Устройство для выявления потери питания электродвигателей

,дь" р, Я ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ.СВ О ЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 708463, кл. Н 02 1 9/06, 1978.Розенблюм Ф.М, Измерительные органы противоаварийной автоматики энергосистем. - М.: Энергоиздат, 1981, с.88.Шабад М,А. Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные двигатели, - Л,: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1984, с,46. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОТЕРИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к электротехни ке и предназначено для обнаружения факта потери питания мощных синхронных элект-. родвигателей при нарушении электроснабжения, Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности устройства для выявления потери питания электродвигателей за счет выявления признака потери питания в самом начале снижения частоты остаточного напряжения и отстроенности от переходных процессов. Для достижения цели в устройство дополнительно введен датчик 2 потери питания; содержащий формирователь 6 прямоугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов, первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики, счетчик 13, формирователи 9,10 коротких импульсов, дешифратор 22, расширитель 23 импульсов, элемент 24 выдержки времени, а также логические элементы И, ИЛИ, НЕ, ЗАПРЕТ, Работа датчика 2 основана на измерении разности последующего и предыдущего полупериодов входного напряжения. Длительность измеренной разности преобразуется в число импульсов тактовой частоты. При превышении числом импуль- а сов уставки в течение не менее трех сравниваемых полупериодов на выходе датчика появляется разрешающий сигнал, который, воздействуя наряду с типовой защитой ми. нимального напряжения на выходной орган, приводит в зависимости от применения либо к срабатыванию быстродействующего автоматического ввода резерва (АВР), либо- ф к отключению двигателей с целью их после дующего самозапуска при восстановлении ( 1 электроснабжения. 1 ил.Изобретение относится к электротехнике и предназначено для обнаружения факта потери питания мощных синхронных электродвигателей при нарушениях электроснабжения с целью осуществления быстродействующего включения резервного питания либо развозбуждения двигателей или их отключения с последующим самозапуском.Известен способ автоматического 10 включения резервного питания потреби елей, при котором потеря питания двигательной нагрузки выявляется по скорости снижения частоты напряжения основного источника. Известно также устройство (реле ускорения), реагирующее на скорость снижения частоты, принцип действия которого основан на дифференцировании ВС-цепью выходного сигнала от датчика частоты.К недостаткам известного устройства 20 относится низкая чувствительность и больстимо низком уровне,Известно также устройство блокировки автоматической частотной разгрузки по скорости снижения частоты, которое измеряет усредненную скорость изменения частоты в 30 интервале фиксированного промежутка времени.Недостатком данного устройства является отсутствие повторяемости действия в темпе процесса снижения частоты, возможность ложной работы при переходных процессах, а также недостаточное быстродействие, поскольку отсчет фиксированного промежутка времени необходимо начинать при частоте сети, заведомо меньшей частоты "зависания" в условиях дефицита активной мощности,например 48,5 Гц,Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что 45 в устройство для выявления потери питания электродвигателей, содержащее защиту минимального напряжения, выходом соединенную с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого совместно с выходом защиты минимального напряжения через первый элемент ИЛИ соединен с выходным органом, введен датчик потери питания, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, вход которого является входом датчика потери напряженйя и предназначен для подключения к источнику контролируемого напряжения, элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, два формирователя коротких импульсов, четыре эле 50 55 шая погрешность измерения, связанная с .