the outputs of which are connected to the three-phase load 1.

Выход датчика 5 тока через преобразующий блок 2 соединен с входом регистрирующего блока 3, выход которого подключен к входу управления трехфазного инвертора 4. The output of the current sensor 5 through the conversion unit 2 is connected to the input of the recording unit 3, the output of which is connected to the control input of the three-phase inverter 4.

Структурная схема преобразующего блока 2 (фиг.2) содержит последовательно соединенные фильтр 5, усилитель 7, пороговое устройство 8. The structural diagram of the converting unit 2 (figure 2) contains a series-connected filter 5, amplifier 7, threshold device 8.

Регистрирующий блок 3 выполнен в виде микроЭВМ, работающей в реальном масштабе времени. The recording unit 3 is made in the form of a microcomputer operating in real time.

Трехфазный инвертор 4 выполнен по схеме мостового инвертора с кольцевой схемой управления. Three-phase inverter 4 is made according to the bridge inverter with a ring control circuit.

Датчик 5 тока представляет собой несколько параллельно соединенных низкоомных стабильных резисторов, например, типа С2-29В. The current sensor 5 represents several parallel-connected low-resistance stable resistors, for example, type C2-29V.

Фильтр 6 выполнен по схеме фильтра нижних частот первого порядка и имеет передаточную характеристику:
U_вых =

E_вх
Усилитель 7 выполнен по схеме неинвертирующего усилителя и имеет передаточную характеристику.Filter 6 is made according to the first-order low-pass filter scheme and has a transfer characteristic:
U _out =

E _in
The amplifier 7 is made according to the scheme of a non-inverting amplifier and has a transfer characteristic.

U_вых = kE_вх
Пороговое устройство 8 выполнено по схеме детектора с окном и имеет передаточную характеристику
U_вых=

где U_пн, U_пв - нижнее и верхнее пороговые напряжения соответственно.U _out = kE _Rin
The threshold device 8 is made according to the detector circuit with a window and has a transfer characteristic
U _out =

where U _Mon , U _PV - lower and upper threshold voltage, respectively.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При включении питания на выходе регистрирующего блока 3 устанавливается "1", подается на вход управления трехфазного инвертора 4 и на выходе инвертора 4 появляется трехфазное напряжение, запитывающее нагрузку 1. When you turn on the power at the output of the recording unit 3 is set to "1", is fed to the control input of a three-phase inverter 4 and at the output of the inverter 4 appears a three-phase voltage supplying the load 1.

Датчик 5 тока преобразует ток, потребляемый трехфазным инвертором 4, а следовательно, и ток трехфазной нагрузки 1, в напряжение, которое подается на преобразующий блок 2, на вход фильтра 6, сглаживающего пульсации напряжения, возникающие на датчике 5 тока вследствие импульсного режима работы трехфазного инвертора 4 и индуктивного характера трехфазной нагрузки 1. Далее сигнал через усилитель 7 подается на пороговый элемент 8. В случае нормальной работы нагрузки напряжение на входе порогового элемента 8 находится в допуске U_пн < U < U_пв, а на выходе порогового элемента 8 имеем "1".The current sensor 5 converts the current consumed by the three-phase inverter 4, and therefore the current of the three-phase load 1, into the voltage that is supplied to the converting unit 2, to the input of the filter 6, smoothing the voltage ripple arising from the current sensor 5 due to the pulse mode of operation of the three-phase inverter 4 and the inductive nature of the three-phase load 1. Next, the signal through the amplifier 7 is supplied to the threshold element 8. In the case of normal operation of the load, the voltage at the input of the threshold element 8 is in the tolerance U _mon <U <U _pv , and the output At threshold element 8, we have “1”.

В случае выхода напряжения на входе порогового элемента 8 за пределы допуска U > U_пв, U < U_пн вследствие короткого замыкания в нагрузке, обрыва фазы, аварийного увеличения или уменьшения тока в нагрузке 1, выходе из строя одного из силовых транзисторов, входящих в трехфазный инвертор 4 и т. д., на выходе порогового элемента 8 появляется "0", который фиксируется регистрирующим блоком, работающим в реальном масштабе времени. Через некоторый промежуток времени на выходе регистрирующего блока 3 появляется "0", отключающий трехфазный инвертор 4 и предотвращающий аварийное увеличение тока в цепи нагрузки.In the event that the voltage at the input of the threshold element 8 exceeds the tolerance U> U _p in, U <U _mon due to a short circuit in the load, phase failure, emergency increase or decrease in current in load 1, failure of one of the power transistors included in three-phase inverter 4, etc., the output of the threshold element 8 appears "0", which is fixed by a recording unit operating in real time. After a certain period of time, “0” appears at the output of the recording unit 3, which turns off the three-phase inverter 4 and prevents the emergency increase in current in the load circuit.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить контролепригодность за счет контроля величины тока в трехфазной нагрузке и, как следствие, за счет возможности выявления обрывов, коротких замыканий, аварийного уменьшения и увеличения тока трехфазной нагрузки, возможности контроля регистрирующим блоком времени установления тока в трехфазной нагрузке после включения питания и при переходных процессах, позволяет повысить технологичность за счет исключения трансформаторов, а также позволяет расширить функциональные возможности за счет отключения в аварийных режимах трехфазной нагрузки с помощью трехфазного инвертора, имеющего вход управления и отключающего трехфазную нагрузку по сигналу регистрирующего блока. The use of the proposed device in comparison with the prototype allows to increase the testability by monitoring the magnitude of the current in the three-phase load and, as a result, due to the possibility of detecting breaks, short circuits, emergency reduction and increase of the current of the three-phase load, the possibility of monitoring the recording time unit establishing the current in the three-phase load after turning on the power and during transients, it improves technological effectiveness due to the exclusion of transformers, and also allows you to expand s functionality by shutting down in emergency operation the three-phase loads by using a three-phase inverter having a control input and switching a three-phase load on a signal recording unit.

Claims

DEVICE FOR MONITORING AND PROTECTING THREE-PHASE LOAD, containing a conversion unit, the output of which is connected to the recording unit, characterized in that, in order to increase the control suitability, manufacturability and expand the functionality, a three-phase inverter and a current sensor are additionally introduced into it, and the current sensor is connected to the input of the converting unit and to the power circuit of the three-phase inverter connected to the terminals for connection to the load, and the output of the recording unit is connected to the control input of the three-phase inverter.