Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки

 

Изобретение относится к схемам защиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению. Целью изобретения является повьшение быстродействия и надежности. Цель достигается введением в устройство двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы. Задержка в срабатьгоании исполнительного органа по сравнению с прототипом уменьшается более чем в три раза, что снижает перегрев и увеличивает срок службы оборудования при перегрузках. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГЮЬЛИН (19) (11) А1 (51) 4 H 02 Н 7/085 7/08

11!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 4047906/24-07 (22) 04.04.86 (46) 07.01.88. Бюл. )) 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровоэостроения (72) В.Н.Помалюк и В,Е.Чернохлебов (53) 621.3 16.925(088.8) (56) Могилевский Г.В. и др. Бесконтактные устройства защиты для низковольтных электрических аппаратов.

М.: Энергия, 1971.

Авторское свидетельство СССР

У 693503, кл. Н 02 H 7/085, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ OT ПЕРЕГРУЗКИ (57) Изобретение относится к схемам защиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению. Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности. Цель достигается введением в устройство двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы. Задержка в срабатывании исполнительного органа по сравнению с прототипом уменьшается более чем в три раза, что снижает перегрев и увеличивает срок службы оборудования при перегрузках, 2 ил.

1365233—

Изобретение относится к схемам защиты электрооборудования от перегрузки по току или напряжению.

Цель изобретения — повышение быст5 родействия и надежности.

В предлагаемом устройстве отличительный признак проявляет новые свойства, а именно, значительно повышает быстродействие срабатывания исполнительного органа за счет отсутствия длительного спада вершины импульса.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в различных точках схемы устройства.

Устройство содержит датчик 1 контролируемой величины, например датчик тока или напряжения, выход которого подключен к входу преобразователя 2 20 постоянного напряжения в импульсное, скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемого сигнала, например однотактный магнитный усилитель с внутренней обратной 25 связью, Выход преобразователя 2 подключен на вход элемента 3 сравнения, например, логический элемент ИЛИ с двумя входами. К другому входу элемента 3 сравнения подключен выход преобразователя 4 опорной скважности, которая устанавливается задатчиком 5, например, потенциометром, подключенным к источнику постоянного напряжения.

Преобразователи 2 и 4 питаются от источника 6 переменного напряжения, например транзисторный преобразователь, построенный по схеме трансформаторного мультивибратора. !

Выход элемента 3 сравнения подключен к счетному входу триггера 7. Выходы триггера 7 подключены к входам управляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного 4В напряжения в переменное прямоугольной формы. Выход преобразователя 8 подключен через выпрямитель 9, например диодный пост, к входу исполнительного органа 10, представляющего 50 собой полупроводниковый релейный усилитель. Прямой 0 и инверсный q выходы триггера 7 подключены соответственно к базам транзисторов 11 и 12 преобразователя 8, в коллекторные цепи которых включены первичные полуобмотки трансформатора 13. Эмиттеры транзисторов 11 и 12 соединены между собой и подключены к одному выводу источника питания преобразователя. Второй вывод питания подключается к преобразователю 8 через токоограничивающий резистор 15. Выходная обмотка 14 трансформатора 13 подключена на вход выпрямителя 9.

Параметры трансформатора транзисторного преобразователя должны быть связаны с периодом напряжения источника переменного напряжения и допустимой длительностьюкратковременного всплеска контролируемой величины соотношения

2W SBs

6t 1

Поит где Т„„- половина периода напряжения источника переменного напряжения; и — допустимая длительность .Ь кратковременного всплеска величины контролируемого параметра;

W S и  — соответственно число витков половины первичной обмотки, сечение сердечника и индукция выходного трансформатора транзисторного преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение U источника 6 поступает на входы преобразователей 2 и 4. Задатчиком 5 устанавливают скважность импульсов напряжения

U преобразователя 4, соответствующего требуемой уставке защиты. Напряжение ние U 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 U> с выхода элемента сравнения подают на счетный вход триггера 7. Если величина сигнала U< с выхода датчика 1 не достигла уровня уставки, сумма длительностей импульсов U и U с выхода преобразователей

2 и 4 будет меньше длительности половины периода напряжения U источника

6 переменного напряжения. Вследствии этого, напряжение U с выхода элемента 3 сравнения будет представлять собой последовательность прямоугольных импульсов, которыми триггер

1365233

7 периодически опрокидывается из одного устойчивого состояния в другое.

Импульсйые напряжения с выходов (11щ ) и 5 (1 ф) триггера 7 поступают на входы (базы транзисторов 11 и 12) управляемого двухтактного транзисторного преобразователя 8 постоянного напряжения (например, от источника питания устройства) в переменное прямоугольной формы.