трудностью дифференцирования при медленных изменениях частоты в контролируемой сети, а также возможность отказа в работе при "зависании" частоты на недопумента И, два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два реверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно соединенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого является выходом датчика потери питания, соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и с входом второго формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента Н Е и с входом второго формирователя коротких импульсов, выходы первого и второго формирователей соединены с входами второго элемента ИЛИ и с входами "Сброс" первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, выход первого элемента И соединен с входом прямого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета второго реверсивного счетчика и с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, с входом третьего элемента ЗАПРЕТ и с одним из входов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета первого реверсивного счетчика и с управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход "Сброс" которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ,На чертеже представлена блок-схема устройства для выявления потери питания электродвигателей,Устройство содержит защиту 1 минимального напряжения, датчик 2 потери питания, первый элемент ЗАПРЕТ 3, первыйэлемент ИЛИ 4 и выходной орган 5, Датчик2 содержит формирователь 6 прямоугольных импульсов, генератор 7 тактовых импульсов, элемент НЕ 8, первый 9 и второй10 формирователи коротких импульсов, 5 первый 11 и второй 12 реверсивные счетчики импульсов, счетчик 13 импульсов, третий14 и второй 15 элементы ЗАПРЕТ, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 элементы И, второй 20 и третий 21 элементыИЛИ, дешифратор 22, расширитель 23 импульсов и элемент 24 выдержки времени.На вход защиты 1 минимального напряжения и вход формирователя прямоугольных импульсов датчика 2 потери питания подается контролируемое йапряжение переменного тока ( "О). Выход защиты 1 минимального напряжения соединен с одним иэ входовэлемента ИЛИ 4.и с управляющим:входом элемента ЗАПРЕТ 3. Выход элемента ЗАПР.ЕТ 3 соединен с другим входом элемента ИЛИ. 4, а выход ИЛИ 4 связан с исполнительным выходным органом 5. Структурные связи датчика 2 потери питания следующие, Прямоугольные импульсы,полученные из синусоидального напряжения ( О) с формирователя 6, поступают навход формирователя 9 коротких импульсов, вход инвертирующего элемента НЕ 8 и наодин из входов элемента И 16. Инверсные прямоугольные импульсы с выхода элемента Н Е 8 подаются на вход формирователя 10 коротких импульсов и адин из входов элемента И 17. На другие входы элементов И 16,17 подаются, высокочастотные заполняющие импульсы опорной частоты от генератора 7 тактовых импульсов, Высокочастотные импульсы периодически с интервалом, равным положительному палупериоду контралируемого напряжения ( О), с выхода элемента И 16 подаются на вход прямого счета счетчика 11 импульсов, на вход элемента ЗАПРЕТ 15 и один из входов элемента И 19. Высокочастотные импульсы вотрицательный полупериод ( О) с выходаэлемента И 17 подаются на вход прямого счета счетчика 12 импульсов, вход элемента ЗАПРЕТ 1.4 и один из входов элемента И 18. С выхода формирователя 9 короткие одиночные импульсы, сформированные на. фронте входного сигнала, попадают на вход "Сброс" счетчика 11 и на один из входов элемента ИЛИ 20, Такие же короткие импульсы с выхода формирователя 10 поступают на другой вход элемента ИЛИ 20 и вход "Сброс" счетчика 12. С выхода элемента ЗАПРЕТ 15, когда он открыт, заполняющие импульсы подаются на вход обратного (вычитающего) счета реверсивного счетчика 12. На аналогичный вход обратного счета 1015202530 35404550 счетчика 11 поступают импульсы с выхода элемента ЗАПРЕТ 14. С выхода счетчика 12 в момент окончания обратного счета подается сигнал на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 15, запирающий его. а также на другой вход элемента И 19. С выхода счетчика 11 такой же сигнал поступает на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 14 и вход элемента И 18. С выходов элементов И 18,19 не вмещенные в счетчики заполняющие импульсы подаются на входы элемента ИЛИ 21, с выхода которого зти импульсы поступают на счетный вход счетчика 13; Обнуление счетчика 13 происходит от коротких импульсов, поступающих с выхода элемента ИЛИ 20 на вход "Сброс" счетчика 13. Информационные выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 22, выполняющего функцию стандартного, элемента "Логический порог". Импульсы а выхода дешифратора 22 подаются на вход расширителя 23 импульсов, преобразуются в непрерывный сигнал и с выхода расширителя 23 поступают на вход элемента 24 выдержки времени. Сигнал с выхода элемента 24, являющийся выходом датчика 2 потери питания, управляет работой выходного органа 5, поступая на вход элемента ЗАПРЕТ 3.Функциональные блоки устройства работают следующим образом.