Электромагнитный датчик для бесконтактного реле максимального тока

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (tt) 5lbl43

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.10.73 (21) 1966183 07 (51) М. Кл, - Н 02Н 3, 18

Ci 01R 19/00

Н ОЗК 17/80

nв1((с (-д(t ((синем заявti.,(Vo

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621,316.925.43 (0SS.8) Опубликовано 30.05.76. Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 14.07.76 (72) Авторы изобретения

Г. В. Могилевский, В. E. Райнин и Л. И. Дик (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК

ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО РЕЛЕ

МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА

Изобретение относится к бесконтактным устройствам защиты сетей постоянного тока, в частности к направленным реле максимального тока.

Для ряда потребителей постоянного тока (машинные генераторы, ртутные и полупроводниковые выпрямители, инверторы и т. д.) возникновение обратного тока является аварийным режимом работы.

Известны элементы, реагирующие на величину и направление протекания тока, например датчики Холла, активные шунты, двухтактные (реверсивныс) магнитные усилители и т.д.

Существенным недостатком датчиков Холла и шунтов является низкий уровень сигналов, что с одной стороны ухудшает помехоустойчивость защиты, а с другой — вызывает необходимость усложнения систем усиления сигналов и, следовательно, понижает надежность.

Двухтактные быстродействующие магнитные усилители обладают приемлемым для устройства защиты запаздыванием (не более полпериода несущей частоты) . Недостатком их является необходимость питания цепей управления от источника напряжения, в качестве которого может быть использован только шунт, установленный в защищаемой цепи, что значительно усложняет монтаж и наладку защиты и повышает тепловые потери.

Наилучшими эксплуатационными и технологическими характеристиками обладают датчи5 ки, содержащие разомкнутую магнитную систему, охватывающую токоведущую шину и магнитный элемент с обмотками возбуждения, расположенный между полюсами указанной магHHTHo(I системы. Однако так(те датчики не10 чувствительны к полярности протека(ощего тока.

Целью изобретения является создание электромагнитного датчика для бесконтактного направленного реле максимального тока, определяющего не только величину, но и направление протекающего тока.

Эта цель достигается тем. что магнитный элемент датчика выполнен в виде трсхстержневой системы, на крайних стержнях которой

20 расположены обмотки возбуждения, а на среднем стержне, имеющем более высокое магнитное сопротивление, расположсна дополнительная обмотка.

На фиг. 1 изображен предложенный датчик;

25 на фиг. 2 — схема включения обмоток; на фиг. 3 — кривые изменения основных переменных величин в функции времени при прямоу(o;IbHQII форме петли гистерезиса матсриала магнитопровода.

516143

Между полюсами магнитной системы 1, которая охватывает токоведущую шину 2, расположен магнитный элемент 3, имеющий три параллельно включенных магнитопровода, на которых имеются обмотки 4, 5, 6. Средний магнитопровод имеет значительно большее, чем крайние магнитопроводы, магнитное сопротивление, или имеет воздушный зазор.

Магнитная система может быть выполнена также в виде тороидального сердечника с равномерно намотанной обмоткой и расположенного в середине тора прямоугольного магнитопровода с обмоткой.

Обмотки 4 и 5 включены между собой последовательно и согласно в цепь, состоящую из активного сопротивления — резистора 7— и генератора 8 переменного напряжения U прямоугольной формы (фиг. 2).

Принцип работы датчика основан на перераспределении магнитного потока в трехстержневой магнитной системе при намагничивании ее полем токоведущей шины постоянного тока и полем обмотки возбуждения, на которую подается переменное напряжение прямоугольной формы.

При отсутствии тока в шине переменный магнитный поток Ф, создаваемый обмотками

4 и 5, проходит только по крайним магнитопроводам, выполненным равного сечения и длины. Параметры генератора, магнитной системы и обмоток выбираются таким образом, чтобы амплитуда переменного магнитного потока была равна потоку насыщения Фн крайних магнитопроводов.

В этом случае в цепи генератора через резистор 7 протекает ток, пропорциональный ширине петли гистерезиса. Очевидно, что вследствие симметрии системы магнитный поток не проходит через средний магнитопровод и в обмотке 6 з.. д. с. не наводится.

