RU2542346C1 - Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности - Google Patents
Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542346C1 RU2542346C1 RU2013151027/07A RU2013151027A RU2542346C1 RU 2542346 C1 RU2542346 C1 RU 2542346C1 RU 2013151027/07 A RU2013151027/07 A RU 2013151027/07A RU 2013151027 A RU2013151027 A RU 2013151027A RU 2542346 C1 RU2542346 C1 RU 2542346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inverter
- output
- power
- contactor
- inputs
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Технический результат заключается в защите устройства от перегрузки, его малых габаритах и весе, его высокой надежности и удобстве эксплуатации. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного напряжения, инвертор, датчики выходного тока и напряжения, нагрузку, блок контактора с контактами между источником постоянного напряжения и инвертором, дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты однофазного инвертора от перегрузок по мощности при различном характере нагрузок, подключаемых к нему.
Известно большое количество автономных инверторов, входящих в состав независимых энергоустановок и источников бесперебойного питания и преобразующих энергию источников постоянного тока - аккумуляторных батарей, генераторов на топливных элементах, солнечных батарей и т.д. - в энергию переменного тока со стабильными выходными характеристиками - напряжением, частотой, формой. В паспортных данных на инверторы и выполненные на их основе источники бесперебойного питания указываются два допустимых значения выходной мощности: одно значение относится к полной мощности, выраженной в кВА, при заданном значении cos φ (обычно 0,7-0,8), а второе - к активной мощности, выраженной в кВт. Так, например, для инвертора фирмы ELTEC типа UNV-5.0F (http://www.powerexpert.ua/epueltec inv unv psw.html) предельная выходная мощность при подключении нагрузок с cos φ≤0,8 составляет 5,0 кВА, а при чисто активной нагрузке (cos φ=1) допустимая мощность падает до 4,0 кВт. При этом защита инвертора от перегрузки с помощью входного предохранителя не приводит к надежному результату. Если предохранитель выбран под чисто активную нагрузку, то для нагрузок с cos φ, близким к значению 0,8, мощностные возможности инвертора будут недоиспользоваться. И, наоборот, если предохранитель выбран под полную допустимую мощность инвертора, то при подключении чисто активной нагрузки инвертор будет перегружаться, что может привести к его отказу.
Известен инвертор и устройство защиты от токов перегрузки для него (патент GB 2197550, МПК H02M 7/538, 18.05.1988), содержащее источник постоянного напряжения, автономный трехфазный инвертор, нагрузку, датчики выходных токов, блок выделения наибольшего тока, блок оценки тока перегрузки и цепь отключения силовых ключей инвертора.
Недостаток устройства заключается в отсутствии контроля выходной мощности инвертора, которая может превысить допустимый уровень и без достижения выходными токами инвертора предельных значений.
Известно устройство для защиты и контроля мощности активной нагрузки (авторское свидетельство SU 1677766, МПК H02H 5/04, 7/09, 7/085, G05B 11/06, 15.09.1991). Устройство содержит питающую сеть, нагрузку, датчик тока, выпрямитель, узел контроля, индикаторы, узел управления и узел защиты.
Недостатком устройства является то, что оно предназначено для одного конкретного вида нагрузки (двигателя) и не учитывает изменения соотношений между токами и активной мощностью при различных коэффициентах мощности (cos φ) нагрузки.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является оборудование для быстрого определения коротких замыканий в сети переменного тока (патент US 4811154, МПК H02H 3/18, 07.03.1989), содержащее сеть переменного тока, подключенную к потребителям энергии через размыкатель сети, управляемый триггерным блоком (блоком контактора). Перед потребителями в сети установлены датчики тока и напряжения, выходные напряжения которых через согласующие блоки поступают на аналого-цифровые преобразователи, связанные с сигнальным процессором, воздействующим на триггерный блок. Сигнальный процессор осуществляет быстрое преобразование Фурье сигналов датчиков тока и напряжения, определение максимума их кросс-корреляции и вычисление максимума спектра мощности и спектра импеданса, а также сравнение указанных величин с заданными величинами.
Недостаток устройства заключается в ограниченной области применения, обусловленной только защитой от коротких замыканий и не касающейся промежуточных режимов работы энергоустановки. Кроме того, устройство характеризуется большой сложностью и, как следствие, низкой надежностью.
Предлагаемое устройство основано на одновременном контроле как полной, так и активной выходных мощностей, указанных в паспортных данных инвертора, что позволяет, с одной стороны, предотвратить его перегрузку, а с другой - не ограничивать его мощностные возможности при различных видах нагрузки.
На чертеже представлена функциональная схема устройства защиты инвертора от перегрузки по мощности.
Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, например генератор на топливных элементах, подключенный через выключатель 2 и нормально замкнутые контакты 3 контактора 4 к входу инвертора 5, в одной из выходных шин которого установлен датчик 6 тока, а к выходу подсоединены датчик 7 напряжения и через второй выключатель 8 - нагрузка 9, и блок 10 контактора 4. Устройство снабжено двумя аналоговыми перемножителями 11, 12, двумя выпрямителями 13, 14, фильтром 15 нижних частот, двумя компараторами 16, 17, элементом ИЛИ 18, таймером 19 и элементом 20 запрета. Датчики 6, 7 непосредственно и через выпрямители 13, 14 подключены к входам перемножителей 11 и 12, выходы которых соответственно через фильтр 15 и напрямую связаны с входами компараторов 16, 17. Выходы компараторов 16, 17 подсоединены к входам элемента ИЛИ 18, выход которого непосредственно и через таймер 19 связан с прямым и инверсным входами элемента 20, к выходу которого подключен вход блока 10.
Блок 10 содержит ключ на транзисторе 21, вход которого соединен с входом блока 10. В коллекторную цепь транзистора 21 включена обмотка контактора 4. Параллельно транзистору 21 подключены последовательно соединенные вспомогательный разомкнутый контакт 22 контактора 4 и нормально-замкнутая кнопка 23 отключения контактора 4.
Элемент 20 запрета представляет собой элемент 2 И с прямым и инверсным (запретным) входами.
Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности работает следующим образом.
При замыкании выключателя 2 от источника 1 на вход инвертора 5 поступает постоянное напряжение, преобразуемое им в переменное со стабильными электрическими характеристиками. При замыкании выключателя 8 к выходу инвертора 5 подключается нагрузка 9, а на выходах датчиков 7 и 6 появляются напряжение, пропорциональное мгновенному значению напряжения на нагрузке 9 - Umsinωt, и напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока, протекающего через нагрузку 9 - Imsin(ωt+φ), где φ - угол сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока, определяемый характером нагрузки 9. В перемножителе 11 вычисляется произведение указанных напряжений:
Umsinωt×Imsin(ωt+φ)=UmIm/2cosφ-UmIm/2(2ωt+φ).
Из приведенного выражения следует, что на выходе перемножителя 11 появляются два напряжения. Одно из них постоянное и пропорциональное активной мощности, а второе - переменное, имеющее удвоенную частоту. Фильтр 15 подавляет высокочастотную составляющую и выделяет напряжение, пропорциональное активной мощности.
Одновременно с этим напряжения датчиков 7, 6 через выпрямители 13, 14 подаются на входы перемножителя 12, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное полной выходной мощности инвертора 5. Компараторы 16, 17 контролируют величины активной и полной мощностей инвертора 5. В случае превышения одной из них паспортного значения срабатывает соответствующий компаратор 16 или 17 и на его выходе появляется высокий потенциал, прикладывающийся к входу элемента ИЛИ 18. В результате на выходе элемента ИЛИ 18 также появляется высокий потенциал, запускающий таймер 19 и поступающий на первый вход элемента 20 запрета. На время действия импульса на выходе таймера 19 накладывается запрет на прохождение высокого потенциала с первого входа элемента 20 на его выход. Это позволяет предотвратить срабатывание защиты при кратковременных перегрузках по мощности, возникающих, например, при подключении к инвертору 5 нагрузок с большими пусковыми токами.
По окончании импульса на выходе таймера 19 и при сохранении перегрузки по мощности (высокого потенциала на выходе одного из компараторов 16, 17) на выходе элемента 20 появляется высокий потенциал, под действием которого в блоке 10 открывается транзистор 21 и запитывается обмотка контактора 4. В результате размыкаются основные контакты 3 контактора 4, отключающие вход инвертора 5 от источника 1, и замыкается вспомогательный контакт 22, самоблокирующий обмотку контактора 4. После устранения причины, вызвавшей перегрузку инвертора 5, с помощью кнопки 23 размыкается цепь обмотки контактора 4, снимается ее блокировка, и устройство возвращается в исходное состояние.
При необходимости устройство может быть дооснащено элементами индикации, подключенными к выходам компараторов, указывающими, по какому виду мощности произошла перегрузка инвертора 5, что упрощает отыскание и устранение причины перегрузки.
Таким образом, предлагаемое устройство реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Для реализации устройства требуется небольшое количество широко распространенных аналоговых и цифровых микросхем. В качестве аналоговых перемножителей могут быть применены микросхемы КР525ПСЗ, таймера - КР1006ВИ1. Предлагаемое устройство характеризуется низкой стоимостью, малыми габаритами и весом, высокой надежностью и простотой эксплуатации.