Защита 1 минимального напряжения срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал при понижении контролируемо-. го напряжения ниже заданной уставки. От этого сигнала через элемент ИЛИ 4 срабатывает выходной орган 5 и одновременно с помощью. элемента ЗАПРЕТ 3 блокируется работа датчика 2 потери питания; Выходной орган в зависимости от конкретного случая применения данного устройства может запускать АВР, отключать двигатели с последующим их самозапуском, гасить поле синхронного двигателя или блокировать работу АЧ Р. Датчик 2 потери питания ускоряет работу выходного органа 5 в случае, если к шинам подключены синхронные электродвигатели. При потере питания синхронные двигатели работают в режиме аыбега, генерируя напряжение, скорость снижения частоты которого выше 10 Гц/с, При дефиците активной мощности частота напряжения в сети снижается значительно медленнее, так как электромеханическая постоянная. времени генераторов электростанций несоизмеримо больше постоянной времени электродвигателей. Для выявления факта потери питания электродвигателей в датчи.ке 2 сравниваются продолжительности смежных положитвльных и отрицательных полуволн синусоидального входного напряжения. Датчик срабатывает, если последующий полупериод продолжительней предыдущего на величину уставки или больше ее в течение заданного промежутка времени. Нетрудно показать, что при постоянной скорости снижения частоты, которая характерна для двигателей в течение первой половины секунды выбега, разность смежных полупериодов на любом отрезке времени в пределах 3-4 периодов также величина постоянная, рассчитываемая но формулеЛт + щ 10 мс,1000где е- скорость снижения частоты, Гц/с. При я= 10 Гц/с, ЛТ = 0,02 мс, Следовательно, условие срабатывания датчикаЬТ20 мксДля повышения точности измерения ЬТ в датчике используется принцип преобразования длительности в число импульсов. Источником импульсов опорной частоты является автогенератор 7. Высокая стабильность частоты импульсов генератора не требуется, так как погрешность преобразования в равной степени влияет на число импульсов как в положительный, так и в отрицательный полупериоды контролируемого напряжения, которые затем вычитаются.В качестве устройства счета и памяти в датчике применены реверсивные двоичные счетчики 11 и 12 импульсов. В этих счетчиках используются два входа прямого и об. ратного счета, вход сброса и один выход окончания обратного счета. На этом выходе появится логическая единица при сброшенном нулевом. состоянии счетчика. Счетчик 13 (нереверсивный) имеет один счетный вход, вход сброса и информационные выходы, сигналы с которых поступают на дешифратор 22, На выходе дешифратора появится импульс, если код двоичного числа счетчика 13 превысит уставку и, которая отображает результат преобразования длительности ЬТ = 20 мкс в число импульсов п.Расширитель 23 импульсов предназначен для преобразования периодических коротких импульсов, поступающих от дешифратора, в непрерывный выходной сигнал.Элемент 24 выдержки времени срабатывает и выдает на выход непрерывный сигнал, если продолжительность входного сигнала превысит уставку, выбираемую для надежности отстройки от помех и переходных процессов, не менее трех полупериодов промышленной частоты, т,в. не менее 30 мс,В исходном состоянии при постояннойчастоте контролируемого напряжения счетчики 11 и 12 периодически заполняются тактовыми импульсами от генератора 7, число5 которых пропорционально полупериоду синусоидального входного напряжения. Счетчик 11 считает в прямом направлении приположительной полуволне и в обратном -при отрицательной полуволне, счетчик 12 -10 наоборот, При равенстве полупериодов импульсы на вход счетчика 13 не поступают идатчик 2 не срабатывает.При понижении частоты, например, врезультате отключения питающей линии и15 выбеге синхронных двигателей происходитравномерное увеличение продолжительности полупериодов со скоростью, пропорциональной скорости снижения частоты.Допустим, счетчик 11 был заполнен чис 20 лом импульсов, пропорциональным положительному полупериоду предшествующегонормального режима, В отрицательный полупериод на вход обратного счета счетчика 11поступают импульсы через открытый элемент25 ЗАПРЕТ 14. С каждым тактовым импульсомкод числа счетчика 11 будет уменьшаться наединицу. По окончании обратного счета, т.е.