Устройство для защиты от изменения напряжения

 

Использование: в цепях защиты и управления электро- и радиотехнических устройств для контроля за повышением и понижением напряжения трехфазной сети. Сущность изобретения: контролируемое напряжение, выпрямленное в трехфазном выпрямителе 1, кратковременные скачки которого задерживаются в сглаживающем фильтре 2, подается в качестве напряжения смещения на первый вход амплитудного модулятора 3. На второй вход модулятора 3 поступает высокочастотное несущее колебание с опорного генератора 4. Выходной сигнал амплитудного модулятора 3, представляющий собой сумму гармонических составляющих, через цепь 5 связи поступает на полосовые фильтры 6.1 и 6.2, настроенные соответственно на частоты первой и второй гармонических составляющих. Выделенные полосовыми фильтрами 6.1 и 6.2 колебания поступают на соответствующие детекторы 7.1 и 7.2, выходные напряжения которых подаются на входы делителя 8 напряжения. Выходное напряжение делителя 8, равное отношению амплитуд первой и второй гармоник и пропорциональное контролируемому напряжению, подается на входы пороговых элементов 9 и 10. На вторые входы пороговых элементов 9 и 10 подаются соответственно верхнее и нижнее пороговые напряжения от источника 11 опорных напряжений, а выходы пороговых элементов 9 и 10 соединены с входами исполнительного элемента 12. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в целях защиты и управления электро- и радиотехнических устройств для контроля за повышением и понижением напряжения трехфазной сети.

Известно устройство для защиты от изменения напряжения, содержащее исполнительный орган, стабилизатор, выполненный на стабилитроне, и резистивный делитель напряжения [1].

Однако в этом устройстве порог срабатывания по перенапряжению не отличается от порога срабатывания схемы по понижению напряжения на значительную величину.

Известно также устройство для защиты от изменения напряжения, содержащее исполнительный орган, оптронный инвертор-переключатель, светодиод, транзистор, три резистора, потенциометр, стабилитрон, положительную и отрицательную шины контролируемого напряжения [2].

Недостатком данного устройства является отсутствие дистанционного управления исполнительным органом, так как устройство осуществляет защиту от изменения напряжения только в месте контроля напряжения. Кроме того, отсутствует индикация причины срабатывания устройства защиты (вследствие увеличения или уменьшения контролируемого напряжения).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для защиты аппаратуры от неисправностей в трехфазной сети, содержащее исполнительный орган, два операционных усилителя, два регулируемых делителя напряжения, сглаживающий фильтр и трехфазный выпрямитель [3].

Недостатком указанного устройства является низкая надежность его работы, так как датчик контролируемого напряжения и приемник с исполнительным органом могут находиться на значительном удалении друг от друга, кроме того, в цепях передачи результата измерения напряжения возможны различные затухания, наводки, помехи, что ведет к ошибочному срабатыванию исполнительного органа вследствие низкой помехозащищенности в цепях передачи от контролируемого источника напряжения до исполнительного органа.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем обеспечения дистанционного управления исполнительным элементом и помехозащищенности в цепях передачи результата измерения напряжения.

Цель достигается тем, что устройство для защиты от изменения напряжения, содержащее трехфазный выпрямитель, подключенный к контролируемой сети, сглаживающий фильтр, делитель напряжения, два пороговых элемента в виде операционных усилителей, источник опорных напряжений и исполнительный элемент, снабжено амплитудным модулятором, с модуляцией во входной цепи, подключенным к выходу сглаживающего фильтра, опорным генератором, выход которого соединен с вторым входом амплитудного модулятора, последовательно соединенным цепью связи, вход которой подключен к выходу амплитудного модулятора, первым полосовым фильтром, первым амплитудным детектором, выход которого подключен к первому входу делителя напряжения, последовательно соединенными вторым полосовым фильтром, вход которого подключен к выходу цепи связи, и вторым амплитудным детектором, выход которого подключен к второму входу делителя напряжения, который выходом подключен одновременно к инверсному входу первого порогового элемента и к прямому входу второго порогового элемента, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам источника опорных напряжений, а выходы пороговых элементов подключены к исполнительному элементу.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предложенного устройства для защиты от изменения напряжения. Устройство состоит из трехфазного выпрямителя 1, cглаживающего фильтра 2, амплитудного модуля 3 с модуляцией во входной цепи, опорного генератора 4, цепи 5 связи, первого 6.1 и второго 6.2 полосовых фильтров, первого 7.1 и второго 7.2 амплитудных детекторов, делителя 8 напряжения, первого 9 и второго 10 пороговых элементов, источника 11 опорных напряжений и исполнительного элемента 12.

