SU1737624A1 - Устройство дл вы влени потери питани электродвигателей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  обнаружени  факта потери питани  мощных синхронных электродвигателей при нарушении электроснабжени . Цель изобретени  - повышение быстродействи  и надежности устройства дл  вы влени  потери питани  электродвигателей за счет вы влени  признака потери питани  в самом начале снижени  частоты остаточного напр жени  и отстроенности от переходных процессов. Дл  достижени  цели в устройство дополнительно введен датчик 2 потери питани ; содержащий формирователь 6 пр моугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов, первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики, счетчик 13, формирователи 9,10 коротких импульсов , дешифратор 22, расширитель 23 импульсов , элемент 24 выдержки времени, а также логические1 элементы И, ИЛИ, НЕ, ЗАПРЕТ. Работа датчика 2 основана на измерении разности последующего и предыдущего полупериодов входного напр жени . Длительность измеренной разности преобразуетс  в число импульсов тактовой частоты. При превышении числом импульсов уставки в течение не менее трех сравниваемых полупериодов на выходе датчика по вл етс  разрешающий сигнал, который, воздейству  нар ду с типовой защитой минимального напр жени  на выходной орган , приводит в зависимости от применени  либо к срабатыванию быстродействующего автоматического ввода резерва (АВР), либо- к отключению двигателей с целью их последующего самозапуска при восстановлении электроснабжени . 1 ил. ё XI CJ VJ о ю 4

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  обнаружени  факта потери питани  мощных синхронных электродвигателей при нарушени х электроснабжени  с целью осуществлени  быстродействующего включени  резервного питани  либо раз- возбуждени  двигателей или их отключени  с последующим самозапуском.

Известен способ автоматического включени  резервного питани  потреби.е- лей, при котором потер  питани  двигательной нагрузки вы вл етс  по скорости снижени  частоты напр жени  основного источника. Известно также устройство (реле ускорени ), реагирующее на скорость снижени  частоты, принцип действи  которого основан на дифференцировании НС-цепью выходного сигнала от датчика частоты.

К недостаткам известного устройства относитс  низка  чувствительность и больша  погрешность измерени , св занна  с трудностью дифференцировани  при медленных изменени х частоты в контролируемой сети, а также возможность отказа в работе при зависании частоты на недопустимо низком уровне.

Известно также устройство блокировки автоматической частотной разгрузки по скорости снижени  частоты, которое измер ет усредненную скорость изменени  частоты в интервале фиксированного промежутка времени.

Недостатком данного устройства  вл етс  отсутствие повтор емости действи  в темпе процесса снижени  частоты, возможность ложной работы при переходных процессах, а также недостаточное быстродействие, поскольку отсчет фиксированного промежутка времени необходимо начинать при частоте сети, заведомо меньшей частоты зависани  в услови х дефицита активной мощности, например 48,5 Гц.

Цель изобретени  - повышение быстро- действи  и надежности работы устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  вы влени  потери питани  электродвигателей, содержащее защиту минимального напр жени , выходом соединенную с управл ющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого совместно с выходом защиты минимального напр жени  через первый элемент ИЛИ соединен с выходным органом, введен датчик потери питани , содержащий формирователь пр моугольных импульсов, вход которого  вл етс  входом датчика потери напр жени  и предназначен дл  подключени  к источнику контролируемого напр жени , элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формировател  коротких импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два реверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно соединенные дешифратор , расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого  вл етс  выходом датчика потери питани , соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формировател  пр моугольных им0 пульсов соединен с входом первого формировател  коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и

5с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и с входом второго формировател  коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом перво0 го элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента Н Е и с входом

5 второго формировател  коротких импульсов , выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами Сброс первого и второго реверсивных счетчиков соответст0 венно, выход первого элемента И соединен с входом пр мого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с

5 выходом окончани  обратного счета второго реверсивного счетчика и с управл ющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго

0 элемента И соединен с входом пр мого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончани  об5 ратного счета первого реверсивного счетчика и с управл ющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и

0 четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход Сброс которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

5 На чертеже представлена блок-схема устройства дл  вы влени  потери питани  электродвигателей,

Устройство содержит защиту 1 минимального напр жени , датчик 2 потери питани , первый элемент ЗАПРЕТ 3, первый

элемент ИЛИ 4 и выходной орган 5. Датчик 2 содержит формирователь б пр моугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов , элемент НЕ 8, первый 9 и второй 10 формирователи коротких импульсов, первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики импульсов, счетчик 13 импульсов, третий 14 и второй 15 элементы ЗАПРЕТ, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 элементы И, второй 20 и третий 21 элементы ИЛИ, дешифратор 22, расширитель 23 импульсов и элемент 24 выдержки времени.

