Устройство для защиты генератора от перегрузки

,80. 100 81, А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 Н 7/ КОМИТЕТ СССРЕКИЙ И ОТКРЫТИЙИЕ ИЗОБРЕТВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ И И О ОРСИОМУ С Ф(46) 30.06.84. Вюл, Р 24 . сумматора подключены источники на(72) В.У,Кизилов и И.В.Пантелеева. пряжений, к выходу счетчика импуль(71) Харьковский ордена Ленина . . сови к выходу преобразователя кодполитехнический институт им.В.И.Лени-: аналог подключены выходные органы,на . о т л и ч: а ю ц е е с я темчто,(.53) 621.316,9 8,8) с целью повышения точности и надеж(56) 1, фЗлект кие станции" 1968,ности, в него дополнительно ввеДер УР 9, с; 38-43. , . . . нц широтно-импульсный модулятор и.2, Авторское свидетельство СССР Коммутатор., при этом источник токаР 248044, кл, Н 02 Н 7/06, 1969. подключен к входу широтно-импульсно 3 Авторское свидетельство СССР . го модулятора, другой вход котороВ 790063, кл. Н 02 Н 7/06, 1980, го подключен к источнику стабильного напряжения, выход широтно-ийпульс(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕ- . ного модулятора подключен к управля- рРАТОРА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ, содержащее . : ющему входу коммутатора, другой вход Еисточник. тока, выход которого под- . которого подключен к выходу чаетотноключен к входу частотного квадрато- го квадратора, а третий вход подклю-.ра, реверсивный счетчик импульсов, чен к выходу преобразователя как входам которого подключены делите"пряжения в частоту, при этом двали частоты, а выход которого через ,. выхода коммутатора подключены к вхопоеобразователь код-аналог и сумма- дам делителей частоты,25(08 ричесИзобретение относится к устройствам защиты объектов энергосистем от перегрузки током и может найти применение в защите синхронных генераторов как локальное устройство, а также в качестве узла регуляторов воз" буждения синхронных генераторов.Известны устройства защиты генераторов от перегрузки током возбуж" дения и обратиой последовательности 113 и 23.Недостатками известных устройств являются низкая точность устройства, связанная с аналоговым способом интегрирования низкая надежность изза сложности устройства и его настройки, определяемая необходимостью индивидуального подбора элементов схемы и принятием других специальных мер для уменьшения влияния токов утечки емкоетчого интегратора; большой вес, габариты и потребляемая мощность, что также снижает надежность, так как надежность источника питания резко падает с увеличением его мощности. Устройство для защиты генератора от перегрузки содержит источниктока 1, определяющий нагрев генера- -45 тора, подключенный к входу частотного квадратора 2 (ЧК), два делителячастоты 3 и 4, выходы которых подключены к входам реверсивного счетчика импульсов 5, выход которого подключен к входу последовательно сое диненных преобразователя код-аналог6, сумматора 7 и преобразователя напряжение-частота 8 (ПНЧ 1, к выходупреобразователя код-аналог б подключены выходные органы 9, а к его З 5 входу - выходные органы 10 и 11,при этом дополнительно введены широтно-импульсный модулятор 12 (МИМ) икоммутатор 13, Вход ИИМ 12 подключенк источнику тока 1, определяющего 60 нагрев генератора, и к источнику ста.бильного напряжения, выход ИИМ 12подключен к управляющим цепям коммутатора 13, входы коммутатора 13 под-ключены соответственно к выходу ЧК 65 2 и ПНЧ 8, выходы коммутатора 13 подОтмеченные недостатки устройств подтверждаются статистическими данными их неправильной работы.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты генератора от перегрузки, содержащее источник тока, выход которого подключен к входу частотного квадратора, реверсивный счетчик импульсов, ко входам которого подключены делители частоты, выход которого через преобразователь код-аналог и сумматор подключен к преобразователю напряжения в частоту, к другим входам сумматора подключены источники напряжений, к выходу счетчика импульсов и к выходу преобразователя коданалог подключены выходные органы, при этом выход частотного квадратора и выход преобразователя напряжения в частоту подключены к входам делителей частоты 33. Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью, что определяется упрощенной моделью нагрева генератора, неточно отображающей реальный процесс нагрева обьемного (многослойного тела,.).1 Кроме того, недостатком устройства является его усложнение прн получении большой выдержки времени действия защиты (ло нескольких тысяч секунд ), что связано с увеличением числа ячеек деления частоты частотного квадратора и преобразователя напряжение-частота, приводящих к снижению надежности устройства и повышению потребляемой мощности, что также снижает надежность. Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства для защиты генератора от перегрузки,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для защиты генера тора от перегрузки, содержащее источник тока, выход которого подключен квходу ча"тотного квадратора, реверсивный счетчик импульсов, к входамкоторого подключены делители частоты, 10 а выход которого через преобразователь код-аналог и сумматор подключенк преобразователю напряжения в частоту, к другим входам сумматора подключены источники напряжений,к вы ходу счетчика импульсов и к выходупреобразователя код-аналог подключены выходные органы, дополнительновведены широтно-импульсный модулятори коммутатор, при этом источник токаподключен ко входу широтно-импульсного модулятора, другой вход которого подключен к источнику стабильногонапряжения, выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему входу коммутатора, другой входкоторого подключен ко входу частотного квадратора, а третий вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, при этом два выхода коммутатора подключены к входамделителей частоты.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства, на фиг.2 - одна извозможных реализаций введенного вустройство коммутатора; на Лиг,3кривые, изображающие напряжения навыходе элементов функциональной схемы (фиг.1) при увеличении значениятока, определяющего нагрев роторагенератора от номинального до двой ного номинального значения.,где М, - выходной код счетчика 5. Рещение разностного уоавнения, определяющее время роста температу 65 ключенн к входам реверсивного счетчика импульсов 5 через делители частоты 3 и 4. Коммутатор 13 может бнтьвыполнен в виде включенных синфазно двухключей, либо в виде аналогового илицифрового прерывателей 1,например,на микросхемах типа 2731 КТ, 190 КТ 2,155 ДАЗ), Во всех, случаях Аункциейкоммутатора 13 является подключениевыходов,ЧК 2 и ПНЧ 8 к входам реверсивного счетчика 5 через делители 10частотн 3 и 4 в одном состоянии МИМ12 и отключение внщеуказанных связей в другом состоянии Р)ИМ 12.На Фиг.2 приведена схема коммутатора, состоящего из двух схем И 14и 15, напряжение на выходе которыхимеет место только при наличии импчльсов на обоих входах. Можно .трактовать работу коммутатора 13 в этомслучае так, что импульсы от Чк 2,ПНЧ 8 поступают на входы делителей3 и 4 соответственно только при наличии управляемого сигнала от 1:1 ИМ..Устройство работает следующим образом. 25С выхода источника тока на входчастотного квадратора 2 подаетсяток, определяющий нагрев ротора генератора. На выходе ЧК 2 отклонениечастоты пропорционально квадрату тока нагрева генератора, Таким образом, Аункция преобразователя ЧК 2имеет вид-к э35где Д - начальная частота квадратоора 2 при отсутствии сигнала управления.Импульсы этой частоты поступаютна инверсный вход реверсивного счетчика 5 и накапливаются в нем, моделируя процесс нагрева генератора,пропорциональный квадрату тока,На прямой вход реверсивного счетчика 5 поступает последовательностьимпульсов которая моделирует охлаждение генератора и компенсирует начальную частоту ЧК 2, Такая последовательность импульсов получается отПНЧ 8, к входу которого подключенопостоянное напряжение, определяющее 50компенсирующую частоту 1 о, напряжение с выхода преобразователя коданалог 6, пропорциональное температуре ротора генератора,.и напряжениефр),пропорциональное температуре охлажджощей среды, например тем"пературе воздуха при естественномохлаждении, Таким образом, частотаимпульсов на выходе ПНЧ 8 определяется как 60=Е -Гк К - к О оОН О2 ОХ Зокр 0 рн ротора генератора до уставки срабатывания при отсутствии НЯМ 12, определяется выражениемгде 1 ор - время срабатывания устройства защиты;к:к,к 3 к=Э/э- степень перегрузки; Э - номинальный ток роторах Л 2к нодопустимая температура нагрева ротора,Параметры кн и Л могут быть найдены по двум точкам экспериментальной зависимости допустимого времени перегрева ротора от степени перегрузки Х для конкретного генератора коэффициенты к , к 2, к определяются при испнтаниях генераторов и зависят от нх типов.