УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКИ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ПЕРЕКОСА ФАЗ
DEVICE TO CONTROL AND PROTECTTHREE-PHASE LOAD WITH POSSIBILITY OF NON-CONTACT CONTROL OF PHASE SKEW

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз питающей трехфазной сети.
Уровень техники
Известно устройство защиты трехфазных потребителей от несимметричных режимов работы (RU 2269191). Данное устройство сети рассчитано на четырехпроводную трехфазную сеть и предполагает наличие нулевого рабочего провода, что является недостатком. Кроме того, устройство не позволяет контролировать величину перекоса фаз.
Известно устройство для управления трехфазной нагрузкой с защитой от перекоса фаз и сигнализацией (RU 2285320). Устройство также предполагает наличие нулевого провода и, следовательно, обладает тем же недостатком. Устройство обеспечивает контроль каждой фазы в отдельности с помощью двухцветных светодиодных индикаторов, сигнализирующих об отсутствии или о наличии перекоса конкретной фазы. Недостаток устройства заключается в том, что сигнализация является двухуровневой, что позволяет фиксировать только наличие перекоса, но не его величину.
Аналогичными возможностями и теми же недостатками обладает устройство для управления трехфазной нагрузкой с защитой от перекоса фаз и сигнализацией (RU 2291539).
За прототип изобретения принято устройство, приведенное в литературе [Бастанов В.Г. 300 практических советов. М.: Московский рабочий, 352 с. (С. 17-19)] или в интернете по электронному адресу: http://cxema.in/radio-shema120.html. Предлагаемое изобретение строится на базе схемы устройства-прототипа, доработка которого расширяет функциональные возможности и позволяет ликвидировать недостатки, характерные прототипу. Эти недостатки следующие.
Во-первых, для работы устройства-прототипа необходим нулевой провод, которого может не быть в случае использования для питания нагрузки трехпроводной трехфазной сети. И, во-вторых, отсутствует контроль величины перекоса фаз.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы устройства как с четырехпроводной, так и с трехпроводной трехфазной сетью, а также повышение надежности устройства за счет обеспечения бесконтактного контроля величины перекоса фаз, который в режиме реального времени позволяет следить за изменением величины перекоса.
Для достижения вышеуказанного технического результата предложено устройство управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз, включающая феррозонд, содержащий обмотку возбуждения, измерительную обмотку и компенсационную обмотку, генератор прямоугольных импульсов, соединительный конденсатор, блок регистрации с измерительным прибором и компенсатор, при этом оно содержит заземление и дополнительную катушку индуктивности, подключенную к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей и выполненную с возможностью определения величины перекоса фаз в контролируемой трехфазной сети по величине напряженности собственного магнитного поля.
Технический результат достигается следующим образом.
1. С помощью создания дополнительного заземления, позволяющего устройству работать без нулевого провода.
2. С помощью введения в устройство специальной катушки индуктивности, подключаемой к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей. При наличии перекоса фаз в трехфазной сети (четырехпроводной или трехпроводной) в катушке возникает постоянное магнитное поле, величина напряженности которого пропорциональна величине перекоса фаз. Напряженность можно контролировать бесконтактно с помощью измерительного устройства, построенного на базе феррозондового преобразователя. И, следовательно, можно контролировать величину перекоса фаз.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена схема устройства управления и защиты трехфазной нагрузки.
На Фиг. 2 представлено измерительное устройство для контроля величины перекоса фаз.
На Фиг. 3 представлена схема генератора прямоугольных импульсов.
Сущность изобретения
Устройство работает на принципе создания искусственной нейтрали с помощью трех конденсаторов C1, С2, С3 (см. Фиг. 1). В результате перегрузки одной из фаз и, тем более, ее обрыва возникает напряжение между искусственной нейтралью и землей. При этом в отличие от прототипа предлагается использовать дополнительное заземление, обеспечивающее работу устройства также и в трехпроводной трехфазной сети. Возникающее напряжение выпрямляется с помощью диодного моста (VD1-VD4). Выпрямленное напряжение подается на параллельно включенные реле K1, катушку L1 и емкость С4. При обрыве одной из фаз срабатывает реле К1, которое своими контактами разрывает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ, и нагрузка, например электродвигатель М, отключается от сети. Предусмотрено также и отключение катушки магнитного пускателя с помощью теплового реле КК. Емкость конденсатора С4 подбирается таким образом, чтобы исключить срабатывание реле в пусковом режиме.
