Пристрій автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги

1. Пристрій автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги, що вміщує блок захисту та комутуючий елемент, причому в блоці захисту джерело нестабільного постійного струму підключено до двох керованих дільників напруги входу, при цьому ви хід першого дільника з'єднано з входом першого порогового елемента, а вихід другого - з входом другого порогового елемента; блок логіки керування підключено до виходів порогових елементів; комутуючий елемент, включений в захисний ланцюг послідовно з навантаженням, вихід блока логіки керування з'єднано з входом комутуючого елемента, який відрізняється тим, що в блоці захисту між першим пороговим елементом і першим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини нижнього порогового рівня напруги, між другим пороговим елементом та другим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини верхнього порогового рівня напруги, причому вихід першого порогового елемента, з одного боку, підключено послідовно з першим входом блока логіки керування через введений перший установочний елемент часової затримки, з другого боку - з першим входом першого введеного елемента індикації рівня напруги, вихід другого порогового елемента з'єднано послідовно з другим входом блока логіки керування через другий введений установочний елемент часової затримки, вихід блока логіки керування водночас з'єднано з другим входом першого елемента індикації, до входу другого введеного елемента індикації включення споживача і входу комутуючого елемента, вихід якого підключено до входу блока керування навантаження, причому блок керування навантаження підключено паралельно виводам подаючої мережі незалежно від роду струм у. 2. Пристрій автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги, що вміщує блок захисту та комутуючий елемент, причому в блоці захисту джерело нестабільного постійного струму підключено до двох керованих дільників напруги входу, A (54) ПРИСТРІЙ АВТОМАТИЧНОГО ЗАХИСТУ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАЧА ПРИ ЗМІНІ НАПРУГИ 29937 Винахід належить до електротехніки та автоматики і може використовуватись для захисту електроспоживачів (споживачів) при зміні прикладеної напруги, виводи на режим електродвигунів. Основною вимогою до пристроїв автоматичного захисту при зміні напруги, що працюють с будьяким споживачем, є забезпечення тривалої та надійної роботи споживачів, в тому числі двигунів, недопустимість "генераторного" та нережимного включення споживача при короткочасних змінах прикладеної напруги, забезпечення індикації. Відомо пристрій [1] для виведення холодильної машини на режим, який має в складі робочу та пускову обмотки, перші виходи яких підключені на перші виходи подаючої мережі, другий вивод робочої обмотки через вимірювальний шунт, і другий вихід пускової обмотки через конденсатор та Сімітор підключено до другого ви ходу напруги мережі; блок керування, що має у складі пороговий орган блок живлення, ноль-орган і формувач коротких імпульсів. Пристрій виказує неблагодійність при виході на режим двигуна з пусковою та робочою обмотками при зміні напруги мережі як по верхньому, так і по нижньому рівнях, особливо при його пульсаціях, що приводять до виходу з роботи двигуна та елементів керування; в пристрої відсутня індикація. Прототипом пропонованого пристрою слід вважати пристрій [2] захисту ланцюга постійного струму, в складі двох керованих ділителів підведеної напруги, при цьому ви хід першого приєднано до входу першого порогового елемента, а вихід другого з входом другого порогового елемента, блок логіки керування, підключений в захисний ланцюг послідовно з навантаженням, при цьому вихід блока логіки керування з'єднано з входом комутуючого елемента та опорним джерелом, підключеним до порогових елементів. Пристрій забезпечує захист при зміні постійної напруги та має гістерезисну петлю по нижньому та верхньому граничному рівню прикладеної напруги, за рахунок чого