SU1742936A2 - Трехфазна автономна сеть с защитой - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : за счет введени  четвертого и п того датчиков тока, четырех ключей, блока управлени  ключами. генератора высокой частоты, измерительного блока,блока команд, узла пуска, второго и третьего исполнительного органа и их соответствующего соединени  обеспечиваетс  контроль целостности кабельной сети непосредственно перед подключением на нее преобразовател  частоты. В случае повреждени  сети (двухфазное или трехфазное короткое замыкание) в сети исключаетс  подключение к ней источника энергии - преобразовател  частоты. Повышаетс  надежность функционировани  трехфазной сети за счет исключени  аварий , св занных с включением преобразовател  частоты на поврежденную во врем  нерабочей паузы кабельную сеть и электродвигател . 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к релейной защите, может быть использовано в трехфазной автономной сети с изолированной нейтралью с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом дл  защиты от токов короткого замыкани  и  вл етс  усовершенствованием сети по основному авт.св. № 1427477.

Известна трехфазна  автономна  сеть с защитой, содержаща  тиристорный преобразователь частоты, состо щий из последовательно соединенных управл емого выпр мител , звена посто нного тока, инвертора , асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, трежильный силовой кабель, соедин ющий электродвигатель с преобразователем частоты, три датчика тока и трехфазный датчик напр жени ,

подключенные к обмоткам статора упом нутого электродвигател , блок электромагнит- ной мощности, блок определени  пол рности тока, включенный в звене посто нного тока преобразовател  частоты, логический элемент И и первый исполнительный орган.

Однако в случае применени  известного устройства в частотно-регулируемом электроприводе подачи горных машин, где по услови м технологического процесса требуютс  частые остановки двигател  с последующим пуском, оно работает недостаточно надежно. Это вызвано тем. что в устройстве момент по влени  короткого замыкани  контролируетс  по совпадению двух факторов: переход электродвигател  в генераторный режим (отрицательное значение знака электромагнитной мощности) и

4 Ю Ю Ы

Ю

отсутствие измерени  направлени  тока в звене посто нного тока преобразовател , и если пуск двигател  произойдет при наличии короткого замыкани  в силовом кабеле, соедин ющем электродвигатель и преобразователь , которое произошло во врем  остановки двигател , то при этом электродвигатель в генераторный режим не перейдет и срабатывани  устройства не произойдет. В результате станет возможным включение преобразовател  на корот- козамкнутую незащищенную сеть.

Цель изобретени  - обеспечение надежной работы в частотно-регулируемом электроприводе горных машин.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема трехфазной автономной сети с защитой; на фиг. 2 - измерительный блок; на фиг. 3 - блок управлени  ключами; на фиг, 4 - таблица состо ний работы ключей; на фиг. 5 - блок команд; на фиг. 6 - временные диаграммы работы блока команд; на фиг. 7 - узел пуска.

Трехфазна  автономна  сеть с защитой (фиг. 1) содержит датчик 1-5 тока, трехфазный датчик 6 напр жени , блок 7 измерени  электромагнитной мощности, блок 8 определени  пол рности тока, элемент И 9, первый исполнительный орган 10, второй исполнительный орган 11, третий исполнительный орган 12, преобразователь 13 частоты , состо щий из последовательно соединенных управл емого выпр мител  14, звена 15 посто нного тока, инвертора 16, электродвигатель 17, трехжильный силовой кабель 18, соедин ющий электродвигатель с преобразователем, измерительный блок 19, ключи 20-23, блок 24 управлени  ключами, генератор 25 высокой частоты, блок 26 команд и узел 27 пуска.

Блок 19 (фиг.2) содержит первый и второй диоды 28 и 29, аноды которых подключены к выходам соответствующих датчиков 4-5 тока, катоды диодов объединены и подключены к первому входу компаратора 30, к второму входу которого подключены блок 31 уставки, выход компаратора 30  вл етс  выходом блока 19.

Блок 24 (фиг.З) выполнен в виде последовательно соединенных генератора 32 тактовых импульсов, счетчика 33, дешифратора 34, первого 35 и второго 36 элементов ИЛИ. Вход генератора 32 тактовых импульсов  вл етс  входом блока 24. Первый вход дешифратора 34 присоединен к управл ющему входу третьего ключа 22 и к первому входу первого элемента ИЛИ 35, выход которого подключен к управл ющему входу первого ключа 20. Второй выход дешифратора 34 присоединен к управл ющему входу второго ключа 21 и к первому входу второго элемента ИЛИ 36, выход которого подключен к управл ющему входу четвертого ключа 23, третий выход дешифратора 34

подключен к вторым входам первого 35 и второго 36 элементов ИЛИ.

