RU2118029C1

RU2118029C1 - Three-phase load protective gear

Info

Publication number: RU2118029C1
Application number: RU96112537A
Authority: RU
Inventors: Л.З. Фейгин; С.И. Михалев
Original assignee: Фейгин Лев Залманович
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; protection of three-phase loads including electric motors. SUBSTANCE: protective gear has final control element connected in each phase of supply mains, overload sensor, control device with ripple filter and voltage regulator, final control member and time-setting network incorporating two dividers with common center tap, monitoring and signaling switch with light-emitting diode inserted in its circuit; novelty is that it has overload sensor built around one current transformer connected to any phase of supply mains, two dividers of maximum and minimum levels, four Schmitt flip-flops, output switch with thyristor optocoupler inserted in its circuit and connected to final control member circuit. In emergency conditions, final control member circuit opens, final control element operates, and load is disconnected from power supply. EFFECT: improved reliability, simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах защиты по току, обрыва фаз трехфазных нагрузок. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in devices for current protection, phase failure of three-phase loads.

Известны устройства защиты трехфазных нагрузок [1], в которых для указанных целей используются датчик сигнала, включенный в одну из фаз сети, исполнительный орган, устройство управления, выполненное на операционных усилителях, и исполнительный элемент, воздействующий на исполнительный орган. Known devices for protecting three-phase loads [1], in which for these purposes a signal sensor is used that is included in one of the network phases, an actuator, a control device made on operational amplifiers, and an actuator acting on the actuator.

Недостатком известного устройства является отсутствие регулировки защиты (жестко фиксируется отношение минимального тока к максимальному), отсутствие контроля состояния нагрузки, большое собственное потребление энергии на мощных резистивных делителях, сложность устройства. A disadvantage of the known device is the lack of adjustment of protection (the ratio of the minimum current to maximum is rigidly fixed), the lack of control of the load condition, the large intrinsic energy consumption of powerful resistive dividers, and the complexity of the device.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство комбинированной защиты [2], содержащее исполнительный орган, датчик перегрузки, устройство управления и исполнительный элемент, датчик перегрузки включен в две из трех фаз, выполнен в виде трансформаторов тока с резистривной нагрузкой, нагруженной на две схемы выпрямления, устройство управления выполнено в виде трех делителей напряжения, компаратора, времязадающей цепи, формирующей обратнозависимую времятоковую характеристику. The closest in technical essence to the claimed device is the combined protection device selected as a prototype [2], containing an actuator, an overload sensor, a control device and an actuator, an overload sensor is included in two of three phases, made in the form of current transformers with resistive load loaded on two rectification circuits, the control device is made in the form of three voltage dividers, a comparator, a timing circuit, forming an inverse time-current character eristiku.

Недостатком такого устройства является наличие двух датчиков, а также отсутствие контроля исправности схемы управления. The disadvantage of this device is the presence of two sensors, as well as the lack of monitoring the health of the control circuit.