когда код числа станет равным нулю, навыходе счетчика 11 появится сигнал, кото 30 рый закроет элемент 14 и откроет элементИ 18. Если продолжительность отрицательного полупериода больше предшествующего ему положительного, то не вмещенные всчетчик 11 тактовые импульсы будут уже по 35 ступать через элементы И 18 и ИЛИ 21 насчетчик 13, заполняя его кодом числа, пропооиионального оазности смежных полчпериодов ЬТ. В случае превышения этимчислом уставки и на выходе дешифратора 2240 появится импульс, элемент 23 его расширити на входе элемента 24 выдержки временипоявится сигнал,В течение описываемого отрицательного полупериода счетчик 12 работает на пря 45 мой счет, запоминая его. В следующийположительный полупериод счетчики 11 и12 меняются ролями, и теперь уже импульсы, пропорциональные АТ, будут поступатьна счетчик 13 через открытый элемент И 19,50 В начале каждого полупериода поочередносрабатывают формирователи 9 и 10, которые короткими импульсами через элементИЛИ 20 сбрасывают счетчик 13, а для повышения помехозащищенности осуществляют55 установку нуля того счетчика 11 или 12, накоторый будет подаваться прямой счет. Если код счетчика 13 подряд три раза илиболее с периодичностью фф 10 мс превыситчисло и, то по истечвнии указанного време5 10 15 20 30 ния электродвигателей, содержащее защи 45 вых импульсов, два формирователя коротких импульсов, четыре элемента И,.дваэлемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ, два ни срабатывает датчик 2 и выдает через открытые элементы ЗАПРЕТ 3 и ИЛИ 4 сигнал на выходной орган 5.При близких коротких замыканиях или при потере питания и отсутствии включенных синхронных двигателей контролируемое напряжение снижается до нуля практически мгновенно, и датчик 2 теряет , работоспособность. В этих условиях срабатывает защита 1 минимального напряжения и с помощью элемента ЗАПРЕТ 3 блокирует выход с датчика 2 во избежание ложной его работы.Таким образом, заложенный в датчике потери питания принцип измерения скорости снижения частоты позволяет получить сигнал на выходе уже через 30 мс после начала потери питания, т.е, частота сети за это время снизится всего лишь до 49,7 Гц,тогда как известное устройство-прототип с 48,5 Гц и ниже только начинает измерение, Кроме того, предлагаемое устройство обладает повторяемостью действия в темпе процесса снижения частоты и одновременно надежно отстроено от апериодической. составляющей контролируемого напряжения, поскольку в последнем случае нарушится непременное условие срабатывания датчика 2, непрерывное в течение не менее полутора периодов превышения длительности последующего полупериода над предыдущим.Ф о р мул а и зоб рете н ияУстройство для выявления потери питату минимального напряжения, выходом соединенную с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, вход которого совместно с выходом защиты минимального напряжения через первый элемент ИЛИ соединены с выходным органом, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него введен датчик потери питания, содержащий формирователь прямоугольных импульсов,вход которого является входом датчика потери напряжения и предназначен для подключения к источнику контролируемого напряжения, элемент НЕ, генератор тактореверсивных счетчика и один счетчик импульсов, выход которого через последовательно соединенные дешифратор, расширитель импульсов и элемент выдержки времени, выход которого является выходом датчика потери питания, соединен с входом первого элемента ЗАПРЕТ, причем выход форми рователя прямоугольных импульсов соединен с входом первого формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, входом элемента НЕ и первым входом первого элемента И, втооой вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ и входом второго формирователя коротких импульсов, выходы первого и второго формирова телей соединены с входами второгоэлемента ИЛИ и с входами "Сброс" первого и второго реверсилных счетчиков соответственно, выход первого элемента И соединен с входом прямого счета первого реверсивного счетчика, с входом второго элементаЗАПРЕТ и одним из входов третьего элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета второго реверсивного счетчика и управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходом соединенного с входом обратного счета второго реверсивного счетчика; выход второго элемента И соединен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, с вхо дом третьего элемента ЗАПРЕТ и одним извходов четвертого элемента И, другой вход которого соединен с выходом окончания обратного счета первого реверсивного счетчи, ка и с управляющим входом третьегоэлемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом обратного счета первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертогоэлементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов, вход "Сброс" которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.