Блок 26 (фиг.5) содержит первый одно- вибратор 37, вход которого подключен к выходу узла 27 пуска, а его выход присоединен

соответственно к входам второго 38 и третьего 39 одновибратора, к третьему исполнительному органу 12 и к разрешающим входам блока 24 управлени  и генератора 25 высокой частоты. Выход второго 38 одновибратора присоединен к R-входу триггера 40, S-вход которого присоединен к выходу измерительного блока 19, инверсный выход триггера 40 подключен к первому входу второго элемента И 41, первый вход которого

подсоединен к выходу третьего одновибратора 39. Выход элемента И 41 подсоединен к входу второго исполнительного органа 11. Узел 27 (фиг.7) содержит кнопку 42 и резистор 43, причем один вывод резистора

43 соединен.с положительной шиной источника питани , а второй объединен с контактом кнопки 42 и  вл етс  выходом узла 27. Второй контакт кнопки 42 соединен с общей шиной источника питани .

Устройство имеет входы и выходы 44-57.

Трехфазна  автономна  сеть с защитой работает в следующих режимах: нормальный рабочий режим с переменной частотой

f и напр жением U при U/f const; режим пуска электродвигател , режим генераторного торможени , режим короткого замыкани  (аварийный режим), режим контрол  целостности кабел  непосредственно перед

подключением преобразовател  частоты к электродвигателю.

При нормальном режиме работы электропривода (отсутствие короткого замыкани  в линии) происходит потребление

энергии электродвигател  17 от преобразовател  13 частоты (направление тока в звене посто нного тока показано на фиг. 1 сплошной линией), и с выхода блока 8 определени  пол рности тока подаетс  сигнал

уровн  логической 1 на первый вход элемента И 9, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 7. Работа блока 7 состоит в определении знака электромагнитной мощности. Знак этого сигнала соответствует знаку скольжени  двигател . Положительный знак мощности соответствует двигательному режиму S 0, отрицательный - генераторному S 0. При сигнале, соответствующем двигательному режиму, на выходе блока 7 имеем О. В генераторном режиме сигнал противоположный (1). Таким образом, в двигательном режиме на втором входе элемента И 9 сигнал соответствует уровню логического О.В результате на отключающий вход первого исполнительного органа 10 сигнал не поступает.

При работе электропривода в режиме пуска работа устройства аналогична описанному .

В режиме генераторного торможени  системы электродвигатель переходит в генераторный режим и начинает выдавать энергию в сеть, инвертор 16 переходит в выпр мительный режим, вследствие чего происходит изменение направлени  тока I в звене посто нного тока преобразовател  13 частоты (на фиг. 1 новое направление тока показано пунктиром).

С выхода блока 8 снимаетс  сигнал, соответствующий уровню логического О, который поступает на первый вход элемента И 9. В этом режиме происходит изменение знака электромагнитной мощности на отрицательный и блок 7 выдает на второй вход элемента И 9 сигнал 1. Но так как на его первом входе сигнал нулевого уровн , на выходе элемента И 9 также О, срабатывани  первого исполнительного органа 10 не происходит.

В начале аварийного режиме (короткого замыкани ) на второй вход элемента И 9 поступает сигнал 1 с выхода блока 7 о переходе электродвигател  в генераторный режим (режим подпитки короткого замыкани ). В звене посто нного тока преобразовател  частоты изменени  направлени  тока не происходит, так как энерги  рассеивани  в точке короткого замыкани  и не поступит в преобразователь. Блок 8 выдает сигнал 1 на первый вход элемента И 9. На выходе элемента И 9 по вл етс  сигнал 1, который поступает на отключающий вход исполнительного органа 10. Исполнительный орган срабатывает, лини  18 отключаетс  от преобразовател  13 частоты.

В режиме контрол  целостности кабел  непосредственно перед подключением преобразовател  13 частоты к электродвигателю 17 узел 27 пуска выдает положительный импульс на второй вход блока 26 команд (эпюра 58а,б, фиг. 6).