Основной отличительной особенностью схемы, кроме дополнительного заземления, является наличие катушки индуктивности L1, создающей постоянное магнитное поле, напряженность которого пропорциональна величине выпрямленного напряжения между искусственной нейтралью и землей. Эта напряженность, характеризующая перекос фаз, может быть измерена бесконтактно устройством на базе феррозондового преобразователя.
Вопросы использования феррозондов для измерения постоянного магнитного поля подробно описаны в литературе: Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат. 1986. 188 с., Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. Учебник для студентов специальности «Автоматика и телемеханика» вузов. М.: Высш. школа, 1974. 416 с. Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в различных схемах автоматизации и контроля. Устройства компактны, отличаются простотой и малым потреблением энергии.
Использование измерителей напряженности магнитного поля позволяет дистанционно, без вмешательства в электрические цепи контролировать в реальном времени величину перекоса фаз трехфазной сети. Шкала измерительного прибора градуируется в уровнях опасности перекоса фаз для трехфазных потребителей. Таким образом, при высоких уровнях опасности нагрузка может быть отключена также и оператором нажатием кнопки Стоп в цепи питания катушки магнитного пускателя.
В устройстве использовано реле постоянного тока типа РП21 (с рабочим напряжением 24 В) и сопротивлением обмотки 200 Ом. Конденсаторы С1-С3 бумажные емкостью 4-10 мкФ на напряжение не менее удвоенного фазного. Катушка индуктивности L1 содержит 4500 витков провода ПЭВ-2, диаметр 0,2 мм. Сопротивление катушки 330 Ом. Сердечник катушки разомкнут.
Схема измерительного устройства (см. Фиг. 2), построенная на базе феррозондового преобразователя, содержит следующие компоненты:
- феррозонд с тремя обмотками - обмоткой возбуждения L1, состоящей из двух встречно намотанных одинаковых половин L1' и L1'', измерительной обмоткой L2 и компенсационной обмоткой L3;
- генератор прямоугольных импульсов, выполненный, к примеру, на элементах НЕ, с возможностью регулирования частоты в пределах 2-200 кГц (Фиг. 3);
- соединительный конденсатор С1, передающий сигнал с выхода генератора на обмотку возбуждения феррозонда, позволяющий исключить постоянную составляющую сигнала с генератора и, как следствие, уменьшить потребляемую генератором мощность;
- блок регистрации, подключаемое к выходу измерительной обмотки, с любым измерительным прибором - вольтметром или амперметром - и с соответствующей схемой включения. Показания измерительного прибора соответствуют величине перекоса фаз;
- компенсатор для установки нулевого значения регистрирующего прибора с помощью переменного резистора R2 при отсутствии измеряемой напряженности магнитного поля, что исключает влияние посторонних источников магнитного поля на результаты измерений.
Генератор прямоугольных импульсов приведен на Фиг. 3 и содержит четыре элемента НЕ (микросхема К561 ЛН2), питающихся от источника 9 вольт. При этом напряжении микросхемы серии К561 на частотах свыше 2 кГц работают устойчиво. Собственно генератор - первые три элемента НЕ. Четвертый элемент НЕ (DD1.4) полезен для исключения влияния обмотки возбуждения феррозонда на работу генератора. Резистор R1 и емкость С1 - частотозадающие элементы. Резистор R1 обеспечивает регулировку частоты генератора. Частота подбирается для получения наибольшей чувствительности феррозонда. Схема генератора простая, отличается малым потреблением мощности и позволяет обеспечить компактную и экономную реализацию всего измерительного устройства в целом.
Измерительное устройство с феррозондом устанавливается в непосредственной близости от обмотки L1 устройства управления и защиты трехфазной нагрузки. Место расположения измерительного устройства определяется чувствительностью феррозонда и удобством его размещения. Выбранное место установки должно сохраняться постоянным в процессе контроля.
Таким образом, предлагаемое устройство управления и защиты трехфазной нагрузки обладает возможностью бесконтактного и непрерывного контроля уровня опасности перекоса фаз. Предварительные испытания устройства показали надежную защиту асинхронных двигателей от перекоса фаз, а также удобство и необходимость бесконтактного контроля в реальном времени трехфазной сети с целью анализа ее неисправности. Такой анализ полезен для понимания причин срабатывания защиты.