Устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к устройствам релейной защиты синхронных двигателей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. При достижении в процессе ресинхронизации синхронного двигателя величины скольжения , заданной в виде цифрового кода блоком уставок, число импульсов, накопленных счетчиком, будет равно числу импульсов, хранящихся в блоке памяти 16, и на выходе схемы комбинационного совпадения кодов КС28 появится единичный сигнал, равный по длительности периоду следования импульсов генератора 15. С помощью блока формирования выходного сигнала выходной сигнал из импульсного преобразуется в постоянный. Линия задержки и второй триггерный блок формируют диапазон углов, в котором разрешена подача возбуждения. При появлении единичных сигналов на трех входах элемента сравнения он срабатывает и через исполнительный орган осуществляет контактный выход устройства. Изобретение позволяет с помощью одного измерительного органа выявлять асинхронный режим и осуществлять подачу возбуждения с учетом величиныскольжения и выбором момента его включения при ресинхронизации загруженных двигателей. 3 ил. ф (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1431002 А 2 (д11 4 Н 02 Н 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1317544 (21) 4155203/24-.07 (22) 01.12.86 ,(46) 15.10.88, Вюл. Ф 38 (7 1) Донецкий политехнический институт (72) В.Ф.Сивокобыленко, А.В.Левшов и M.È.Ôèëü (53) 621.316.925(088 ° 8) (56) Патент США - 3525913, кл. Н 02 Н ?/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 1317544, кл. Н 02 Н 7/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АСИНХРОННОГО

РЕЖИМА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты синхронных двигателей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей. При достижении в процессе ресинхрониэации синхронного двигателя величины скольжения, заданной в виде цифрового кода блоком уставок, число импульсов, накопленных счетчиком, будет равно числу импульсов, хранящихся в блоке памяти 16, и на выходе схемы комбинационного совпадения кодов КС28 появится единичный сигнал, равный по длительности периоду следования импульсов генератора 15. С помощью блока формирования выходного сигнала выходной сигнал из импульсного преобразуется в постоянный. Линия задержки и второй триггерный блок формируют диапазон углов, в котором разрешена подача возбуждения, При появлении единичных сигналов на трех входах элемента сравнения он срабатывает и через исполнительный орган осуществляет контактный выход устройства, Изобретение позволяет с помощью одного измерительного органа выявлять асинхронный режим и осуществлять подачу возбуждения с учетом величины. скольжения и выбором момента его включения при ресинхронизации sarpyженных двигателей. 3 ил.

1431002

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты синхронных двигателей.

Цель изобретения — расширение функ5 циональных возможностей.

На фиг.1 показана принципиальнофункциональная схема устройства; на фиг,? — времяимпульсные диаграммы работы основных блоков при возникновении асинхронного режима; на фиг.3— времяимпульсные диаграммы работы не которых блоков при ресинхронизации защищаемого двигателя, Устройство содержит импульсный датчик (ИД) 1, выход которого подключен к первому блоку формирования импульсов (БФИ) 2, выполненному из последовательно соединенных порогового элемента (ПЭ) 3, первого дифферен- 20 цирующего элемента (ДЭ) 4, и первой линии задержки (ЛЗ) 5; второй блок формирования импульсов (БФИ) б, выполненный из последовательно соединенных порогового элемента (ПЭ) 7, 25 на вход которого подается напряжение сети, и второго дифференцирующего элемента (ДЭ) 8, и вторую линию задержки (ЛЗ) 9, триггерный блок (ТБ)

10 первый и второй входы которого 30

1 подключены.к выходам ДЭ 4 и 8 соответственно; элемент сравнения (ЭС)

11, первый вход которого подключен к выходу ТБ 10, а второй — к выходу

ЛЗ 9; третью линию задержки (ЛЗ) 12,, своим входом подключенную к выходу

ДЭ 8," два счетчика импульсов (СЧ) 13 и 14, причем вход установки нулевого состояния СЧ 13 подключен к выходу