Контролируемые фазы A, B, C подводятся к трехфазному выпрямителю 1, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 2. К выходу сглаживающего фильтра подключен первый вход амплитудного модулятора 3 с модуляцией во входной цепи, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 4. Выход амплитудного модулятора 3 последовательно соединен через цепь 5 связи с первым полосовым фильтром 6.1 и первым амплитудным детектором 7.1. Вход второго полосового фильтра 6.2, последовательно соединенного с вторым амплитудным детектором 7.2, подключен к выходу цепи связи. Выходы первого 7.1 и второго 7.2 амплитудных детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами делителя 8 напряжения, выход которого одновременно подключен к разным входам пороговых элементов 9 и 10. К вторым входам пороговых элементов 9 и 10 подключены первый и второй выходы источника 11 опорных напряжений. Выходы пороговых элементов 9 и 10 подключены к входам исполнительного элемента 12.

На фиг. 2 приведены графики, поясняющие работу амплитудного модулятора 3 с модуляцией во входной цепи, где а - передаточная вольт-амперная характеристика амплитудного модулятора, б - временная диаграмма входных напряжений: высокочастотного гармонического напряжения с опорного генератора 4U= V_смcost и напряжения смещения V_см, изменяющегося пропорционально контролируемому напряжению сети (в данном случае V_см=0), в - временная диаграмма выходного тока амплитудного модулятора.

На фиг. 3 приведены зависимости коэффициентов гармоник от угла отсечки выходного тока амплитудного модулятора 3, где коэффициент гармоник представляет собой отношение амплитуды спектральной составляющей тока к амплитуде импульса тока.

Устройство для защиты от изменения напряжения работает следующим образом.

Контролируемое сетевое напряжение фаз A, B, C выпрямляется в трехфазном выпрямителе 1. В сглаживающем фильтре 2, на конденсаторе, задерживаются кратковременные скачки сетевого напряжения. Далее контролируемое напряжение подается на первый вход амплитудного модулятора 3 с модуляцией во входной цепи, на второй вход которого поступает высококачественное несущее колебание с опорного генератора 4. С выхода амплитудного модулятора 3 снимается колебание, ток которого имеет определенный угол отсечки и определенные амплитуды гармоник I_m1, I_m2 и т.д. Причем номиналы элементов амплитудного модулятора 3 выбраны таким образом, что напряжение смещения V_см при номинальном значении контролируемого напряжения сети равно нулю, следовательно, угол отсечки выходного колебания = . .

Высокочастотный сигнал с выхода амплитудного модулятора 3 проходит через цепь 5 связи, в качестве которой может выступать проводная линия связи, и поступает на входы полосовых фильтров 6.1 и 6.2. При этом первый полосовой фильтр 6.1 настроен на частоту первой гармоники, а второй полосовой фильтр 6.2 настроен на частоту второй гармоники. С выходов фильтров 6.1 и 6.2 отфильтрованные гармонические составляющие поступают на входы соответственно первого и второго амплитудных детекторов 7.1 и 7.2, предназначенных для определения амплитуд первой и второй гармоник тока I_m1, I_m2. Выходы амплитудных детекторов 7.1 и 7.2 подключены к соответствующим входам делителя 8 напряжения, предназначенного для нахождения отношения амплитуд первой и второй гармоник . Как следует из фиг. 2 и 3, при стабильном угле отсечки выходного тока, снимаемого с выхода амплитудного модулятора 3, отношение амплитуд гармоник будет постоянным независимо от величины затухания в цепи 5 связи, следовательно, будет постоянным напряжение V_дел на выходе делителя 8 напряжения. Это напряжение одновременно подается на инверсный вход первого порогового элемента 9 и на прямой вход второго порогового элемента 10. На прямой вход первого порогового элемента 9 от источника 11 опорных напряжений поступает верхнее пороговое напряжение V_пор, а на инверсный вход второго порогового элемента 10 поступает нижнее пороговое напряжение V_пор. Пороговые элементы 9 и 10 предназначены для выявления разницы между выходным напряжением V_дел делителя 8 напряжения и верхним либо нижним пороговым напряжением и для выдачи при необходимости аварийного сигнала в исполнительный элемент 12. В рассматриваемом случае, когда стабильной выполняется неравенство V_порV_делV_пор, пороговые элементы 9 и 10 находятся в исходном состоянии.