Блок 26 команд обеспечивает логические операции по вводу в работу генератора 25 высокой частоты, блока 24 управлени  и включени  второго исполнительного органа 11 и подключение на врем  контрол  датчиков 4 и 5 тока к силовому кабелю 18 посредством включени  третьего исполнительного органа 12.

Первый одновибратор 37 при подаче на его вход положительного импульса с узла 27 выдает на своем выходе положительный сигнал, соответствующий уровню логической 1, длительность которого определ етс  временем, необходимым дл  контрол  целостности кабел  (эпюра 59а,б).

Этот импульс по своему фронту включает третий исполнительный орган 12 (под0 ключа  устройство контрол  к жилам силового кабел ) и запускает в работу второй одновибратор 38. Второй одновибратор 38 вырабатывает короткий положительный импульс (эпюра 61 а,б) и устанавливает RS5 триггер 40 в исходное состо ние. На инверсном выходе триггера 40 присутствует сигнал уровн  логической 1 (эпюра 62а,б). Одновременно с эти первый одновибратор 37 разрешает работу генератора 25 высокой

0 частоты и генератора 32 тактовых импульсов блока 24 управлени . Генератор 32 тактовых импульсов формирует целое число импульсов, количество которых

определ етс  временем действи  раз5 решающего сигнала на его входе, которые поступают на вход двухразр дного счетчика 33 импульсов. Счетчик 33 осуществл ет счет импульсов от 0 до 4. После подачи четвертого импульса счетчик автоматически обнул 0 етс . С выходов двух разр дов счетчика импульсы поступают на дешифратор 34, который формирует поочередно импульсы на своем выходе. Поступа  на управл ющие входы ключей 20-23, эти импульсы обеспе5 чивают последовательность состо ни  ключей, указанную на фиг, 4. Тогда благодар  такому пор дку работы ключи 20-23 генератора 25 высокой частоты в определенные моменты времени будут поочередно подсо0 един тьс  через датчики 4 и 5 тока к двум соответствующим жилам силового кабел  18, соедин ющего преобразователь 13 частоты и асинхронный электродвигатель 17, а через кабель к двум соответствующим фа5 зам статорной обмотки двигател .

Уровень сигнала на выходе датчиков 4 и 5 тока определ етс  отношением напр жени  на выходе генератора 25 к полному сопротивлению двух жил силового кабел  и

0 двух фаз статорной обмотки двигател . Известно , что у кабел  индуктивное сопротивление во много раз меньше активного, и если учесть, что источником  вл етс  генератор высокой частоты, то индуктивное со5 противление обмотки статора двигател  будет намного больше его активного сопротивлени  и последним можно принебречь. Следовательно, сигнал на выходе датчиков 4 и 5 тока будет определ тьс  отношением напр жени  на выходе генератора 25 высокой частоты к сумме удвоенных значений активного сопротивлени  кабел  и индуктивного сопротивлени  статорной обмотки двигател . Если в силовом кабеле нет короткого замыкани , то сигнал на выходах дат- чиков 4 и 5 тока меньше уровн  срабатывани  блока 31 установки. В этом случае измерительный блок 19 выдает сигнал уровн  логического О (эпюра 60а) на первый вход блока 25 команд (S-вход триг- гера 40). Состо ние триггера 40 не изменитс , на его инверсном выходе сигнал логической 1, (эпюра 62а), который поступает на первый вход элемента И 41. После окончани  времени контрол  по спаду им- пульса с выхода первого одновибратора 37 запуститс  третий одновибратор 39 и выдаст положительный сигнал логической 1 (эпюра 63а,б) на второй вход элемента И 41.

В результате на выходе элемента И 41 по витс  сигнал 1 (эпюра 64а), который вызовет включение второго исполнительного органа 11, подключа  преобразователь частоты к питающей сети.

При наличии в подключенном силовом кабеле короткого замыкани  между жилами уровень сигнала с выхода датчика 4 и 5 тока будет определ тьс  отношением напр жени  на выходе генератора высокой частоты к активному сопротивлению кабел  до мес- та короткого замыкани , а так как активное сопротивление кабел  во много раз меньше индуктивного сопротивлени  обмотки статора асинхронного двигател  (АД), если источником  вл етс  генератор высокой частоты, то сигнал с выхода датчика 4 и/или 5 тока превысит уровень срабатывани  уставки 31, что приведет к по влению на выходе компаратора 30 сигнала соответствующего уровн  логической 1, который поступит на вход триггера 40 блока 26 команд (эпюра 606). Состо ние триггера 40 изменитс , на его инверсном выходе по витс  сигнал логического О (эпюра 626), который поступает на второй вход элемента И 41, несмотр  на наличие на втором входе элемента И 41 сигнала логической 1 (эпюра 636), на его выходе будет сигнал нулевого уровн  (эпюра 646). В результате сигнал на разрешение включени  второго исполни- тельного органа 11 не поступит. Преобразователь 13 частоты не включитс  в работу.