частково виключається "генераторний" режим включення споживача. Однак, даний пристрій не може бути вжитим для захисту двигунів з робочою та пусковою обмотками при зміні напруги мережі змінного струму, тому що комутуючий елемент включено в захисний ланцюг послідовно з навантаженням; крім того, споживачі ненадійно захищені при зростаючих фронтах кидків напруги мережі, особливо на верхньому граничному рівні напруги, характерному при включеннях і виключеннях напруги. В пристрої відсутня контрольна індикація стану пристрою тарівня напруги мережі. Пристрій не може вживатися для споживачів індуктивно-ємністного типу. В представленому винаході стоїть задача, шляхом введення додаткових елементів та їх зв'язків, створити пристрій для автоматичного захисту споживачів при зміні напруги в мережі, як для виходу на режим двигуна з робочою та пусковою обмотками, так і для захисту будь-якого споживача, що використовує постійний або змінний струм, отже, для розширення межі використання. Такий пристрій повинен забезпечувати високу надійність захисту споживача на зростаючих фронтах кидків напруги мережі, мати контрольну індикацію стану самого пристрою і рівня напруги мережі, виключати "генераторний" режим. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги, що містить блок захисту і комутуючий елемент, при цьому в блоці захисту джерело нестабільного постійного струму підключено до двох керованих дільників напруги на вході, при цьому вихід першого дільника з'єднано з входом першого порогового елемента, а вихід другого - з входом другого порогового елемента; блок логіки керування підключено до виходів порогових елементів; комутуючий елемент, включений в захисний ланцюг послідовно з навантаженням; вихід блока логіки керування з'єднано з входом комутуючого елемента. Згідно винаходу в блоці захисту між першим пороговим елементом та першим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини нижнього порогового рівня напруги; між другим пороговим елементом і другим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини верхнього порогового рівня напруги, причому вихід першого порогового елемента, з одного боку, з'єднано послідовно з першим входом блока логіки керування через перший введений установочний елемент часової затримки, з другого боку - з першим входом першого введеного елемента індикації рівня напруги, ви хід другого порогового елемента послідовно з'єднано з другим входом блока логіки керування через другий введений установочний елемент часової затримки. Вихід блока логіки керування одночас підключено до другого входу першого елемента індикації, до входа другого введеного елемента індикації включення навантаження та входу комутуючого елемента, вихід якого підключено до входу блока керування навантаженням, причому блок керування навантаження підключено паралельно до виводів подаючої мережі незалежного роду стр уму. Пропоноване технічне рішення дозволяє використовувати всі види датчиків порогових рівнів напруги мережі, забезпечити захист при коливаннях напруги мережі при будь-якій навантаженності, водночас і для індуктивно-ємністного типу за рахунок паралельного підключення споживача до подаючої мережі незалежно від роду струму. Установочні елементи часової затримки захищають навантаження від кидків напруги при зростаючих її фронтах і додатково покращують захист від "генераторного" режиму включення та виключення навантаження. Єлементи індикації забезпечують контрольну індикацію стану пристрою та рівень напруги мережі. Крім того, пристрій автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги, що включає блок захисту та комутуючий елемент, причому в блоці захисту джерело нестабільного постійного струму підключено до двох керованих дільників напруги входу, при цьому вихід першого дільника з'єднано з входом першого порогового елемента, а 2 29937 вихід др угого - з входом другого порогового елемента; блок логіки керування підключено до виходів порогових елементів; комутуючий елемент, включений в захисний