Устройство для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети

 

Устройство предназначено для выявления нарушения чередования и обрыва фаз трехфазной сети, что предотвращает повреждение нагрузки. Сущность изобретения заключается втом, что изфазных напряжений формируются прямоугольные импульсы, дифференцируются , и если продифференцируемый импульс находится в зоне последующего прямоугольного импульса, то сигнал на выходе исполнительного элемента отсутствует. При нарушении чередования фаз ,или обрыве какой-либо из них, продифференцированные импульсы не попадают в зону последующего прямоугольного импульса и на выходе исполнительного элемента появляется сигнал. 5 ил. ,

1830584 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ацл Н 02 Н 3/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2) 4852854/07 (22) 25.07.90 (46) 30.07.93. Бюл. М 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтного аппаратостроения (72) С.В. Дикань, А.Э, Машкович и В.Е, Райнин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1350736, кл, Н 02 Н 3/24, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧЕРЕДОВАНИЯ И ОБРЫВА ФАЗ ТРЕХФАЗНОЙ

СЕТИ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к полупроводниковым релейным устройствам трехфазного переменного напряжения, осуществляющим защитные отключения асинхронного электродвигателя при нарушении порядка чередования фаз в сети, приводящем к несанкционированному изменению направления вращения ротора электродвигателя, или при обрыве фазного провода в сети, приводящем к недопустимому перегреву электродвигателя, Целью изобретения является упрощение устройства, Именно дополнительное введение дифференцирующих цепей и двухвходовых элементов И по числу фаз так, что выходы формирователей-ограничителей каждой фазы через свои дифференцирующие цепи (57) Устройство предназначено для выявления нарушения чередования и обрыва фаз трехфазной сети, что предотвращает повреждение нагрузки. Сущность изобретения заключается етом, что изфазных напряжений формируются прямоугольные импульсы, дифференцируются, и если продифференцируемый импульс находится в зоне последующего прямоугольного; импульса, то сигнал на выходе исполнительного элемента отсутствует. При нарушении чередования фаз,или обрыве какой-либо из них, . Продифференцированные импульсы не попадают в зону последующего прямоугольного импульса и на выходе исполнительного элемента появляется сигнал. 5 ил.

\ подключены к первым входам элементов И, а выход формирователя-ограничителя предыдущей фазы соединен со вторым входом СО элемента И последующей фазы. выходы эле- (ц) ментов И каждой фазы c çäèíåíû со свои- (") ми входами элемента ИЛИ-НЕ, выход (Л которого подключен ко входу исполнительного элемента, достигается упрощение устpoйства.

На фиг.1 показана функциональная схема устройств для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети. и

На фиг,2 дан пример выполнения исполнительного элемента.

На фиг.3 — 5 показаны временные диаграммы напряжений устройства при различных режимах его работы.

Устройство (фиг.1) содержит три формирователя-ограничителя 1, входами поцклю1830584 ченные к клеммам соответствующих фаэ

А,B,C трехфазной сети переменного. тока, а выходами подключенные к входам соответствующих фазам дифференцирующих цепей 2, выходы которых подключены к первым входам соответствующих фазам двухвходовых элементов И 3, своими вторыми входами подключенных к выходам формирователей-ограничителей 1 предыдущих фаз, а выходами подключенных к своим входам трехвходового элемента ИЛИ-НЕ 4, выход которого соединен со входом исполнительного элемента 5;

Питание элементов схемы устройства производится постоянйыми напряжениями

+Е и -Е, формируемыми на выходах блока питания 6, входами подключенного к фазам сети А,В,С.

Исполнительный элемент 5 (фиг.2) содержит операционный усилитель (интегральную микросхему) 7, неинвертирующий вход (+) которого подключен к выходу формирователя опорного напряжения 8, а инвертирующий вход (-) подключен к выходу времязадающей RC-цепи 9 и через диод 10 подключен ко входу исполнительного элемента 5, причем входы формирователя опорного напряжения 8 и времязадающей

RC-цепи 9 подключены к шине питания с напряжением +Е, а цепи питания операционного усилителя 7 подключены к шинам питания с напряжениями +Е и -Е. Выход операционного усилителя 7 через резистор 11 подклюЧен к базе транзистора 12, соединенной с эмиттером и общей шиной питания (1) через диод 13. Коллектор транзистора 12 через параллельно соединенные катушку электромеханического реле 19 и диод 15 подключен к шине питания с напряжением+Е.