На вход защиты 1 минимального напр жени  и вход формировател  пр моугольных импульсов датчика 2 потери питани  подаетс  контролируемое напр жение переменного гока ( U). Выход защиты 1 минимального напр жени  соединен с одним из входов элемента ИЛИ 4 и с управл ющим входом элемента ЗАПРЕТ 3. Выход элемента ЗАПРЕТ 3 соединен с другим входом элемента ИЛИ 4, а выход ИЛИ 4 св зан с исполнительным выходным органом 5. Структурные св зи датчика 2 потери питани  следующие. Пр моугольные импульсы, полученные из синусоидального напр жени  ( U) с формировател  6, поступают на вход формировател  9 коротких импульсов, вход инвертирующего элемента НЕ 8 и на один из входов элемента И 16. Инверсные пр моугольные импульсы с выхода элемента НЕ 8 подаютс  на вход формировател  10 коротких импульсов и один из входов элемента И 17. На другие входы элементов И 16,17 подаютс  высокочастотные заполн ющие импульсы опорной частоты от генератора 7 тактовых импульсов. Высокочастотные импульсы периодически с интервалом, равным положительному полупериоду контролируемого напр жени  ( U), с выхода элемента И 16 подаютс  на вход пр мого счета счетчика 11 импульсов, на вход элемента ЗАПРЕТ 15 и один из входов элемента И 19. Высокочастотные импульсы в отрицательный полупериод ( U) с выхода элемента И 17 подаютс  на вход пр мого счета счетчика 12 импульсов, вход элемента ЗАПРЕТ 14 и один из входов элемента И 18. С выхода формировател  9 короткие одиночные импульсы, сформированные на фронте входного сигнала, попадают на вход Сброс счетчика 11 и на один из входов элемента ИЛИ 20. Такие же короткие импульсы с выхода формировател  10 поступают на другой вход элемента ИЛИ 20 и вход Сброс счетчика 12. С выхода элемента ЗАПРЕТ 15, когда он открыт, заполн ющие импульсы подаютс  на вход обратного (вычитающего) счета реверсивного счетчика 12. На аналогичный вход обратного счета

счетчика 11 поступают импульсы с выхода элемента ЗАПРЕТ 14. С выхода счетчика 12 в момент окончани  обратного счета подаетс  сигнал на управл ющий вход элемента

ЗАПРЕТ 15, запирающий его, а также на другой вход элемента И 19. С выхода счетчика 11 такой же сигнал поступает на управл ющий вход элемента ЗАПРЕТ 14 и вход элемента И 18. С выходов элементов И 18,19

0 не вмещенные в счетчики заполн ющие импульсы подаютс  на входы элемента ИЛИ 21, с выхода которого эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 13. Обнуление счетчика 13 происходит от коротких

5 импульсов, поступающих с выхода элемента ИЛИ 20 на вход Сброс счетчика 13. Информационные выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 22, выполн ющего функцию стандартного элемента Логиче0 ский порог. Импульсы с выхода дешифратора 22 подаютс  на вход расширител  23 импульсов, преобразуютс  в непрерывный сигнал и с выхода расширител  23 поступают на вход элемента 24 выдержки времени.

5 Сигнал с выхода элемента 24,  вл ющийс  выходом датчика 2 потери питани , управл ет работой выходного органа 5, поступа  на вход элемента ЗАПРЕТ 3.

Функциональные блоки устройства ра0 ботают следующим образом.

