Устройство комбинированной защиты трехфазных нагрузок

 

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в защитных устройствах трехфазных симметричных (асинхронных электродвигателей) и несимметричных нагрузок. Цель, достигаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей и увеличении показателей надежности устройства защиты. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве, содержащем исполнительный орган 34 и исполнительный элемент 33, датчик выполнен в виде трансформаторов тока 1, 2 с резистивной нагрузкой 27, которое в аварийном режиме воздействует на исполнительный механизм и исполнительный орган, создавая перегрузочную характеристику (т. е. зависимость времени перегрузки от ее кратности) гиперболического типа. При этом компаратор и спусковое устройство могут быть выполненными на дискретных КМОП-элементах цифровой логики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в защитных устройствах трехфазных симметрических и несимметрических нагрузок.

Известно устройство комбинированной защиты [1] содержащее датчик тока, исполнительный элемент и исполнительный орган, в которых в качестве задающего элемента используются RC-цепь, а в цепи управления исполнительным органом является стабилитрон.

Недостатком такого устройства является невозможность защиты при несимметричной сети или нагрузке, дискретность установки кратности перегрузки, значительное влияние на точность срабатывания технологических разбросов элементов, входящих в токозадающие цепи.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство комбинированной защиты [2] содержащее исполнительный орган, включенный в каждую из фаз сети, датчик перегрузки, включенный в одну из фаз, устройство управления, выполненное на операционных усилителях, и исполнительный элемент, воздействующий на исполнительный орган.

Недостатком известного устройства является отсутствие регулировки защиты (жестко фиксируется отношение минимального тока к максимальному), невозможность защиты при несимметричных режимах, отсутствие контроля состояния нагрузки, большое собственное потребление энергии на мощных резистивных делителях, сложность устройства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение показателей надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем исполнительный орган, включенный в каждую из фаз сети, датчик перегрузки, блок управления, исполнительный элемент, датчик перегрузки включен в две из трех фаз, выполнен в виде трансформаторов тока с резистивной нагрузкой, подключенный к двум схемам выпрямления, блок управления выполнен в виде стабилизатора напряжения с последовательно включенным в потенциальный положительный входной вывод первым ограничительным резистором, трех делителей напряжения, подключенных одними выводами к общему выходному отрицательному выводу стабилизатора напряжения, другими соответственно к выводу первого ограничительного резистора, соединенного с конденсатором первого сглаживающего фильтра, и положительному выводу конденсатора времязадающей цепи, компаратора, первый вход которого подключен через второй ограничительный резистор к потенциальному положительному выводу стабилизатора напряжения, второй к RC-фильтру, подключенного к выходу первого пассивно-резистивного делителя, выход упомянутого компаратора подключен к входу первого ключа, являющегося элементом активно-резистивного делителя, эмиттер транзистора которого подключен к общему отрицательному выходному выводу, выход упомянутого ключа подключен к времязадающей цепи, содержащей коллекторный резистор первого ключа, резистор, подключенный параллельно цепи разряда, содержащей последовательно включенный резистор и диод, и конденсатор, подключенный положительным выводом к точке соединения упомянутых резистора и анода диода цепи разряда, отрицательным к общему выходному отрицательному выводу стабилизатора напряжения, параллельно конденсатору включен второй пассивно-резистивный делитель, выход которого через спусковое устройство подключен к входу второго ключа, эмиттер которого подключен к общему отрицательному выходному выводу стабилизатора напряжения, в цепи коллектора первым выводом включен исполнительный элемент, второй вывод которого подключен к положительному выводу конденсатора второго сглаживающего фильтра, причем контакты исполнительного элемента включены в цепь исполнительного органа.

Кроме того, устройство отличается тем, что компаратор выполнен на двух элементах И-НЕ, входами которого являются вход первого элемента, выходом - точка соединения между первым и вторым элементами, выход которого подключен к через третий ограничительный резистор к второму входу первого элемента, являющегося вторым входом коммутатора, спусковое устройство выполнено на двух инверторах, между выходом второго и входом первого установлен четвертый ограничительный резистор, а к выходу второго элемента компаратора через пятый ограничительный резистор подключена входная цепь третьего ключа, эмиттер которого подключен к отрицательному выходу стабилизатора, коллектор через шестой ограничительный резистор и светодиод к положительному входу стабилизатора.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием новых узлов и связей (например, компаратор, новый датчик, спусковое устройство) и связями с остальными узлами и элементами.