Целью изобретения является упрощение устройства, улучшение показателей надежности. The aim of the invention is to simplify the device, improving reliability.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем исполнительный орган, включенный в каждую из фаз сети, датчик перегрузки, устройство управления, содержащее сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения, исполнительный элемент и времязадающую цепь, содержащую два делителя напряжения с объединенной средней точкой, ключ контроля и сигнализации, в цепи которого включен светодиод, датчик перегрузки выполнен на одном трансформаторе тока, включенном в любую из фаз сети, к потенциальной точке соединения первого выпрямителя и сглаживающего фильтра подключены два делителя максимального и минимального уровней, один из выводов упомянутых делителей подключен к вторым входам первого и второго триггеров Шмидта, первые входы которых подключены через датчик уровня, подключенный к выходной шине вспомогательного стабилизатора, выходы упомянутых триггеров через ограничительные резисторы подключены к входам первого и второго ключей, коллекторная нагрузка первого ключа подключена к потенциальной точке, коллектор ключа через резистор связи - к второму входу второго триггера Шмидта и через коллекторную нагрузку - к вспомогательному источнику напряжения или выходной шине вспомогательного стабилизатора, средняя точка времязадающей цепи подключена к второму входу третьего триггера Шмидта, к первому входу которого подключена цепь задержки, выход упомянутого триггера подключен к первому входу четвертого триггера Шмидта, второй вход которого через ограничительный резистор сигнала минимального уровня подключен к коллектору второго ключа, выход четвертого триггера через ограничительный резистор подключен к входу выходного ключа, в цепи эмиттера которого включен светодиод оптопары, фототиристор которой через второй выпрямитель подключен к исполнительному элементу. This goal is achieved by the fact that in a device containing an actuator included in each phase of the network, an overload sensor, a control device containing a smoothing filter and a voltage regulator, an actuator and a timing circuit containing two voltage dividers with a combined midpoint, a control key and alarm, in the circuit of which the LED is on, the overload sensor is made on one current transformer connected to any phase of the network to the potential connection point of the first rectifier and two dividers of maximum and minimum levels are connected, one of the outputs of the mentioned dividers is connected to the second inputs of the first and second Schmidt triggers, the first inputs of which are connected through a level sensor connected to the output bus of the auxiliary stabilizer, the outputs of these triggers are connected through the limiting resistors to the inputs of the first and the second key, the collector load of the first key is connected to a potential point, the key collector through a communication resistor to the second input of the second trigger Schmidt and through the collector load to the auxiliary voltage source or the output bus of the auxiliary stabilizer, the middle point of the timing circuit is connected to the second input of the third Schmidt trigger, the first input of which is connected to the delay circuit, the output of the mentioned trigger is connected to the first input of the fourth Schmidt trigger, the second input which through the limiting resistor of the signal of the minimum level is connected to the collector of the second key, the output of the fourth trigger through the limiting resistor is connected to the input of the output key, in the emitter circuit of which the LED of the optocoupler is turned on, the photo-thyristor of which is connected to the actuator through the second rectifier.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием новых узлов и связей, например датчик тока, устройство управления, выходной ключ, и связями с остальными узлами и элементами. A comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is distinguished by the presence of new nodes and connections, for example, a current sensor, a control device, an output key, and connections with other nodes and elements.

Таким образом, заявленное устройство является новым, т.к. неизвестно из уровня техники. Thus, the claimed device is new, because unknown from the prior art.

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что при введении новых узлов с указанными связями появляются новые свойства, такие как повышенная надежность. Comparison of the claimed device with other technical solutions shows that when introducing new nodes with the indicated connections, new properties appear, such as increased reliability.

Это позволяет сделать вывод о том, что техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для авторов оно явным образом не следует из уровня техники. This allows us to conclude that the technical solution has an inventive step, because for the authors it does not explicitly follow from the prior art.

На чертеже изображена структурно-принципиальная схема устройства. The drawing shows a structural schematic diagram of a device.

Устройство содержит датчик тока 1, входом включенный в одну из фаз трехфазной сети, выходы датчика подключены к входу первого выпрямителя 2, выход которого подключен к емкостному сглаживающему фильтру 3, от которого питается (т.е. является входом) вспомогательный стабилизатор 4, к потенциальной точке соединения элементов 3 и 4 подключен делитель максимального уровня на резисторах 5, 6 и делитель минимального уровня на резисторах 7 и 8, причем резисторы 5 и 7 соединены между собой, вторые их выводы подключены к общей точке, резисторы 6 и 8 первыми выводами подключены к подвижным контактам резисторов 5 и 7, а вторыми - к вторым входам первого и второго триггеров Шмидта 9 и 10, к первым входам которых через датчик уровня 11 подключен потенциальный выход вспомогательного стабилизатора 4. Выход триггера 9 подключен к входу первого ключа 12 через ограничительный резистор 13, коллекторной нагрузкой упомянутого ключа является резистор 14, подключенный к потенциальной точке соединения элементов 3 и 4; к силовой цепи транзистора первого ключа 12 подключены два делителя: первый содержит последовательно включенные резистор 15, диод 16 и резистор 17, второй - резистор 18 и конденсатор 19, включенные также последовательно, первый вывод резистора 17 подключен к аноду диода 16 и первому выводу конденсатора 19, вторые выводы элементов 17 и 19 подключены к общей точке. The device contains a current sensor 1, an input connected to one of the phases of a three-phase network, the sensor outputs are connected to the input of the first rectifier 2, the output of which is connected to a capacitive smoothing filter 3, from which an auxiliary stabilizer 4 is supplied (i.e., is an input), to the potential the connection point of elements 3 and 4 is connected to the maximum level divider on resistors 5, 6 and the minimum level divider on resistors 7 and 8, and resistors 5 and 7 are interconnected, their second conclusions are connected to a common point, resistors 6 and 8 are the first you the water is connected to the movable contacts of the resistors 5 and 7, and the second to the second inputs of the first and second Schmidt triggers 9 and 10, the first inputs of which are connected via the level sensor 11 to the potential output of the auxiliary stabilizer 4. The output of trigger 9 is connected to the input of the first key 12 through limiting resistor 13, the collector load of said key is a resistor 14 connected to a potential connection point of elements 3 and 4; two dividers are connected to the power circuit of the transistor of the first key 12: the first one contains a resistor 15, a diode 16 and a resistor 17 connected in series, the second contains a resistor 18 and a capacitor 19, also connected in series, the first output of the resistor 17 is connected to the anode of the diode 16 and the first output of the capacitor 19 , the second conclusions of the elements 17 and 19 are connected to a common point.