Защита 1 минимального напр жени  срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал при понижении контролируемого напр жени  ниже заданной уставки. От

5 этого сигнала через элемент ИЛИ 4 срабатывает выходной орган 5 и одновременно с помощью элемента ЗАПРЕТ 3 блокируетс  работа датчика 2 потери питани . Выходной орган в зависимости от конкретного случа 

0 применени  данного устройства может запускать АВР, отключать двигатели с последующим их самозапуском, гасить поле синхронного двигател  или блокировать работу АЧ Р. Датчик 2 потери питани  ускор ет

5 работу выходного органа 5 в случае, если к шинам подключены синхронные электродвигатели . При потере питани  синхронные двигатели работают в режиме выбега, генериру  напр жение, скорость снижени  час0 тоты которого выше 10 Гц/с. При дефиците активной мощности частота напр жени  в сети снижаетс  значительно медленнее, так как электромеханическа  посто нна  времени генераторов электростанций несоиз5 меримо больше посто нной времени электродвигателей. Дл  вы влени  факта потери питани  электродвигателей в датчике 2 сравниваютс  продолжительности смежных положительных и отрицательных полуволн синусоидального входного напр жени . Датчик срабатывает, если последующий полупериод продолжительней предыдущего на величину уставки или больше ее в течение заданного промежутка времени. Нетрудно показать, что при посто нной скорости снижени  частоты, котора  характерна дл  двигателей в течение первой половины секунды выбега, разность смежных полупериодов на любом отрезке времени в пределах 3-4 периодов также величина посто нна , рассчитываема  по формуле

ДТ +

1000

100 - О.Ше

-10мс

где е- скорость снижени  частоты, Гц/с. При е 10 Гц/с, ДТ 0,02 мс. Следовательно , условие срабатывани  датчика

AT 20мкс

Дл  повышени  точности измерени  AT в датчике используетс  принцип преобразовани  длительности в число импульсов. Источником импульсов опорной частоты  вл етс  автогенератор 7. Высока  стабильность частоты импульсов генератора не требуетс , так как погрешность преобразовани  в равной степени вли ет на число импульсов как в положительный, так и в отрицательный полупериоды контролируемого напр жени , которые затем вычитаютс .

В качестве устройства счета и пам ти в датчике применены реверсивные двоичные счетчики 11 и 12 импульсов. В этих счетчиках используютс  два входа пр мого и обратного счета, вход сброса и один выход окончани  обратного счета. На этом выходе по витс  логическа  единица при сброшенном нулевом состо нии счетчика. Счетчик 13 (нереверсивный) имеет один счетный вход, вход сброса и информационные выходы , сигналы с которых поступают на дешифратор 22. На выходе дешифратора по витс  импульс, если код двоичного числа счетчика 13 превысит уставку п, котора  отображает результат преобразовани  длительности ДТ 20 мкс в число импульсов п.

Расширитель 23 импульсов предназначен дл  преобразовани  периодических коротких импульсов, поступающих от дешифратора, в непрерывный выходной сигнал.

Элемент 24 выдержки времени срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал , если продолжительность входного сигнала превысит уставку, выбираемую дл  надежности отстройки от помех и переходных процессов, не менее трех полупериодов промышленной частоты, т.е. не менее 30 мс.

В исходном состо нии при посто нной частоте контролируемого напр жени  счетчики 11 и 12 периодически заполн ютс  тактовыми импульсами от генератора 7, число

которых пропорционально полупериоду синусоидального входного напр жени . Счетчик 11 считает в пр мом направлении при положительной полуволне и в обратном - при отрицательной полуволне, счетчик 12 наоборот . При равенстве полупериодов импульсы на вход счетчика 13 не поступают и датчик 2 не срабатывает.

При понижении частоты, например, в результате отключени  питающей линии и

выбеге синхронных двигателей происходит равномерное увеличение продолжительности полупериодов со скоростью, пропорциональной скорости снижени  частоты.

Допустим, счетчик 11 был заполнен числом импульсов, пропорциональным положительному полупериоду предшествующего нормального режима. В отрицательный полупериод на вход обратного счета счетчика 11 поступают импульсы через открытый элемент

ЗАПРЕТ 14. С каждым тактовым импульсом код числа счетчика 11 будет уменьшатьс  на единицу. По окончании обратного счета, т.е. когда код числа станет равным нулю, на выходе счетчика 11 по витс  сигнал, который закроет элемент 14 и откроет элемент И 18. Если продолжительность отрицательного полупериода больше предшествующего ему положительного, то не вмещенные в счетчик 11 тактовые импульсы будут уже поступать через элементы И 18 и ИЛИ 21 на счетчик 13, заполн   его кодом числа, про- пооиионального оазности смежных полупериодов AT. В случае превышени  этим числом уставки п на выходе дешифратора 22

по витс  импульс, элемент 23 его расширит и на входе элемента 24 выдержки времени по витс  сигнал.