ЛЗ 12, а вход предварительной установки СЧ 14 — к выходу ДЭ 4; генератор импульсов эталонной длительности (ГЭ) 15, блок памяти (БП) 16, информационные входы которого подключены к выходу (СЧ) 13, а вход предварительной установки соединен с. выходом (ДЭ) 8; первый блок уставск (БУ) 17„ выходы которого подключены к информационным входам СЧ 14, блок комбинационного совпадения цифровых кодов (КС) 18, входы которого соецинены с выходами БП 16 и СЧ 14; первый блок формирования выходного сигнала 1БФВС)

19, состоящий из двух триггеров (Т)

20 и 21, на первый вход которо "o подключен выход ЛЗ 5, на второй — ДЭ 4„ на третий — выход блока KC !8 цифровых кодов, элемент ИЛИ 22, первый вход которого соединен с выходом

БАЕВО 19, второй вход — с выходом ЭС

)1, а выход подключен к первому исполнительному органу (ИО) 23, четвертую линию задержки (ЛЗ) 24, подключенную своим входом к выходу ДЭ 8, второй триггерный блок (ТБ) 25, первый и второй входы которого соединены с выходами (ЛЗ) 24, второй блок уставок (БУ) 26, третий счетчик (СЧ)

27, информационные входы которого соединены с выходами БУ 26, а вход предварительной установки — с выходом ДЭ 4, второй блок комбинационного совпадения цифровых кодов (КС) 28, первый вход которого соединен с выходом БП 16, а второй — с выходом СЧ

27, второй блок формирования выходного сигнала (БФВС) 29, выполненный из двух триггеров (Т) 30 и 31, и двух логических элементов И 32 и

33, к первому входу которого подключен выход ЛЗ 5, к второму — выход ДЭ

4, к третьему — выход второго блока комбинационного совпадения цифровых кодов, трехвходовой элемент И сравнения 34, первый вход которой подключен к выходу ТБ 25, второй — к выхо- r ду Т 31, а выход И 34 подключен к входу второго исполнительного органа (ИО) 35.

На вход БФИ б подается напряжение

U, сети, питающей двигатель, с выхода ПЭ 7 снимаются прямоугольные импульсы Пт, длительностью равные положительному голулериоду U>>. В соответствии с передним фронтом импульсов U ДЭ 8 вырабатывает короткие импульсы U, Данные импульсы с помощью ЛЗ 9, ЛЗ 12 и ЛЗ 24 задерживаются на заданное время. С помощью

ЛЗ 9 импульсы U задерживаются на время, соответствующее уставке защиты от асинхронного режима rro углу вылета ротора, (например, при усо тавке 3 =90 зто время равно 5 мс), с помощью ЛЗ 24 импульсы U> задерживаются на время, пропорциональное началу и концу зоны, в которой разрешена подача возб>"кдения, а с помощью

ЛЗ 12 на время„необходимое для правильнсй работы СЧ 13 и БП 16. Выходные сигналы с ИД 1 поступают на вход

ПЭ 3„ который вырабатывает прямоугольные импульсы U „ период следования которых пропорционален частоте вращения ротора, В соответствии с передним фронтом импульсов U> ДЭ 4 вырабатывает короткие импульсы U, кото3

143! рые с помощью ЛЗ 5 задерживается на заданное время, необходимое для функционирования БФВС 19 и БФВС 29. Генератор ГЭ 15 вырабатывает импульсы

5 эталонной длительности, число которых подсчитывается с помощью счетчиков СЧ 13, СЧ 14 и СЧ 27. Блок памяти БП 16 служит для запоминания числа импульсов, накопленных счетчиком СЧ

13 в течение измерительного периода °

Работой счетчика СЧ 13 и блока памяти БП 16 управляют выходные импульсы

1О

ДЭ 8 и ДЗ 12, а счетчиков СЧ 14 и

СЧ 27 — выходные импульсы ДЭ 4 соответственно. С приходом короткого имlS пульса U на вход БП 16 осуществляетЬ ся считывание импульсов, накопленных в счетчике СЧ 13 в течение предыдущего периода измерения. Выходной импульс ЛЗ 12 U, осуществляет обнуление счетчика СЧ 13. Момент обнуления