При протекании тока в шине 2 через магнитную систему 1 и элемент 3 проходит постоянная составляющая магнитного потока

Фт, пропорциональная току. Вследствие этого происходит насыщение одного из крайних магнитопроводов. Для указанного на фиг. 1 направления потоков насыщается верхний магнитопровод. Это приводит к нарушению симметрии распределения потоков и магнитодвижущих сил и, следовательно, нарастания магнитного потока в среднем магнитопроводе, что вызывает появление на зажимах обмотки 6 импульса Е.

Одновременно на резисторе 7 появляется импульс напряжения, обусловленный увеличением тока i в цепи генератора 8 при насыщении одного из крайних магнитопроводов (см. фиг.

3, б).

При последующем переходе напряжения генератора 8 через нуль и нарастании переменной составляющей потока происходит восстановление магнитной симметрии. Вследствие этого поток в среднем магнитопроводе снижается до нуля, а на обмотке 6 возникает импульс э. д. с. обратной полярности.

При измепспи;i направления тока v, ш:шс ii. следовательно, потока с1); полярность импульсов в обмотке на среднем магнитопроводе соответственно изменяется (фиг. 3, в).

5 Таким образом, при изменении направления тока в шине величина и длительность протекания тока насыщения в цепи генератора 8 пе изменяется, а импульсы в обмотке 6 меняют знак на противоположный.

10 Для формирования сигнала, определяющего направление тока, применяется известная логическая схема, учитывающая полярность импульсов, снимаемых с обмотки 6 по отношению к импульсу напряжения на резисторе

15 7 (например, схема, приведенная на фиг. 2).

В этой схеме ток, проходящий по резистору 7, выпрямляется, а падение напряжения на резисторе 7 дифференцируется устройством

9, и полярность импульсов, полученных после

20 дифференцирования, сравнивается схемой 10 с полярностью импу,lhcoB) снимаемых с обмотки 6. Запаздывание работы бесконтактного направленного рсле максимального тока с электромагнитным датчиком не превышает по25 лупериода напряжения генератора 8.

При повышении тока происходит увеличение длительности насыщенного состояния крайнего магнитопровода, Измерение величины тока в шине производится путем преобра30 зования интервала протекания тока насыщения в цепи генератора 8 в напряжение известными методами.

Таким образом, предлагаемое реле совмещает в себе функции измерения величины то35 ка и определения его направления.

Для устранения ложных сигналов в обмотке 6 при резком нарастании тока в шине может быть использована дополнительная компенсационная обмотка, расположенная на

40 магнитной системе 1, включенная последовательно и встречно с обмоткой 6.

При некотором максимальном токе вследствие полного насыщения сердечника магнитным полем шины функционирование реле прекращается. Таким образом, реле имеет определенный диапазон токов, при которых обеспечивается фиксация направления. Для расширения диапазона токов сечение магнитной системы 1 выбирается таким образом, 50 чтобы она насыщалась раньше, чем магнитный элемент 3. Для устранения непосредственного намагничивания элемента 3 от поля шины используются магнитные экраны.

Формула изобретения

Электромагнитный датчик для бесконтактного реле максимального тока, содержащий

60 разомкнутую магнитную систему, охватывающую токоведущую шину и магнитный элемент с обмотками, расположенный между полюсами магнитной системы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональ65 ных возможностей, магнитный элемент выпол516ИЗ Риг.2 пеп в виде трехстержневой системы, на двух крайних стержнях которой расположены о ?мотки возбуждения, соединенныс между cGоой соосно и присоединенные к генератору, прямоугольных импульсов через мостовой выпрямитель и резистор, а на среднем стержне, пметоп,ем бо Icc высокое магнитное сопротивлснпс, ра;-положена дополнительная обмотка, которая вмссте с рсзпстором в цепи выпрямленного тока обмоток возбуждения присоедп5 ясна ко входу логической схемы совпадения, выход которой является выходом датчика.

Редактор В. Девятов

Составитель E. Калинин

Техред Е. Подурушина

Корректор А. Галахова

Заказ 1467/10 Изд. № 1392 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2