В течение описываемого отрицательного полупериода счетчик 12 работает на пр мой счет, запомина  его. В следующий положительный полупериод счетчики 11 и 12 мен ютс  рол ми, и теперь уже импульсы , пропорциональные ДТ, будут поступать на счетчик 13 через открытый элемент И 19.

В начале каждого полулериода поочередно срабатывают формирователи 9 и 10, которые короткими импульсами через элемент ИЛИ 20 сбрасывают счетчик 13, а дл  повышени  помехозащищенности осуществл ют

установку нул  того счетчика 11 или 12, на который будет подаватьс  пр мой счет. Если код счетчика 13 подр д три раза или более с периодичностью 10 мс превысит число п, то по истечении указанного времени срабатывает датчик 2 и выдает через открытые элементы ЗАПРЕТ 3 и ИЛИ 4 сигнал на выходной орган 5.

При близких коротких замыкани х или при потере питани  и отсутствии включенных синхронных двигателей контролируемое напр жение снижаетс  до нул  практически мгновенно, и датчик 2 тер ет работоспособность. В зтих услови х срабатывает защита 1 минимального напр жени  и с помощью элемента ЗАПРЕТ 3 блокирует выход с датчика 2 во избежание ложной его работы.

Таким образом, заложенный в датчике потери питани  принцип измерени  скорости снижени  частоты позвол ет получить сигнал на выходе уже через 30 мс после начала потери питани , т.е. частота сети за это врем  снизитс  всего лишь до 49,7 Гц, тогда как известное устройство-прототип с 48,5 Гц и ниже только начинает измерение. Кроме того, предлагаемое устройство обладает повтор емостью действи  в темпе процесса снижени  частоты и одновременно надежно отстроено от апериодической составл ющей контролируемого напр жени , поскольку в последнем случае нарушитс  непременное условие срабатывани  датчика 2, непрерывное в течение не менее полутора периодов превышени  длительности последующего полупериода над предыдущим . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Устройство дл  вы влени  потери питани  электродвигателей, содержащее защиту минимального напр жени , выходом соединенную с управл ющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, вход которого совместно с выходом защиты минимального напр жени  через первый элемент ИЛИ соединены с выходным органом, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и надежности, в него введен датчик потери питани , содержащий формирователь пр моугольных импульсов, вход которого  вл етс  входом датчика потери напр жени  и предназначен дл  подключени  к источнику контролируемого напр жени , элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формировател  коротких импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два

реверсивных счетчика и один счетчик импульсов , выход которого через последовательно со- единенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого  вл етс  выходом датчика потери питани , соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формировател  пр моугольных импульсов соединен с входом первого формировател  коротких импульсов , входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И

соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формировател  коротких импульсов , входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И. ВТОРОЙ вход которого соединен с выходом генератора тактовых

импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формировател  коротких импульсов , выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами Сброс первого и второго реверсипных счетчиков соответственно , выход первого элемента И соединен с входом пр мого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончани  обратного счета второго реверсивного счетчика и управл ющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входом пр мого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончани  обратного счета первого реверсивного счетчика и с управл ющим входом третьего

элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход Сброс которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

Claims (1)

1. ‘ Формула изобретения Устройство для выявления потери питания электродвигателей, содержащее защи- 35 ту минимального напряжения, выходом соединенную с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, вход которого совместно с выходом защиты минимального напряжения через первый элемент ИЛИ со- 40 единены с выходным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него введен датчик потери питания, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, 45 вход которого является входом датчика потери напряжения и предназначен для подключения к источнику контролируемого напряжения, элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формирователя корот- 50 ких импульсов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два реверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно соединенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого является выходом датчика потери питания, соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И. второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами Сброс первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, выход первого элемента И соединен с входом прямого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета второго реверсивного счетчика и управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета первого реверсивного счетчика и с управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход Сброс которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.