Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки

(19) (11) 7/085 7/08- 1.ч Я 5с,гг ч 1;11801 Е В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССпО делАм изОБРетений и ОткРытОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровоэостроения(56) Могилевский Г,В. и др. Бесконтактные устройства защиты для низковольтных электрических аппаратов. М.;Энергия, 1971.Авторское свидетельство СССР У 693503, кл. Н 02 Н 7/085, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ(57) Изобретение относится к схемамзащиты электрооборудования от пере"грузки по току или напряжению. Цельюизобретения является повышение быстродействия и надежности. Цель достигается введением в устройство двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы. Задержкав срабатывании исполнительного органпо сравнению с прототипом уменьшаетсболее чем в три раза, что снижаетперегрев и увеличивает срок службыоборудования при перегрузках, 2 ил.Изобретение относится к схемамзащиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению.Цель изобретения - повышение быст 5родействия и надежности.В предлагаемом устройстве отличительный признак проявляет новые свойства, а именно, значительно повышаетбыстродействие срабатывания исполнительного органа за счет отсутствиядлительного спада вершины импульса.На фиг, 1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в различных точках 15схемы устройства.Устройство содержит датчик 1 контролируемой величины, например датчиктока или напряжения, выход которогоподключен к входу преобразователя 2 20постоянного напряжения в импульсное,скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемогосигнала, например однотактный магнитный усилитель с внутренней обратной 25связью,Выход преобразователя 2 подключенна вход элемента 3 сравнения, например, логический элемент ИЛИ с двумявходами. К другому входу элемента 3сравнения подключен выход преобразователя 4 опорной скважности, котораяустанавливается задатчиком 5, например, потенциометром, подключеннымк источнику постоянного напряжения,Преобразователи 2 и 4 питаются отисточника 6 переменного напряжения,например транзисторный преобразователь, построенныйпо схеме трансформаторного мультивибратора.Выход элемента 3 сравнения подключен к счетному входу триггера 7, Выходы триггера 7 подключены к входамуправляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного 45напряжения в переменное прямоугольнойформы. Выход преобразователя 8 подключен через выпрямитель 9, напримердиодный пост, к входу исполнительного органа 10, представляющего 50собой полупроводниковый релейныйусилитель. Прямойи инверсный фвыходы триггера 7 подключены соответственно к базам транзисторов 11и 12 преобразователя 8, в коллекторные цепи которых включены первичныеполуобмотки трансформатора 13. Эмиттеры транзисторов 11 и 12 соединенымежду собой и подключены к одному выводу источника питания преобразователя. Второй вывод питания подключается к преобразователю 8 через токо- ограничивающий резистор 15. Выходная обмотка 14 трансформатора 13 подключена на вход выпрямителя 9.Параметры трансформатора транзис" торного преобразователя должны быть связаны с периодом напряжения источника переменного напряжения и допустимой длительностьюкратковременного всплеска контролируемой величины соотношения2 И ЯВТИс 6 1Поитгде Т - половина периода напряженияисточника переменного напряжения;АС - допустимая длительностьЬкратковременного всплескавеличины контролируемогопараметра;Ч Яи В- соответственно число витков половины первичной обмотки, сечение сердечника и индукция выходного трансформатора транзисторного преобразователя,Устройство работает следующим образом.Переменное напряжение Б источника 6 поступает на входы преобразователей 2 и 4. Задатчиком 5 устанавливают скважность импульсов напряжения П преобразователя 4, соответствующего требуемой уставке защиты. Напряжение ние Б, с датчика 1 создает на выходе преобразователя 2,скважность импуль-. сов, соответствующую величине конт-. ролируемого сигнала. Импульсы напряжений с выходов преобразователей 2 и 4 сравнивают в элементе 3 сравнения. Сигнал П с выхода элемента сравнения подают на счетный вход триггера 7, Если величина сигнала П с выхода датчика 1 не достигла уровня уставки, сумма длительностей импульсов П и Б с выхода преобразователей 2 и 4 будет меньше длительности половины периода напряжения П источника 6 переменного напряжения. Вследствии этого, напряжение Б с выхода элемента 3 сравнения будет представлять собой последовательность прямоугольных импульсов, которыми триггер7 периодически опрокидывается из одного устойчивого состояния в другое. Импульсйые напряжения с выходов(Бц ) и(У) триггера 7 поступают на входы (базы транзисторов 11 и 12) управляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного напряжения (например, от источника питания устройства) в перемен ное прямоугольной формы.При этом поочередно через половину периода переключаются транзисторы 11 и 12. Напряжение источника питания прикладывается попеременно то к од ной, то к другой половине первичной обмотки трансформатора 13. В сердечнике трансформатора 13 создается переменный магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке 14 20 переменное напряжение Пп прямоугольной формы, половина периода которого будет равна длительности импульсов П и Н переключений триггера 7, если выполняется соотношение 252 Ч 8 ВэТ (Тг цпитНапряжение П поступает на вход выпрямителя 9, а величина выпрямленного запирающего напряжения У 9 с выхода выпрямителя 9 используется для удержания исполнительного органа 10 в отключенном состоянии. Благодаря прямоугольности импульсов П35 напряжение на выходе выпрямителя 9 не нуждается в дополнительном сглаживании фильтром,Когда величина сигнала О, с дат чика 1 достигает уровня уставки,.сумма длительностей импульсов напряжений П и П преобразователей 2 и 4 становится больше или равна длительности половины периода напряжения П источника 6 переменного напряжения.