ланцюг послідовно з навантаженням, виход блока логіки керування з'єднано з входом комутуючого елемента. Згідно винаходу, в блоці захисту між першим пороговим елементом та першим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини нижнього порогового рівня напруги, між другим пороговим елементом та другим виходом джерела постійного струму підключено установочний датчик величини верхнього порогового рівня напруги, причому вихід першого порогового елемента, з одного боку, з'єднано послідовно з першим входом блока логіки керування через введений перший установочний елемент часової затримки, а з другого боку - з першим входом першого введеного елемента індикації рівня напруги; вихід другого порогового елемента з'єднано послідовно з другим входом блока логіки керування через другий введений установочний елемент часової затримки, вихід блока логіки керування підключено до другого входу першого елемента індикації, до входу другого введеного елемента індикації включення споживача та до входу комутуючого елемента, вихід останнього підключено до входу захисного ланцюга - до входу блока керування навантаженням - цим входом є керуючий електрод першого симістора, анод якого підключено до першого входу подаючої мережі, а з катодом послідовно з'єднано нормально замкнутий контакт елемента перевантаження по струму, вказаний елемент, датчик пускового струму, робоча обмотка двигуна, другий вивод мережі; керуючий електрод другого симістора підключено до виходу датчика пускового струму, до єдиного вузла з'єднання елемента перевантаження по струму, та да тчика пускового струму підключено анод другого симістора, до катоду якого підключена пускова обмотка двигуна його першим виводом, а другим - до другого виводу подаючої мережі. Крім того, в захисному ланцюгу електроспоживач підключають одним виводом до катоду першого симістора, а другим - до другого виводу подаючої мережі. Таке включення будь-якого споживача до блоку захисту та блоку керування навантаження значно розширює область використання винаходу. Сутність винаходу пояснюється малюнком, де зображено: фіг. 1 - структурна схема пропонованого пристрою; фіг. 2 - часова діаграма роботи пристрою. Представлений пристрій автоматичного захисту електроспоживача при зміні напруги включає слідуючі вузли (фіг. 1): виводи 1 і 2 подаючої мережі; блок 3 захисту; блок 4 керування навантаженням, в блок 3 захисту входять: джерело 5 нестабільного постійного струму; датчики 6 і 7 установки нижнього та верхнього порогових рівнів напруги мережі; елементи 8 і 9 порогові; блок 10 логіки керування; елемент 11 комутуючий; елементи 12 і 13 установки часової затримки; елементи 14 і 15 індикації, в блок 4 керування навантаженням входять: електрод 16 першого симістора 17, його анод 18 та катод 19; контакт 20 елемента 21 перевантаження по струму; датчик 22 пускового струму; обмотка 23 робоча; електродвигун 24; вузол 25 з'єднання елемента 21 та датчика 22; електрод 26 другого симістора 27, його анод 28 та катод 29; обмотка 30 пускова. Вищеозначений пристрій та його робота достатньо обґрунтовується часовою діаграмою (фіг. 2) роботи пристрою, де відображено: - Uвx=f(t) - амплітуда напруги подаючої мережі; - Uвх1 - напруга включення споживача по нижньому рівні; - Uвх2 - напруга виключення по нижньому рівні; - Uвх3 - напруга включення споживача по верхньому рівні; - Uвх4 - напруга виключення по верхньому рівні; - t0 - початковий момент часу; - t1…t 10 - проміжні моменти часу; - заштриховані участки діаграми - області з включеним струмом на споживача; - не заштриховані участки діаграми - області з виключеним струмом на споживача. В відповідності з визначеним, пристрій працює слідуючим чином. В початковий момент часу t 0 напруга входу менша від Uвх2. Сигнал блоку захисту через комутуючий елемент не проходить до блоку керування навантаженням, який при цьому не забезпечує подачу стр уму до споживача. В момент часу t1 напруга входу відповідає нижньому пороговому рівню Uвх2 . Далі сигнал с затримкою