Таким образом, заявленное устройство является новым, т.к. неизвестно из уровня техники.

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что при введении новых узлов с указанными связями с остальными элементами появляются новые свойства, такие как расширение функциональных возможностей и повышенная надежность.

Это позволяет сделать вывод от том, что техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для авторов оно явным образом не следует из уровня техники.

На фиг. 1 изображена структурно-принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 график зависимости времени срабатывания защиты t от кратности перегрузки к=I_п/I_ном.

Устройство содержит два датчика тока 1, 2, включенных в любые две из трех фаз нагрузки и нагруженных на резисторы 3, 4, являющихся входами двух схем выпрямления (одно или двухполупериодных, например, схемы Греца) 5, 6, соединенных параллельно первому сглаживающему фильтру 7, в силовую шину через первый ограничительный резистор 8 подключен стабилизатор напряжения 9, (например, параметрический стабилизатор с усилительным транзистором), выход которого подключен к второму сглаживающему фильтру 10, к суммарному источнику, т. е. к положительному выводу конденсатора 7 и общему отрицательному выходу стабилизатора напряжения, подключен первый пассивно-резистивный делитель 11, выход которого соединен с RC-фильтром, состоящим из элементов 12, 13, точка соединения которых является вторым входом компаратора 14, первый вход которого через второй ограничительный резистор 15 подключен к положительной потенциальной шине стабилизатора напряжения 9. Компаратор 14 может быть выполнен, например, на двух элементах И-НЕ 16, 17, входами которого являются входы первого элемента, выходом точка соединения между первым и вторым, и между выходом второго элемента 17 и вторым входом первого установлен третий резистор 18. Выход компаратора 14 подключен через резистор 19 к входу первого ключа на транзисторе 20, являющегося элементом активно-резистивного делителя совместно с резистором 21, выход ключа 20 подключен к времязадающей цепи, содержащей элементы 21 25.

Элементы 23, 24 представляют собой цепь разряда, первый вывод резистора 21 подключен к положительной (потенциальной) выходной шине (выходу) стабилизатора напряжения 9, второй вывод к коллектору первого ключа 20 и точке соединения первых выводов резисторов 22, 23, второй вывод резистора 23 подключен к катоду диода 24, анод которого подключен к второму резистору 22 и положительному выводу конденсатора 25, отрицательный вывод которого совместно с эмиттером первого ключа 20 подключен к общей шине выходу стабилизатора напряжения 9. К конденсатору 25 подключен второй пассивно-резистивный делитель 26, выход которого связан с входом спускового устройства 27, содержащего, например, два инвертора 28, 29, между выходом второго инвертора 29 и входом первого установлен четвертый резистор 30, выход спускового устройства через резистор 31 подключен к входу второго ключа 32, подключенного к положительному потенциальному выходу стабилизатора напряжения 9, причем эмиттер второго ключа 32 подключен к общей выходной отрицательной шине (выходу) стабилизатора напряжения 9, в выходной цепи ключа 32 включен исполнительный элемент 33, воздействующий на исполнительный орган 34, например магнитный пускатель, и отключающий нагрузку 35.

Для контроля и сигнализации установлен третий ключ 36, входная цепь которого через пятый резистор 37 подключена к выходу второго элемента 17 компаратора 14, выходная через шестой резистор 38 и светодиод 39 к потенциальному выходу источника стабилизированного напряжения, т.е. положительному выходу стабилизатора.

Для уменьшения токопотребления в качестве элементов 16, 17, 28, 29 могут использоваться элементы КМОП-логики (например, К561ЛА7), не требующие стабилизированного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы через трансформаторы тока 1 и 2 проходит ток, не превышающий нормального значения I_ном, устройство защиты находится в дежурном режиме, потребляя при этом минимальное количество энергии. Напряжение на нагрузочных резисторах 3, 4 трансформаторов тока 1, 2 таково, что напряжение на нижнем плече делителя 11 недостаточно для включения компаратора 14 и на выходе его сигнал лог. 1 открывает ключ на транзисторе 20. Конденсатор 25 через разрядную цепь 23, 24 полностью разряжен. Спусковое устройство 27 находится в положении, при котором ключ на транзисторе 32 закрыт, исполнительный элемент 33 отключен, исполнительный орган 34 включен и нагрузка 35 подключена к трехфазному напряжению. На выходе элемента 17 компаратора 14 сигнал лог. 0, ключ 36 закрыт и светодиод 39 отключен, т.е. не светится.