Формирователь опорного напряжения

8 содержит два последовательно соединенных резистора 16 и 17, точка подключения которого является его выходом. Времязадающая RC-цепи 9 содержит последовательно соединенные резистор 18 и конденсатор 19, точка подключения которых является ее выходом.

Работу устройства (фиг.1) характеризуют следующие режимы сети переменного тока: нормальный режим работы, когда напряжения присутствуют во всех трех фазах сети и соблюдается требуемый порядок чередования фаз (этот режим работы иллюстрируют временные диаграммы напряжений показанные на фиг;3); ненормальный режим работы, когда в сети нарушен порядок чередования фаз и на выходе устройства формируется сигнал отключения (этот режим работы иллюстрируют временные диаграммы напряжений показанные на фиг,4); ненормальный режим работы, когда в сети оборван один из фазных проводов и на выходе устройства формируется сигнал отключения (этот режим работы иллюстриру ют временные диаграммы напряжений показанные на фиг.5).

10 В нормальном полнофазном режиме работы, когда порядок чередования фаз в сети . правильный, устройство работает следующим образом. При поступлении на входы формирователей-ограничителей 1 фазных

15 напряжений Ia,lb,lc на их выходах появляются импульсы напряжений прямоугольной . формы 01д,01в,01с (индексация напряжений выполнена в соответствии с номером элемента и фазой сети) с длительностями

20 импульсов, равными полупериоду колебаний напряжения сети, Под действием выходных напряжений формирователейограничителей 1 на выходах дифференцирующих цепей 2 появляются (в моменты

25 смены полярности сетевых напряжений с отрицательной на положительную) импульсы напряжений 02д,02в,02с, имеющие короткую длительность, на порядок меньшую полупериода колебаний напряжения сети.

30 Импульсы напряжений 03A,Озв,Озс появляются на выходах, соответствующих фазам элементов И 3 при одновременном присутствии на их входах выходного напряжения положительной полярности форми35 рователя-ограничителя 1 предыдущей фазы и выходного напряжения дифференцирующей цепи 2 данной фазы.

Например, напряжение Озд на выходе элемента И 3 фазы А появится при одновре40 менном наличии на входах данного элемента напряжения положительной полярности

01С, формируемого на выходе формирователя-ограничителя 1 фазы С, и напряжения

02д, формируемого на выходе дифференци"5 рующей цепи 2 фазы А. Как видно из диаграмм на фиг.3, при нормальном режиме работы сети на выходах элементов И 3 всех, трех фаз присутствуют импульсы напряжений (Озд,Озв,Озс), сдвинутые друг относи50 тельно друга на треть периода колебаний напряжения сети„Эти импульсы объединяются по выходу и инвертируются с помощью элемента ИЛИ-НЕ 4 (см.напряжение 04).

Под действием импульсов напряжения

55 низкого. уровня U<, поступающего с выхода элемента ИЛИ-HE 4 на вход исполнительного элемента 5, в последнем через каждую треть периода колебаний напряжения сети открывается диод 10 и происходит разряд конденсатора 19 через элемент ИЛИ-НЕ 4.

1830584

При этом напряжение 01g (на конденсаторе

19 и на инвертирующем входе операционного усилителя 7) в нормальном режиме . работы сети за треть периода колебаний напряжения сети не успевает нарасти до напряжения U17 (на резисторе 17 и на неинвертирующем входе операционного усилителя 7), являющегося опорным напряжением операционного усилителя .7, В результате чего на выходе операционного усилителя 7 будет присутствовать положительное напряжение 07 высокого уровня, под действием которого транзистор 12 будет включен и через катушку реле 14 будет протекать ток, приводящий к срабатыванию реле 14 и замыканию,его контактов, Последнее сигнализирует о нормальном режиме работы контролируемой сети, а именно о правильном порядке чередования фаз и о наличии напряжений во всех трех фазах сети.