в елементі часової затримки на встановлений інтервал t2-t1, через комутуючий елемент поступає в блок керування навантаження, котрий забезпечує проходження подаючого струму до споживача в діапазоні напруг Uвх2-Uвх4. Заданий діапазон напруг забезпечується відповідною установкою датчиків нижнього та верхнього порогових рівнів напруги мережі. В разі перевищення напругою на вході значень верхнього порогового рівня Uвх4 , в момент часу t3 , сигнал з блоку захисту, затриманий в відповідному елементі часової затримки на встановлений інтервал t4-t3 , через комутуючий елемент не проходить до блоку керування навантаженням, який зупиняє проходження струму до споживача. В момент часу t 5 напруга входу знижується до значення Uвх3. Від блока захисту сигнал, затриманий в відповідному елементі часової затримки на вставлений інтервал t6-t 5 через комутуючий елемент проходить до блоку керування навантаженням, який забезпечує проходження струму до споживача в діапазоні напруг Uвх3-Uвх1. B момент часу t7 напруга входу зменшується до Uвх1. Сигнал блоку захисту, затриманий на величину встановленого інтервалу t8-t 7 не надходить до блоку керування навантаженням - споживач відключено. В разі повтору зростання рівня напруги на вході до Uвх2 - момент часу t9, - цикл повторюється, за тим випадком, коли на вхід пристрою включено програматор роз'єднувач, додатково визначаючий час роботи пристрою захисту. Таким чином, на підйомі діаграми напруга до споживача підведена від Uвх2 до Uвх4, а на зниженні - від Uвх3 до Uвх1. Ін тервали Uвх2-Uвх1 та Uвх4-Uвх3 складають канальний гістерезис відповідно для нижнього та верхнього рівня напруги мережі. Затримки часу t2-t 1, t 4-t 3, t6-t 5, t8-t 7, t10-t 9 додатково до гістерезису виключають "генераторний" 3 29937 режим. Інтервали часу підбирають оптимально для конкретних споживачів. В відповідності з структурною схемою (фіг. 1) пристрій працює слідуючим чином. Напруга входу мережі через виводи 1 і 2 підключена паралельно блокам 3 захисту та 4 керування навантаженням. Напруга змінного або постійного струму через виводи 1 і 2 подається на вхід джерела 5 постійного струму, напруга виходу джерела пропорційна змінній на вході. Ця напруга з першого виводу джерела 5 подається на вхід першого, а з другого виходу - на вхід другого установочного датчика 6 та 7 відповідно нижньому та верхньому пороговим рівням напруги мережі. Виходи датчиків з'єднані відповідно з входами першого та другого порогового елемента 8 і 9. Пороговий елемент 8 перемикає по нижньому, а 9 - по верхньому рівні напруги мережі. При досягнені напругою входу рівня Uвх2 перемикає датчик 6 і пороговий елемент 8, при цьому сигнал його ви ходу проходить через перший установочний елемент 12 часової затримки, входить на перший вхід блока 10 логіки керування, далі на комутуючий елемент 11, сигнал виходу якого є вхідним сигналом блоку 4 керування навантаженням (наприклад, вихід на режим двигуна з робочою та пусковою обмотками). Комутуючий елемент 11 подає сигнал на керуючий електрод 16 першого сімістора 17, відкриває його, струм від вивода 1 мережі послідовно проходить через анод 18, відкритого сімістора 17, катод 19, нормально замкнутий контакт 20 елемента 21 перевантаження струму, датчик 22 пускового струму, робочу обмотку 23 двигуна 24 на другий вивод 2 напруги мережі. Мережа струму робочої обмотки замкнута, стр ум пуску зростає, перемикає датчик 22, його вихідний сигнал приходить на керуючий електрод 26 другого сімістора 27 і відкриває його. З спільного вузла 25 з'єднання елементів 21 перевантаження по струму та датчика 22 пускового струму, стр ум проходить через анод 28, катод 29, пускову обмотку 30 двигуна 24, на вивод 2 подаючої мережі. Мережа струму пускової обмотки 30 замкнута, двигун 24 ви ходить на номінальну частоту обертів, струм пуску зменшується, датчик 22 пускового струму виключає сигнал керуючого електрода 26 сімістора 27, який закривається. Двигун продовжує роботу в номінальному режимі, до того часу, поки вхідний