В аварийном режиме работы, когда через трансформаторы тока 1, 2 или одного их них проходит ток, больший I_ном, увеличивается напряжение на резисторах 3, 4, зависящее от величины тока нагрузки. Увеличивается напряжение на нижнем плече делителя 11, и при достижении определенного порога закрывается ключ на транзисторе 20. Аналогичное напряжение подается на времязадающую цепь 21, 22, 25. Время заряда конденсатора 25 будет определяться величиной входного напряжения, т.е. реализуется обратная зависимость времени заряда от кратности перегрузки: чем больше ток перегрузки, тем меньше время заряда элемента 25. Если же за время заряда конденсатора напряжение на нижнем плече делителя 11 стало ниже порога срабатывания (U_пор), например уменьшилась нагрузка, закончился запуск электродвигателя, то компаратор 14 переходит в исходное состояние и конденсатор 25 быстро разряжается через элементы 23, 24 и открытый ключ 20. Если напряжение продолжает превышать U_пор, то конденсатор 25 заряжается до уровня, задаваемого верхним плечом делителя 26, при котором срабатывает спусковое устройство 27, включая ключ на транзисторе 32 и исполнительный элемент 33, который, воздействуя на исполнительный орган 34 отключает нагрузку 35 от трехфазной сети. Одновременно включается ключ на транзисторе 36 и сигнал с элемента 39 свидетельствует об аварийном состоянии нагрузки.

Формула изобретения

1. Устройство комбинированной защиты трехфазных нагрузок, содержащее исполнительный орган, включенный в каждую из фаз сети, датчик перегрузки, блок управления и исполнительный элемент, отличающееся тем, что датчик перегрузки включен в две из трех фаз, выполнен в виде трансформаторов тока с резистивной нагрузкой, подключенной к двум схемам выпрямления, блок управления выполнен в виде стабилизатора напряжения с последовательно включенным в потенциальный положительный входной вывод первым ограничительным резистором, трех делителей напряжения, подключенных одними выводами к общему выходному отрицательному выводу стабилизатора напряжения, другими соответственно к выводу первого ограничительного резистора, соединенного с конденсатором первого сглаживающего фильтра, и положительному выводу конденсатора времязадающей цепи, компаратора, первый вход которого подключен через второй ограничительный резистор к потенциальному положительному выходу стабилизатора напряжения, второй к RC-фильтру, подключенному к выходу первого пассивно-резистивного делителя, выход упомянутого компаратора подключен к входу первого ключа, являющегося элементом активно-резистивного делителя, эмиттер транзистора которого подключен к общему отрицательному выходному выводу, выход упомянутого ключа подключен к времязадающей цепи, содержащей коллекторный резистор первого ключа, резистор, подключенный параллельно цепи разряда, содержащей последовательно включенные резистор и диод, и конденсатор, подключенный положительным выводом к точке соединения упомянутых резистора и анода диода цепи разряда, отрицательным к общему выходному отрицательному выводу стабилизатора напряжения, параллельно конденсатору включен второй пассивно-резистивный делитель, выход которого через спусковое устройство подключен к входу второго ключа, эмиттер которого подключен к общему отрицательному выходному выводу стабилизатора напряжения, в цепи коллектора первым выводом включен исполнительный элемент, второй вывод которого подключен к положительному выводу конденсатора второго сглаживающего фильтра, причем контакты исполнительного элемента включены в цепь исполнительного органа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что компаратор выполнен на двух элементах И-НЕ, входами которого являются входы первого элемента, выходом - точка соединения между первым и вторым, выход которого подключен через третий ограничительный резистор к второму входу первого элемента, являющемуся вторым входом компаратора, спусковое устройство выполнено на двух инверторах, между выходом второго и входом первого установлен четвертый ограничительный резистор, а к выходу второго элемента компаратора подключена через пятый ограничительный резистор входная цепь третьего ключа, эмиттер которого подключен к отрицательному выходу стабилизатора, а коллектор через шестой ограничительный резистор и светодиод к потенциальному положительному выходу стабилизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2