В результате этого напряжение Уп на выходе элемента Э сравнения становится постоянным, а триггер 7 остается в одном из устойчивых состояний, 50 Транзисторы 11 и 12 в преобразователе 8 остаются в одном из устойчивых состояний, трансформатор 13 в преобразователе 8 насьпцается и напряжения на выходе преобразователя 8 выпрямителя 9 равны нулюОсутствие запирающего напряжения У . на выходевыпрямителя 9 приводит к срабатыванию исполнительного органа 10. Момент исчезновения запирающего напряжения П определяется моментом насыщения сердечника трансформатора 13. Длительность задержки Ай, в этом случае определяется промежутком времени между моментом превьппения контролируемым напряжением величины уставки и моментом насьпцения трансформатора, Допустимую длительность задержки Ьв этом случае определяют исходя из условия необходимой помехоустойчивости устройства к пбявлению случайных кратковременных всплеСков контролируемого тока или напряжения, которые не вызывают повреждения электрооборудования или заметного снижения его ресурса.При появлении в контролируемом напряжении П такого импульса сумма длительностей импульсов с преобразователей 2 и 4 становится бояьше полу- периода напряжения источника 6 питания, Это вызывает кратковременное удлинение импульса с выхода элемента Э сравнения, отсутствие одного или нескольких опрокидываний триггера 7. Но если трансформатор не насытится, то это не вызывает исчезновения напряжения на выходной обмотке 14 трансформатора 13.Таким образом, можно связать допустимую длительность задержки Ьд с параметрами трансформатора 13.Исходя из закона электромагнитной индукции можно определитьЙВц: - Я У.пнг дИнтегрируют и получают выражениеБ ИйВпитОтсюда2 ВУ ЯЬ ,ж . Йю.мзад ц нас фгде ЬЙ, - интервал времени, в течение которого насыщается сердечник трансформатора 13.С другой стороны для обеспечениянормальной работы устройства должнособлюдаться условие, при которомполупериод источника 6 переменногонапряжения Т должен быть меньшеЬС ,. Отсюда, получают соотношение,которым связаны параметры трансфор") и где е, = Т - длительность импуль-,са, поступающего свыхода триггера навход дифференцирующейцепи. матора 13 с периодом источника 6переменного напряжения и допустимойдлительностью задержки д 1срабатывания устройства в случае появлениякратковременных случайных помех вконтролируемом сигнале 2 В И Б Т с дй.- ИП 3 ЗаА.Пит Технико-экономическое преимущество предлагаемого изобретения .в сравнении с известным заключается в повышении быстродействия и надежности срабатывания исполнительного органа устройства защиты.Задержка в срабатывании исполнительного органа йс в предлагаемом устройстве равна половине периода следования импульсов Т, с выхода триггера В известном техническом решении, в случае применения дифференцирующей цепи, задержка в срабатывании исполнительного органа д 1 равна где ь 1 - задержка в срабатыванииисполнительного органа визвестном техническом решении;- длительность спада вершиныаимпульса на выходе дифференцирующей цепи при переключении триггера в устойчивоесостояние. где Г " постоянная времени дифференцирующей цепи.Для функционирования известного устройства защиты необходимо, чтобы соблюдалось неравенство Тогда С ) 3 Т,или дЕ) Зь8 чДля повышения надежности устройства защиты на выходе выпрямителя устанавливают фильтр, от чего еще большеувеличивается задержка на срабатывание исполнительного органа устройствазащиты из-за времени, необходимого , для разряда конденсатора фильтра.10 1В предлагаемом устройстве задержкав срабатывании исполнительного органа по сравнению с известным устройством уменьшается более, чем в 3 раза,следовательно, использование предлагаемого устройства защиты значительноснижает перегрев и повышает. надежность и срок службы оборудования привозникновении перегрузок по току или 20 напряжению. Формула изобретения Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки, содержащееисточник переменного напряжения, выход которого подключен к первымвходам преобразователя постоянногонапряжения в импульсное, скважность З 0 которого изменяется в зависимостиот величины контролируемого сигнала,и преобразователя опорной скважности,к их вторым входам подключены соответственно выходы датчика контролиру- ЗБ емой величины и задатчика скважности,выходы преобразователя постоянногонапряжения в импульсное, скважностькоторого изменяется в зависимости отвеличины контролируемого сигнала, и 40 преобразователя опорной скважностиподключены к соответствующим входамэлемента сравнения, выход которогоподключен к счетному входу триггера,выпрямитель, выход которого подключен 45 к входу исполнительного органа,. о тл и ч а ю щ е е с я гем, что, сцелью повышения надежности и быстродействия, в него дополнительно вве:ден двухтактный транзисторный преоб разователь постоянного напряжения впеременное прямоугольной формы, со"держащий первый и второй транзисторы,токоограничивающий резистор и трансформатор, при этом базы первого и 56 второго транзисторов являются входамитвухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения впеременное прямоугольной формы и подключены соответственно к прямому и1365233 Составитель К. ШилаРедактор Л. Зайцева Техред Л.Сердюкова тор Л, Пилипе Заказ 6649/50ВН енно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,оектная, 4 Производ инверсному выходам триггера, эмиттеры упомянутых транзисторов соединены между собой и подключены кпервому выводу источника питанияпреобразователя, коллекторы - соответственно к началу и концу первичТираж 649 ИИПИ Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушсной обмотки трансформатора, средняяточка которой через ограничительныйрезистор подключена к второму выводуисточника питания преобразователя,ба вторичная обмотка трансформатораподключена к входам выпрямителя,Подписноомитета СССРткрытийя наб., д, 4/5