В случае нестабильности контролируемого сетевого напряжения значение угла отсечки изменяется, следовательно, изменяется и отношение гармоник , что ведет к изменению напряжения V_дел на выходе делителя 8 напряжения, следовательно, срабатывает один из пороговых элементов, выдавая аварийный сигнал.

При увеличении сетевого напряжения выше допустимого значения увеличивается угол отсечки - он становится больше , следовательно, коэффициент первой гармоники = ₁ увеличивается, а коэффициент второй гармоники = ₂ уменьшается, что ведет к увеличению отношения , т.е. увеличивается напряжение V_дел на выходе делителя 8 напряжения, оно становится больше V_пор, и на выходе порогового элемента 9 появляется аварийный сигнал, который поступает в исполнительный элемент 12. При уменьшении сетевого напряжения ниже допустимого значения угол отсечки становится меньше , это ведет к уменьшению коэффициента первой гармоники и к увеличению коэффициента второй гармоники , следовательно, уменьшается отношение , а это ведет к уменьшению напряжения V_дел на выходе делителя 8 напряжения, оно становится меньше V_пор, вследствие чего на выходе порогового элемента 10 появляется аварийный сигнал, который поступает в исполнительный элемент 12. При пропадании напряжения на одной из фаз схема работает так, как и при уменьшении сетевого напряжения.

Значения верхнего V_пор и нижнего V_пор пороговых напряжений выбираются в зависимости от значения контролируемого напряжения сети. Выбор угла отсечки выходного тока амплитудного модулятора 3, равного , объясняется тем, что это значение является средним на интервале - , на котором функция зависимости коэффициента первой гармоники ₁ от угла отсечки является монотонно возрастающей, а функция зависимости коэффициента второй гармоники ₂ от угла отсечки является монотонно убывающей, т.е. именно в этом интервале значений угла отсечки схема работает наиболее эффективно и с большей чувствительностью к изменениям контролируемого напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство для защиты от изменения напряжения осуществляет дистанционное срабатывание исполнительного органа.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что затухания и помехи в цепи связи не влияют на результат контроля напряжения, так как амплитуды гармоник колебаний подвержены одинаковым затуханиям и одинаковому воздействию помех, следовательно, отношение амплитуд гармоник стабильно при изменениях параметров цепи связи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ трехфазной цепи, содержащее предназначенный для подключения к сети трехфазный выпрямитель, к выходу которого подключен сглаживающий фильтр, делитель напряжения, выход которого подключен к инверсному входу первого порогового элемента, к прямому входу которого подключен первый выход источника опорных напряжений, второй выход которого соединен с инверсным входом второго порогового элемента, выходы первого и второго пороговых элементов подключены к первому и второму входам исполнительного элемента соответственно, отличающееся тем, что, в него дополнительно введены амплитудный модулятор с модуляцией во входной цепи, опорный генератор, цепь связи, два полосовых фильтра и два амплитудных детектора, при этом выход сглаживающего фильтра подключен к первому входу амплитудного модулятора, к второму входу которого подключен выход опорного генератора, выход амплитудного модулятора подключен через цепь связи к входам первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соответственно через первый и второй амплитудные детекторы подключены к первому и второму входам делителя напряжения соответственно, выход которого соединен с прямым входом второго порогового элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3