20 счетчика СЧ 13 соответствует окончанию предыдущего и на:алу текущего периода измерения, Число импульсов, хранящихся в блоке памяти БП 16, зависит от периода частоты напряжения сети, соответствующего предьдущему периоду измерения, В свою очередь, число импульсов, накопленных счетчиками СЧ 14 и СЧ 27, соответствует фактическому периоду частоты вращения ротора, определенному во время текущего периода измерения. Число импульсов, хранящихся в БП 16 и накопленных счетчиками СЧ 14 и СЧ 27, сравнивается с помощью комбинационных схем совпадения цифровых кодов

КС 18 и КС 28. При синхронной работе ся в БП 16, равно числу импульсов, накопленных счетчиками СЧ 14 и СЧ ?7 за вычетом некоторого числа импульсов заданного блоками уставок БУ 17 и 26 соответственно. В случае появления асинхронного режима ротор двигателя начинает тормозиться, Вследствие этого, период следования выходных импульсов ИД 1, а также ПЭ Зи

ПЭ 4 будет увеличиваться. В результате этого будет возрастать и число импульсов, накопленных счетчиками

СЧ 14 и СЧ 27. При равенстве цифровых кодов на выходах блока памяти

БП 16 и счетчиков СЧ !4 и СЧ 27, на выходах комбинационных схем совпадения цифровых кодов КС 18 и КС 28 появляются короткие импульсы !! и Uzs

5S двигателя,.число импульсов, хранящих- gp

002

При этом выходной сигнал 1.,> формируется, если те.гнущее значение скольжения ротора равно или больше величи ны уставки заданной в виде цифрового кода с помощью блока БУ 17. Выходной сигнал U,8 ôoðìèpóåòñÿ, если текущее значение скольжения ротора равно или меньше величины уставки заданной в виде цифрового кода с помощью блока БУ 26.

Во время синхронной работы двигателя, когда импульсы U 8 не формируют, триггер Т 20 в кажпом измерительном периоде устанавливается импульсами U в единичное, а триггер

Т 21 импульсами U в нулевое состояние. При нарушении синхронизма триггер Т 20 импульсом 11,> будет опрокидываться в нулевое состояние, а триггер Т 21 с приходом импульса U

4 в единичное состояние, подавая управляющий сигнал ка первый исполнительный орган ИО 23.

При очень медленном изменении скорости вращения ротора период следования серии трех импульсов Uz (соответствующих предшествующему IJ текущему периодам измерепия} может изменяться столь незначительно, что счеччиком СЧ 14 не будет достигнуто число импульсов, превышающее число импульсов,храняшихся в БП 6ка величину уставки первого блока уставок БУ 17, В этом случае, однако, будет увеличиваться угол вылета ротора Р „ В результате этого задний фрон виходного иж ульса триггерного блока TE 10 будет изменять свое положение относительно импульса U . При превышении углом Г заданной уставки выходные импульсы ТБ 10 U,ди . 1З 9 U совпадут, что приведет к срабатыванию ЭС 11, Выходной сигнал ЭС 11 через элемент

ИЛИ 22 поступасг на вход исполнительного органа ИО 23, который осуществляет контактный выход устройства.

Таким образом, первый исполнительный орган ИО 23 срабатывает при превышении скольжения или углом вылета ротора заданных величин уставок.

Если нарушение синхрокизма вызвано кратковременным нарушением питания по цепи статора, представляется целесообразным произвести ресинхронизацию. В этом случае первый исполнительнь|й орган ИО 23 воздействует на отключение и гашение поля двига1431ОО2

10

45

55 теля, После восстановления питания двигателя по цепи статора, например после успешного АПВ или АВР, двигатель переходит в режим асинхронного пуска с последующей ресинхронизацией.