Claims (1)
- Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности, содержащее источник постоянного напряжения, подключенный через выключатель и нормально замкнутые контакты контактора к входу инвертора, в одной из выходных шин которого установлен датчик тока, а к выходу подсоединены датчик напряжения и через второй выключатель - нагрузка, и блок контактора, отличающееся тем, что оно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета, причем датчики тока и напряжения непосредственно и через выпрямители подключены к входам первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно через фильтр нижних частот и напрямую связаны с входами первого и второго компараторов, выходы которых подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого непосредственно и через таймер связан с прямым и инверсным входами элемента запрета, к выходу которого подключен вход блока контактора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151027/07A RU2542346C1 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151027/07A RU2542346C1 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2542346C1 true RU2542346C1 (ru) | 2015-02-20 |
Family
ID=53288977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013151027/07A RU2542346C1 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542346C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4811154A (en) * | 1986-08-04 | 1989-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for rapid recognition of short-circuits |
SU1677766A1 (ru) * | 1989-10-03 | 1991-09-15 | Завод "Мезон" Им.60-Летия Ссср | Устройство дл защиты и контрол мощности активной нагрузки |
CN102130613A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-07-20 | 电力集成公司 | 具有一个被连接在绕组之间的开关的功率转换器 |
RU2456739C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Системы постоянного тока" | Устройство многоуровневой защиты двунаправленного инвертора напряжения |
CN103414322A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 成都芯源系统有限公司 | 一种控制电路、开关变换器及其控制方法 |
-
2013
- 2013-11-15 RU RU2013151027/07A patent/RU2542346C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4811154A (en) * | 1986-08-04 | 1989-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for rapid recognition of short-circuits |
SU1677766A1 (ru) * | 1989-10-03 | 1991-09-15 | Завод "Мезон" Им.60-Летия Ссср | Устройство дл защиты и контрол мощности активной нагрузки |
CN102130613A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-07-20 | 电力集成公司 | 具有一个被连接在绕组之间的开关的功率转换器 |
RU2456739C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Системы постоянного тока" | Устройство многоуровневой защиты двунаправленного инвертора напряжения |
CN103414322A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 成都芯源系统有限公司 | 一种控制电路、开关变换器及其控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | A novel protection scheme for inverter-interfaced microgrid (IIM) operated in islanded mode | |
Meghwani et al. | A new protection scheme for DC microgrid using line current derivative | |
KR102210384B1 (ko) | 접지 장애 검출을 위한 방법 및 장치 | |
JP7006237B2 (ja) | 電力供給システムの保護装置を備えたシステム | |
Bayrak et al. | A communication based islanding detection method for photovoltaic distributed generation systems | |
RU2011108297A (ru) | Реле перегрузки | |
Ghanbari et al. | Solid-State Capacitor Switching Transient Limiter based on Kalman Filter algorithm for mitigation of capacitor bank switching transients | |
EP2928035B1 (en) | Detection of islanding conditions in an electricity network | |
Saleh et al. | Performance of multiframe digital interconnection protection for distributed cogeneration systems | |
Morello et al. | Upstream fault detection using second harmonic magnitudes in a grid tied microgrid setting | |
Saleh et al. | Digital ground fault protection of grid-connected photovoltaic systems | |
Misak et al. | A novel approach to adaptive active relay protection system in single phase AC coupling Off-Grid systems | |
RU2542346C1 (ru) | Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности | |
Thankachen et al. | Hysteresis controller based fault current interruption using DVR | |
Dimova | Investigation of digital protection relay for three-phase induction motor | |
Saleh et al. | The performance of a digital interconnection protection for grid-connected WECSs | |
RU2588613C1 (ru) | Ветродизельная система автономного электроснабжения | |
Sarvi et al. | Compensation of Voltage Single-Phase SAG and SWELL Using Dynamic Voltage Restorer and Difference Per-Unit Value Method | |
RU165412U1 (ru) | Устройство адаптивной многопараметрической резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций воздушной линии | |
Bottrell et al. | An impedance-based method for the detection of over-load and network faults in inverter interfaced distributed generation | |
US8786991B1 (en) | Automated three phase power monitoring system | |
Lin et al. | Using Sprott chaos synchronization-based voltage relays for protection of microdistribution systems against faults | |
JP4149962B2 (ja) | 単独運転防止装置 | |
Mandekar et al. | Three phase induction motor protection scheme | |
Narayanswamy et al. | Overload Protection of Marine Power Generators Using Supervised Machine Learning-Based Kalman Predictor Algorithm |