После окончани  действи  положительного импульса на выходе первого одновибратора 37 (эпюра 59а.б) блок команд выдает сигнал на отключение третьего исполнительного органа 12.

Данна  трехфазна  автономна  сеть с защитой обеспечивает контроль целостности кабельной сети непосредственно перед

подключением на нее преобразовател  частоты . В случае повреждени  сети (двухфазное или трехфазное короткое замыкание) исключаетс  подключение к ней источника энергии преобразовател  частоты. Повышаетс  надежность функционировани  за счет исключени  аварий, св занных с включением преобразовател  частоты на поврежденную во врем  нерабочей паузы кабельную сеть и электродвигатель.

Claims (4)

1.Трехфазна  автономна  сеть с защитой по авт.св. Ns 1427477. отличающа - с   тем, что, с целью обеспечени  надежной работы в частотно- регулируемом электроприводе горных машин путем контрол  целостностисиловогокабел  непосредственно перед подключением ти- ристорного преобразовател  частоты, дополнительно введены четвертый и п тый датчики тока, измерительный блок, блок команд , угел пуска, генератор высокой частоты , четыре ключа с блоком управлени , при этом выходы четвертого и п того датчика тока подключены к первому и второму входам измерительного блока соответственно, выход которого подключен к первому входу блока команд, второй вход которого подключен к выходу узла пуска, первый выход - к входу второго исполнительного органа, второй выход - к входу третьего исполнительного органа, третий выход - к входам генератора высокой частоты и блока управлени , выходы последнего подключены к уп- равл ющим входам соответствующих ключей, первый выход генератора высокой частоты через последовательно соединенные первый ключ, четвертый датчик тока и первый вывод третьего исполнительного органа подключен к первой жиле силового кабел  и через последовательно соединенные второй ключ и второй вывод третьего исполнительного органа к второй жиле силового кабел , второй выход генератора высокой частоты через третий ключ подключен к второму выводу третьего исполнительного органа , и через последовательно соединенные четвертый ключ, п тый датчик тока и третий вывод третьего исполнительного органа - к третьей жиле силового кабел , второй исполнительный орган включен на входе управл емого выпр мител  тиристорного преобразовател  частоты.

2.Автономна  сеть по п. 1, о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что измерительный блок выполнен в виде двух диодов, блока уставки и компаратора, при этом аноды пеового и второго диодов  вл ютс  соответственно первым и вторым входами измерительного блока, катоды диодов объединены и подключены к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен блок уставки , выход компаратора  вл етс  выходом измерительного блока.

3. Автономна  сеть по п.1, о т л и ч а ю- ща   с  тем, что блок управлени  выполнен в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика импульсов и дешифратора, первого и второго элементов ИЛИ, при этом вход генератора тактовых импульсов,  вл етс  входом блока управлени , первый выход дешифратора подкл ючен к первому входу первого элемента ИЛИ и  вл етс  третьим выходом блока управлени , первым выходом которого  вл етс  выход первого элемента ИЛИ, второй выход дешифратора подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и  вл етс  вторым выходом блока управлени , четвертым выходом которого  вл етс  выГТЗгт;г

ход второго элемента ИЛИ, третий выход дешифратора подключен к вторым входам указанных элементов ИЛИ.

4. Автономна  сеть по п.1, отличающа с  тем, что блок команд выполнен в виде RS-триггера, трех одновибраторов, второго элемента И, при этом S-вход RS- триггеров  вл етс  первым входом блока

команд, вторым входом которого  вл етс  вход первого одновибратора, выход которого подключен к входам второго и третьего одновибраторов и  вл етс  вторым и третьим выходами блока команд, выход второго

одновибратора подключен к R-входу RS- триггера, выход которого и выход третьего одновибратора подключены к входам второго элемента И, выход последнего  вл етс  первым выходом блока команд.

фие.2

Фие.З

Трехфазна  автономна  сеть с защитой

Z f

: - Т

Я

i +U,

а