Узел задержки 20 содержит регулируемый резистор 21, конденсатор 22, резистор 23, соединенные между собой первыми выводами, вторые выводы элементов 21 и 22 подключены к общей точке, а второй вывод элемента 20 - к потенциальному выходу вспомогательного стабилизатора 4. Выход второго триггера Шмидта 10 через ограничительный резистор 24 подключен к входу второго ключа 25, коллектор которого подключен к резистору связи минимального уровня, соединенному другим выводом с вторым входом второго триггера Шмидта 10, к коллекторной нагрузке второго ключа 27, подключенной к выходу источника 4 или вспомогательному источнику напряжения, и ограничительному резистору сигнала минимального уровня 28, к его первому выводу. The delay unit 20 contains an adjustable resistor 21, a capacitor 22, a resistor 23 connected to each other by the first terminals, the second terminals of the elements 21 and 22 are connected to a common point, and the second terminal of the element 20 is connected to the potential output of the auxiliary stabilizer 4. The output of the second Schmidt trigger 10 through the limiting resistor 24 is connected to the input of the second key 25, the collector of which is connected to the minimum level coupling resistor connected by another output to the second input of the second Schmidt trigger 10, to the collector load of the second key 27, under for prison to the output source 4 or the auxiliary voltage source, and a limiting resistor 28, the minimum level of the signal to its first output.