При наличии ШИМ 12, который, например, подсоединяет ЧК 2 и ПНЧ 8 к реверсивному счетчику 5 на времяв кажднй период То своей работн, при предположении. равномерного распределения импульсов ЧК 2 и ПНЧ 8 это время определится какх 2-1ср 1 К к 2 Л 1 о о ) КМ х фр.ор охо)(2)где с: ЕТо.При йалйчии НИМ 12) время срабатывания устройства увеличивается обратно пропорционально 7. Это объясняется тем, что изменение состояниясчетчика импульсов происходит только на интервале 1 цикла То работыШИМ. При этом скорость изменения состояния счетчика при наличии ЮИМв момент времени 1 после изменениятока 1 ротора будет такой же, как ив момент времени Т 1 при отсутствииШИМ, т,е. увеличение времени срабатывания устройства не сопровождается уменьщениеи чувствительности,как это было бы при увеличении коэффициента деления делителей частоты,и не сопровождается значительнымусложнением схемы устройства. какэто было бы при увеличении разрядности реверсивного счетчика и значения кода, при котором срабатываетустройство,Эффект увеличения выдержки времени наглядно отображает Фиг.З, где на фиг.З а показано увеличение тока ротора от номинального значения до двойного степень перегрузки х возрастает от 1 до, 2 ) в момент времени ФФд . На фиг, 3 Й показано уменьшениечастоты на выходе ЧК 2 в соответствии с принятой в реализации схемойЧК. Частота импульсов 1 чна выходеПНЧ 8 в первое время не изменяется,так как она пропорциональна кодусчетчика 5. Напряжение на выходе НИМприведено на фиг.36 , Изменение состояния счетчика происходит на интервале, когда на выходе коммутатора 13 появляются импульсы. На фиг,З г показаны импульсы частоты на выходечккоммутатора 13, поступающие на вход делитЕля частоты 3, а на Фиг,З димпульсы частотыч на выходе 13, поступающие на вход делителя 4 Им пульсы . определяются кодом счетчика 5 и так как он не изменяется при отсутствии импульсов на выходе ШИМ, то частота ПНЧ изменяется только на интервале наличия импульса на 2 О :выходе ШИМ, На фиг.Зе приведено изменение усредненного напряжения на выходе преобразователя код-аналог 6, пропорциональное значению кода счетчика 5 кривая 11 Для наглядности 25 на фиг.Зе показано изменение напряжения на выходе 6 при отсутствии ШИМ . кривая 2 ). Время срабатывания увеличивается обратно пропорциональноТ бЕз изменения крутизны нарастания напряжения, На Фиг.З частоты ярк й резко занижены для наглядностй и с этой же целью уменьшена постоянная времени нарастания кода счетчика 5. реально увеличивается время срабатывания устройства в 5-10 раз,Так как напряжение на выходе преобразователя код-аналог 6 пропорционально действительной температу. Ре ротора, оно используется для управления выходными органами 9; а к 40 ,выходу счетчика 5 где код пропорци,онален температуре ротора ) подключены выходные органы индикации 10 и 11, с помощью которых в любой момент ВРемени приближенно оценивается .теп ловой режим ротора генератора.Предлагаемое устройство значительно точнее известных, так как учитывает. и процесс нагрева и процесс остывания. Однако известное устройство не может быть точным, так как нагрев реального генератора - более сложный процесс, чем учтено в устройстве,Повышение точности устройства обеспечивается приближением характерно" тики устройства к установленной экспериментально для этого типа устройств защиты, С этой же целью выход источника тока 1 суммируется с выходом источника стабильного напряжения 0 на входе ШИМ 12, В этом случае управление ШИМ 12 осуществляется как напряжениемО , так и током источника 1, характеристика времени срабатывания принимает видх-фт к хпо О )"о - . И . х р.ср окр)гдеь - относительная длительность импульса ШИМ при Э,=о.В зависимостй от знака можно скорректировать кривизну характеристики в ту или другую сторону,На фиг,З показано, что при увеличении тока относительная длительность импульсаувеличивается, что соответствует знаку "плюсф в вь 1 раже-. нии СЗ) и. уменьшению вогнутости характеристики срабатывания,.Используя предлагаемое устройство для защиты генератора от перегрузки, можно получить значизель-, ныевремена действия защиты без увеличения числа ячеек деления частоты, так как обычно не требуется большое время срабатывания, то имеется воэможность уменььжть коэффициент деления делителей частоты, уменьшая число элементов деления.При этом снижается потребление от источника питания и повышается надежность устройства.4/ Тираж б 14 ИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открцти 5, Москва, Ж, Рауыская наб., илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектна 1 1