По мере увеличения частоты вращения ротора период следования выходных импульсов ИД 1, а также ПЭ 3 и

ДЭ 4 будет уменьшаться, При достижении величины скольжения, заданной в виде цифрового кода блоком уставок

БУ 26, число импульсов, накопленных

СЧ 27 будет равно числу импульсов, хранящихся в блоке памяти БП 16. В этом случае на выходе комбинированной cxBMbl совпадения цифровых кодов будет формироваться сигнал "1" Б

Когда выходные импульсы КС 28 поступают на вход БФВС 29, на выходе последнего устанавливается сигнал

11О! t

Это достигается следующим образом, В начале каждого.измерительного периода триггер Т 30 импульсом U< с ЛЗ 5 устанавливается в единичное состояние, открывая прохождение выходному импульсу ДЭ 4 через логический элемент И 32 на вход R установки нуля триггера Т 31, Если единичный сигнал с выхода КС 28 не поступит в течение этого измерительного периода на вход

R триггера Т 30, то по окончании этого измерительного периода триггер Т

31 будет устанавливаться в нулевое состояние импульсом ДЭ 4 U, При поступлении единичного выходного сигнала с выхода КС 28 на вход R триггера Т 30, свидетельствующего о снижении в процессе ресинхронизации скольжения до заданной величины, последний будет устанавливаться в нулевое состояние, открывая прохождение выходному сигналу ДЭ 4 U< через логический элемент И 33 на вход S установки

"1" триггера Т 31, Таким образом, после снижения величины скольжения ротора до заданной величины в процессе ресинхрони зации на выходе БФВС 29 устанавливается сигнал "1" U, поступающий на один из входов трехвходового элемента И 34.

С помощью четвертой линии задержки выходной сигнал с ДЭ 8 задерживается на время, соответствующее началу и концу диапазона углов 8, в котором разрешена подача возбуждения.

При поступлении на вход Я ТБ 25 сигнала с первого выхода ЛЗ 24 госледний устанавливается в единичное состояние, а при поступлении сигнала с второго выхода ЛЗ 24 на в.;од R ТБ

24 — в нулевое состояние.

При появлении единичных сигналов на всех трех входах И 34 от БФВС 29, ТБ 25 и импульса U4, отмечающего узловое положение ротора, на выходе его появляется сигнал, разрешающий срабатывание второго исполнительного органа ИО 35. Срабатывая, ИО 35 подает команду на включение возбуждения, При этом выполняются два условия: скольжение ротора меньше или равно заданному значению и угловое положение ротора таково, что подача возбуждения обеспечивает создание значения синхронизирующего момента, близкого к максимальному, Введение блока уставок БУ 26, счетчика СЧ ?7 и комбинационного блока совпадения кодов позволяют с высокой точностью определить период частоты вращения ротора (величину скольжения), не прибегая к установке дополнительных устройств в цепях возбуждения. Положительным эффектом при таком определении скольжения является отсутствие непосредственной электрической связи с цепями возбуждения, что повышает также безопасность обслуживания устройства.

Введение четвертой ЛЗ 24 с двумя выходами, а также ТБ 25 позволяет задавать в любых требуемых пределах диапазон углов о, в котором разрешена подача возбуждения, Это позволяет использовать данное устройство как с полупроводниковыми, так и с электромашинными возбудителями.

Фор мула и з об р е т е ни я

Устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима по авт.св. ¹ 1317544, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены второй триггерный блок, второй блок уставок, третий счетчик импульсов, трехвходовой элемент И, четвертая линия задержки, подключенная своим входом к выходу второго дифференцирующего элемента, второй триггерный блок первым и вторым входом подклн>чен к выходам четвертой линии задержки, информационные входы третьего счетчика импульсов подключены к выходам второго блока уставок, вход предварительной уставки подключен к выходу первого дифференцирующего элемента, а счетные входы подключены к выходу генератора импульсов эталонной длительности, второй блок комбинационного совпадения кодов, входы которого подключены к выходам блока памяти и третьего счетчика импульсов, второй блок формирования выходного сигнала, первый вход которого

1431002 подключен к выходу первой линии задержки, второй вход подключен к выходу первого дифференцирующега элемента, а третий вход подключен к инверсному выходу второго блока комбинационного совпадения цифровых кодов, первый вход трехвходового элемента

И подключен к выходу второго триггерного блока, второй — к выходу первого дифференцирующего элемента, а третий — к выходу второго блока формиро- вания выходного сигнала, второй исполнительный орган, своим входом под1á ключенный к выходу трехвходового элемента И.

1431002

Рие. 2

Составитель А.Сигайлов

Техред М.Дидык Корректор О.Кравцова. Редак то р М . То в тин

Заказ 5347/53

Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4