Точка соединения элементов 21, 22, 23 подключена к первому входу третьего триггера 29, к второму входу которого подключена точка соединения элементов 17 и 19, выход упомянутого триггера 29 подключен к первому входу четвертого триггера Шмидта 30, к второму входу которого подключен второй вывод элементов 28, выход триггера 30 через ограничительный резистор 31 подключен к входу выходного ключа 32, базовый резистор 33 которого и коллекторный резистор 34 подключены к потенциальному выходу вспомогательного стабилизатора 4. В цепи выходного ключа 32 установлена оптопара 35, а именно светодиод 36, фотоприемник (фототиристор 37) упомянутой оптопары гальванически развязан с цепью управления исполнительным элементом. Выход элемента 9 через ограничительный резистор 38 и соединенный с ним базовый резистор 39 подключен к входу ключа индикации 40, в цепи коллекторного резистора 41 последовательно включен светодиод 42, выводы фототиристора 37 подключены к входу второго выпрямителя 43, выход которого подключает источник питания - элемент 44, элемент 45 представляет собой пусковую кнопку, 46 - нормально открытый контакт элемента 44, 47 - контакт исполнительного органа, 48 - нагрузку, 49, 50 - последовательно соединенные конденсатор и резистор, подключенные к выходу второго выпрямителя, 51 - кнопку "Стоп". The connection point of the elements 21, 22, 23 is connected to the first input of the third trigger 29, to the second input of which the connection point of the elements 17 and 19 is connected, the output of the mentioned trigger 29 is connected to the first input of the fourth Schmidt trigger 30, the second output of the elements 28 is connected to its second input , the output of the trigger 30 through the limiting resistor 31 is connected to the input of the output key 32, the base resistor 33 of which and the collector resistor 34 are connected to the potential output of the auxiliary stabilizer 4. In the circuit of the output key 32 set and an optocoupler 35, namely, the LED 36, photodetector (fototiristory 37) of said photocoupler is galvanically separated from the control circuit of the actuating element. The output of element 9 through the limiting resistor 38 and the base resistor 39 connected to it is connected to the input of the indication key 40, the LED 42 is connected in series in the circuit of the collector resistor 41, the terminals of the phototyristor 37 are connected to the input of the second rectifier 43, the output of which connects the power source - element 44, element 45 is a start button, 46 is a normally open contact of element 44, 47 is an actuator contact, 48 is a load, 49, 50 are a capacitor and a resistor connected in series, connected to the output of the second ryamitelya, 51 - "Stop" button.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В нормальном режиме работы, т.е. при отсутствии перегрузок по току и обрыва любой из фаз, напряжение на выходе первого триггера Шмидта 9 таково, что транзистор первого ключа 12 открыт, транзистор ключа индикации 40 закрыт, светодиод 42 не индицирует аварийное состояние, аналогично транзистор второго ключа 25 закрыт выходным сигналом второго триггера Шмидта 10. Величины напряжений на входах и выходах третьего триггера Шмидта 29 и четвертого 30 таковы, что выходной ключ 32 находится в открытом состоянии, светодиод 36, оптопара 35 и фототиристор 37 включены, в результате чего образуется цепь включения через элемент 43 исполнительного элемента 44, где 45 - кнопка включения, замыкается контакт 46, включается исполнительный орган 47 и нагрузка 48, цепь из элементов 49, 50, а также цепь задержки 20 служат для надежной работы устройства при переходных процессах. In normal operation, i.e. in the absence of current overload and breakage of any phase, the voltage at the output of the first Schmidt trigger 9 is such that the transistor of the first key 12 is open, the transistor of the indication key 40 is closed, the LED 42 does not indicate an alarm condition, similarly, the transistor of the second key 25 is closed by the output signal of the second trigger Schmidt 10. The voltage values at the inputs and outputs of the third Schmidt trigger 29 and fourth 30 are such that the output switch 32 is in the open state, the LED 36, the optocoupler 35 and the photo thyristor 37 are turned on, as a result of which switching circuit 43 through the actuator element 44, where 45 - button switch, closes the contact 46, activated actuator 47 and the load 48, the chain of elements 49, 50 and delay circuit 20 are used for reliable operation of the device during transients.

Схема обратной последовательности на элементах 15 - 19 работает следующим образом. The reverse sequence diagram on the elements 15 to 19 works as follows.

В нормальном режиме работы, т.к. первый ключ 12 открыт, конденсатор 19 полностью разряжен. При увеличении тока через датчик 1, т.е. увеличении напряжения на элементе 3 увеличивается напряжение на элементах 14, 18, 19, первый ключ 12 на транзисторе закрывается, начинается заряд конденсатора 19, время заряда которого определяется величиной входного напряжения на вспомогательном стабилизаторе 4, т.е. реализуется обратная зависимость времени заряда от кратности перегрузки: чем больше ток нагрузки, тем меньше время заряда конденсатора 19. При возвращении в исходное состояние конденсатор быстро разряжается через элементы 16, 15 и открытый первый ключ 12. In normal operation, as the first key 12 is open, the capacitor 19 is completely discharged. With increasing current through the sensor 1, i.e. increasing the voltage on the element 3 increases the voltage on the elements 14, 18, 19, the first switch 12 on the transistor closes, the charge of the capacitor 19 begins, the charge time of which is determined by the value of the input voltage on the auxiliary stabilizer 4, i.e. an inverse dependence of the charge time on the overload factor is realized: the larger the load current, the shorter the charge time of the capacitor 19. Upon returning to the initial state, the capacitor quickly discharges through the elements 16, 15 and the open first key 12.