При этом поочередно через половину периода переключаются транзисторы 11 и 12. Напряжение источника питания прикладывается попеременно то к одной, то к другой половине первичной обмотки трансформатора 13. В сердечнике трансформатора 13 создается переменный магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке 14 2р переменное напряжение Us прямоугольной формы, половина периода которого будет равна длительности импульсов

UqQ и U @ переключений триггера 7, если выполняется соотношение 25

2WSBg

Т (tt. ц пит

Напряжение Пп поступает на вход выпрямителя 9, а величина выпрямленного запирающего напряжения U9 с выхода выпрямителя 9 используется для удержания исполнительного органа

10 в отключенном состоянии. Благодаря прямоугольности импульсов U

35 напряжение на выходе выпрямителя 9 не нуждается в дополнительном сглаживании фильтром.

Когда величина сигнала U с дат- 4О чика 1 достигает уровня уставки,. сумма длительностей импульсов напряжений П и U преобразователей 2 и 4 становится больше или равна длительности половины периода напряжения U источника 6 переменного напряжения.

В результате этого напряжение U> 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 нулю..Осутствие запирающего напряжения U . на выходе выпрямителя 9 приводит к срабатыванию исполнительного органа 10.

ЙВ ц = — SW. пнг д

Интегрируют и получают выражение в

S W

dB

Ппит

J at:

Отсюда

2BW S

b, ht

ЗФА U„нас э где е„, — интервал времени, в течение которого насыщается сердечник трансформатора 13.

С другой стороны для обеспечения нормальной работы устройства должно соблюдаться условие, при котором полупериод источника 6 переменного напряжения Т„„ должен быть меньше

bt „,. Отсюда, получают соотношение, которым связаны параметры трансфорМомент исчезновения запирающего напряжения U< определяется моментом насыщения сердечника трансформатора

13. Длительность задержки и t „в этом случае определяется промежутком времени между моментом превьппения контролируемым напряжением величины уставки и моментом насьпцения трансформатора. Допустимую длительность задержки b.t в этом случае определяют исходя из условия необходимой помехоустойчивости устройства к появлению случайных кратковременных всплесков контролируемого тока или напряжения, которые не вызывают повреждения электрооборудования или заметного снижения его pecypca.

При появлении в контролируемом напряжении U такого импульса сумма длительностей импульсов с преобразователей 2 и 4 становится бояьше полупериода 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

bt> < с параметрами трансформатора 13.

Исходя из закона электромагнитной индукции можно определить

1365233

Тогда С 3T,или д t Зае „

В lL

Для повышения надежности устройства защиты на выходе выпрямителя устанавливают фильтр, от чего еще больше увеличивается задержка на срабатывание исполнительного органа устройства защиты из-за времени, необходимого,, . для разряда конденсатора фильтра.

1о 1

В предлагаемом устройстве задержка в срабатывании исполнительного органа по сравнению с известным устройством уменьшается более, чем в 3 раза, следовательно, использование предлагаемого устройства защиты значительно снижает перегрев и повышает. надежность и срок службы оборудования при возникновении перегрузок по току или

20 напряжению.

gati, = Т,, ЭЧ9

Известно, что

ЗТ 9 где tÄÄ = T,, — длительность импуль-. са, поступающего с выхода триггера на вход дифференцирующей цепи. матора 13 с периодом источника 6 переменного напряжения и допустимой длительностью задержки дt „ срабатывания устройства в случае появления кратковременных случайных помех в контролируемом сигнале

28 MS

Т c. ht.pn 3. saA 1 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 ас„ 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 равна где ь — задержка в срабатывании исполнительного органа в известном техническом решении;

- длительность спада вершины ач импульса на выходе дифференцирующей цепи при переключении триггера в устойчивое

f состояние. где — постоянная времени дифференцирующей цепи.

Для функционирования известного устройства защиты необходимо, чтобы соблюдалось неравенство

Формула изобретения

Устройство для защиты электрооборудования от перегрузки, содержащее источник переменного напряжения, выход которого подключен к первым входам преобразователя постоянного напряжения в импульсное, скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемогб сигнала, и преобразователя опорной скважности, к их вторым входам подключены соответственно выходы датчика контролиру35 емой величины и задатчика скважности, выходы преобразователя постоянного напряжения в импульсное, скважность которого изменяется в зависимости от величины контролируемого сигнала, и

4р преобразователя опорной скважности подключены к соответствующим входам элемента сравнения9. выход которого подключен 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, с целью повышения надежности и быстродействия, в него дополнительно вве:ден двухтактный транзисторный преобM разователь постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы, со" держащий первый и второй транзисторы, токоограничивающий резистор и трансформатор, при.этом базы первого и

55 второго транзисторов являются входами твухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы и подключены соответственно к прямому и

1365233 инверсному выходам триггера, эмиттеры упомянутых транзисторов соединены между собой и подключены к первому выводу источника питания преобразователя, коллекторы — соответственно к началу и концу первичСоставитель К. Шилан

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Редактор Л. Зайцева

Заказ 6649/SO

Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1

У

Ц

Vg ной обмотки трансформатора, средняя точка которой через ограничительный резистор подключена к второму выводу источника питания преобразователя, б а вторичная обмотка трансформатора подключена к входам выпрямителя.