При нарушении нормальной работы сети; связанной с изменением порядка чередования фаз (например, если фазы В и С поменялись местами, см.фиг.4) устройство работает следующим образом. Импульсы напряжений положительной полярности на выходах формирователей-ограничителей 1

01д,01в,01с не совпадают теперь во времени с импульсами напряжений на выходах дифференцирующих цепей 2 соответствен-. но 02B,02с,02д. В результате импульсы напряжений положительной полярности

Озд.0зв,Озс на выходах элементов И 3 всех трех фаз отсутствуют, а на выходе элемента

ИЛИ-НЕ 4 постоянно будет присутствовать положительное напряжение высокого уровня 04, под действием которого диод 10 в исполнительном элементе 5 будет заперт.

Последнее приводит к тому,.что положительное напряжение 01g на конденсаторе

19 и на инвертирующем входе операционного усилителя 7 будет больше положительного напряжения 01т на резисторе 17 и на неинвертирующем входе операционного усилителя 7. В результате чего на выходе операционного усилителя 7 будет присутствовать напряжение 07 отрицательной полярности, под действием которого транзистор 12 будет заперт и, как следст,вие, катушка реле 14 будет обесточена, а контакты реле 14 будут разомкнуты (такое состояние контактов реле 14 сигнализирует. о ненормальном режиме работы контролируемой сети).

При нарушении нормальной работы сети, связанном с обрывом фазного провода в сети (например, фазы С), устройство работает {с учетом. того, что общая шина питания схемы устройства не соединена с нулевой точкой трехфазной сети) так (см,фиг.5). Напряжения Од и Ов в фазах А.и В теперь будут находиться в противофазе. При этом импульсные напряжения положительной полярности будут присутствовать на выходах формирователей-ограничителей 1 и диффе10 ренцирующих цепей 2 только в фазах А и В, причем напряженная 01А и 028 не будут соВ падать во времени. В результате чего будут отсутствовать положительные напряжения высокого уровня Озд,Озв,Озс на выходах элементов И 3 соответствующих фаз, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 4 постоянно бу15 дет присутствовать положительное напряжение 04 высокого уровня. Последнее. как это.уже говорилось для режима нарушения

20 чередования фаз, приводит к разомкнутому состоянию контактов реле 14, свидетельствующему о ненормальной работе контролируемой сети.

Если после нарушения нормальной ратакты реле 14 в устройстве автоматически замкнутся, 30 Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое устройство выполнено на более простых элементах, не обладаю-. щих памятью, и работает по.более простому алгоритму.

Формула изобретения

Устройство для контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети, содержащее

40 три формирователя-ограничителя, входы ко-. торых подключены к клеммам для соединения с фазами контролируемой сети, трехвходовый элемент ИЛИ вЂ” НЕ и исполнительный элемент, отл ича еще еся тем, что, с целью упрощения устройства, в него дополнительно введены дифференцирующие цепи и двухвходовые элементы И по числу фаз, при этом выходы формирователей-ограничителей каждой фазы через свою

50 дифференцирующую цепь подключены к первым входам элементов И, а выход формирователя-.ограничителя предыдущей фазы соединен с вторым входом элемента И последующей фазы, выходы элементов И

55 -каждой фазы соединены со своими входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу исполнительного элемента.

25 боты сети и размыкания контактов реле 15 порядок чередования фаз и полнофазный . режим в сети будут восстановлены, то кон1830584

Мв

0.9e

0 йв

Йв

Огс

0 йю о

Ив

Юа!

1830584, Ив

Угг

И.

0

Йс о

Ж. о

Составитель С. Дикань.

Редактор С. Коляда Техред .М. Моргентал Корректор Н, Милюкова

Заказ 2525 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101