В аварийном режиме работы при симметричной нагрузке или обрыве фазы (что приводит к перераспределению токов) напряжение на конденсаторе 3 увеличивается, соотношение входных сигналов на делителе максимального уровня 5, 6 становится таким, что переключается первый триггер 9, транзистор первого ключа 12 закрывается, начинает заряжаться конденсатор 19 и при достижении определенного уровня входного сигнала на третьем триггере Шмидта 29 он переключается так же, как и четвертый триггер 30, выходной ключ на транзисторе 32 закрывается, отключаются элементы 36 и 37, разрывая цепь питания исполнительного элемента 44, отключая тем самым исполнительный орган 47 и нагрузку 48. Одновременно включается ключ индикации 40 и светодиод 42 сигнализирует наличие аварийного состояния. In emergency operation with a symmetrical load or phase failure (which leads to redistribution of currents), the voltage on the capacitor 3 increases, the ratio of the input signals on the maximum level divider 5, 6 becomes such that the first trigger 9 switches, the transistor of the first key 12 closes, starts charging the capacitor 19 and when a certain level of the input signal is reached at the third Schmidt trigger 29, it switches in the same way as the fourth trigger 30, the output switch on the transistor 32 closes, the elec cients 36 and 37, breaking the supply circuit of the actuator 44, thereby turning off actuator 47 and the load 48. At the same time the display key 40 is switched and the LED 42 signals the presence of an emergency condition.

При обрыве фазы, в которой находится датчик тока 1 (или в режиме несимметричной работы, неявного обрыва), уменьшается входное напряжение на вспомогательном стабилизаторе 4, срабатывает цепь делителя минимального уровня, открывается второй ключ 25, поступает сигнал на второй вход четвертого триггера Шмидта 30, в результате чего закрывается выходной ключ 32, разрывая в конечном итоге цепь питания исполнительного элемента 44. When the phase in which the current sensor 1 is located (or in the mode of asymmetric operation, implicit open) is interrupted, the input voltage at the auxiliary stabilizer 4 decreases, the minimum divider circuit is activated, the second key 25 opens, the second input of the fourth Schmidt trigger 30 is received, as a result, the output key 32 is closed, ultimately breaking the power circuit of the actuating element 44.

Таким образом, предложенное устройство обладает лучшими показателями по надежности, т. к. оно проще и, кроме того, оно контролирует исправность самого себя: при неисправности устройства защиты оно не включается. Thus, the proposed device has the best reliability indicators, because it is simpler and, in addition, it controls the health of itself: if the protection device fails, it does not turn on.

Приведенные сведения (для уменьшения потребления в качестве триггеров Шмидта могут быть использованы элементы КМОП - технологии серий 561, 564 и др.) подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения. The above information (to reduce consumption as Schmidt triggers can be used elements of CMOS technology series 561, 564 and others) confirm the possibility of the invention.

Claims

A three-phase load protection device containing an actuator included in each phase of the network, an overload sensor, a filter, a stabilizer, an actuator that enables the actuator to be turned on and off and a timing circuit of two dividers with a combined midpoint, an indication key in which circuit is included LED, characterized in that two resistive dividers are introduced, the first of which is a maximum resistive divider, and the second a minimum resistive divider, four Schmidt trigger, the first and second keys associated with the corresponding collector loads, a delay unit of two series-connected resistors, the first of which is shunted by a capacitor, an output key, an optocoupler and two rectifiers, while the overload sensor is connected by an input to one of the network phases, and by an output to the input of the first rectifier, the output of which is connected to a filter connected to the power supply input of the stabilizer, as well as to the first and second resistive dividers and the power circuit with the collector load of the first key, while the collector load is connected with the potential output of the filter and the stabilizer power input, the first inputs of the first and second Schmidt triggers are connected to the potential output of the stabilizer, their second inputs are connected to the middle outputs of the corresponding resistive dividers, and their outputs are connected to the inputs of the first and second keys, respectively, the collector of the second the key is connected through the corresponding resistors to the second input of the second Schmidt trigger and to the second input of the fourth Schmidt trigger, in addition, the output of the first Schmidt trigger is connected to the input indication key, the collector load of the second key is connected to the potential output terminal of the stabilizer, the output of the second Schmidt trigger is connected to the input of the second key, the midpoint of the timing circuit is connected to the second input of the third Schmidt trigger, the first input of which is connected to the common point of the outputs of the resistors and capacitor of the delay node, while the other terminal of the second resistor of the delay node is connected to the potential output terminal of the stabilizer, and the other terminal of the first resistor is connected to the common terminal, the output of the third Schmidt iggera connected to the first input of the fourth Schmitt trigger whose output is connected to the input output switch, in which the chain associated with a potential output terminal of the stabilizer included optocoupler LED, which fototiristory through the second rectifier connects the power source to the actuator element.