програматор - роз'єднувач не дає команду на виключення напруги мережі, або якщо зміниться напруга живлення нижче або вище меж порогових рівнів. При цьому, в момент часу t1 з першого порогового елемента 8 сигнал водночас приходить на перший елемент 14 індикації рівня напруги, індикатор засвідчує нормальну напругу мережі. Водночас сигнал з першого елемента 8 проходить послідовно через перший установочний елемент 12 часової затримки та блок 10 логіки керування і, затриманий на час t2-t1, приходить, з одного боку, на другий вхід першого елемента 14 індикації, вимикає його свічення, що свідчить про закінчення часової затримки; з другого боку, приходить також на вхід другого елемента 15 індикації і примушує його світитися, що є си гналом підключення подаючої мережі до споживача. На момент часу t 3 напруга мережі досягає рівня Uвх4 , перемикає другий датчик 7 та другий пороговий елемент 9, при цьому його сигнал ви ходу проходить через другий установочний елемент 13 часової затримки і затриманий сигнал на час t4-t3 приходить на другий вхід блока 10 логіки керування, з якого приходить на комутуючий елемент 11, його сигнал виходу через керуючий електрод 16 першого сімістора 17 закриває його. Проходження струму через робочу 23 та пускову 30 обмотки закінчується, двигун 24 зупиняється (струм не живить споживач). Водночас на момент t4 сигнал виходу з блока 10 логіки керування, по відомим шляхам, приходить на перший та другий елементи 14 та 15 індикації і викликає засвічення першим елементом 14 та відсутність свічення другим, що вказує на аварійний рівень напруги і відключення від мережі споживачів. На час t5 напруга мережі знижується до рівня Uвх3, при цьому рівень сигнала датчика 7 недостатній для включення другого порогового елемента 9, його сигнал виходу, затриманий другим установочним елементом 13 часової затримки на час t6-t5, приходить на другий вхід блока 10 логіки керування, приходить на комутуючий елемент 11, його сигнал виходу через керуючий електрод 16 першого сімістора 17 відкриває його. При цьому, відомим шляхом, проходять робочий та пусковий струм і зновувиводять на режим двигун 24 (струм іде до споживача). В момент часу t6 , по розглянутому вище шля ху, перший елемент 14 індикації виключається, а другий включається, що свідчить про доступ струму до споживачів. В момент часу t7 напруга мережі знижується до рівня Uвх1 , рівень сигналу першого датчика 6 недостатній для включення першого порогового елемента 8, його сигнал виходу, затриманий першим установочним елементом 12 часової затримки на час t8-t7, приводить на вхід блока 10 логіки керування, його сигнал виходу приходить на комутуючий елемент 11, сигнал виходу якого через керуючий електрод 16 першого сімістора 17 закриває його. Струм в робочій та пусковій обмотках припиняється (струм не йде до споживача), оберти двигуна закінчуються. При цьому в момент t8 обидва елемента 14 та 15 індикації виключаються, що свідчить про відсутність напруги в мережі або її низькому рівні. В подальшому цикли повторюються в різномунітних варіантах. Канали нижнього та верхнього рівня мають апаратурну петлю гістерезису. Канал захисту по нижньому рівні напруги має петлю продовженням ∆Uн=Uвх2-Uвх1 ; верхньому - ∆Uв= =Uвх4-Uвх3. Петлі гістерезису та встановлені часові затримки більш надійно захищають споживачів від "генераторного" режиму на межах рівнів та особливо при пульсаціях змін напруги мережі. Крім розглянутого варіанта підключення до блоку захисту двигуна з робочою та пусковою обмотками, можливо підключати інший будь-який споживач. Для цього в блоці 4 керування навантаження виключають від відомих систем електродвигун та його пускорегулюючі елементи і включають 4 29937 будь-який інший споживач одним виводом до катоду 19 першого симістора 17, другим виводом до другого виводу подаючої мережі. Джерела інформації 1. А.с. СРСР № 1735678А1, кл. F25В49/00, 1992. 2. А.с. СРСР № 788254, кл. Н02Н3/20, 1980, (прототип). Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5