CC BY
122
2. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1971. 400 с.
3. Microprocessor based space vector modulation control system of the matrixconverter / E.M. Chekhet [et al.] // Proceedings of the 7th International Power Electronics & Motion Control Conference, PEMC'96, Budapest, Hun-gary.1996. Vol. 2. Р. 319-323.
4. Скользящие режимы с асимптотическими наблюдателями состояния / А.Г. Бондарев [и др.] //Автоматики и телемеханика. 1985. № 6. C. 5-11.
5. Филиппов А.Ф. Система дифференциальных уравнений с несколькими разрывными функциями // Математические заметки. Т. 27. № 2. 1980. C. 255-266.
6 . Эльсгольц Л.Э., Нор вин С.Б. Введение в теорию дифференциальных уравнений с отклоняющимся аргументом. М.: Наука, 1971. 296 с.
E. Alexandrov
Information aspects of synthesis for sliding conditions of dynamic systems with asynchronous phase motor
The problems of information support of dynamic systems for use in sliding mode control loop dynamic system are shown.
Keywords: asynchronous three-phase electric motor, dynamical systems, sliding modes, synthesis, the vector states.
Получено 12.01.10
УДК 621.316.726
Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф., prorector.nauka@nirhtu.ru,
В.Г. Куницкий, канд. техн. наук, доц.,
П.И. Шеленев, ассист., (48762) 6-13-83, pshelenev@yandex.ru (Россия, г. Новомосковск, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева)
ЗАЩИТА ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В КОМБИНИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ШИМ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ
Приведены функциональная схема индикатора асимметрии и описание её работы. Показано, что применение индикатора асимметрии совместно с УЗО для шахтной сети переменного тока промышленной частоты обеспечивает работоспособность таких УЗО в шахтных комбинированных сетях.
Ключевые слова: комбинированная сеть, устройство защитного отключения, индикатор асимметрии, «противоинвертор», измерительный мост.
Обязательным и эффективным способом защиты от утечки в электрических сетях с изолированной нейтралью, к которым относятся и комбинированные шахтные участковые электрические сети с преобразователями частоты различных типов, является применение устройств защитного отключения (УЗО), контролирующих сопротивление изоляции сети относительно земли. При этом на величину тока утечки существенное влияние оказывает форма напряжения, питающего нагрузку, что обусловлено типом применяемого преобразователя частоты [1-2].
Анализ литературных источников показал, что экономически целесообразным направлением в настоящее время можно считать расширение функциональных возможностей уже существующих и серийно выпускаемых промышленностью УЗО, разработанных для шахтных сетей переменного тока промышленной частоты, и, в частности, УЗО на постоянном или импульсном, содержащем постоянную составляющую оперативном токе.
Установлено, что такие устройства защиты удовлетворяют предъявляемым требованиям по чувствительности и быстродействию аварийного отключения в том случае, если и симметричная, и несимметричная утечки происходят на участках переменного тока промышленной частоты (УПЧ) или изменяющейся (УИЧ) частоты комбинированной сети. Однако при возникновении несимметричной утечки на участке постоянного тока (УПТ) эти УЗО неработоспособны [3]. Проведенные авторами экспериментальные исследования показали, что асимметрия сопротивлений полюсов УПТ относительно земли приводит к тому, что УЗО не срабатывает и в том случае, если симметричная и несимметричная утечки возникают на УИЧ. Таким образом, асимметрия полюсных сопротивлений УПТ, даже не являясь сама по себе аварийной, приводит к тому, что УЗО не реагирует не только на несимметричную утечку на УПТ, но в этом случае и на симметричную и несимметричную утечки на УИЧ [4].
Очевидно, что одной из причин отказов в работе УЗО на постоянном оперативном токе при возникновении несимметричной утечки на УПТ является влияние постоянной составляющей его оперативного тока. Кроме того, при работе инвертора ПЧ параллельно сопротивлениям полюсов УПТ Я+ и Я. в каждый момент времени в зависимости от закона управления ключами инвертора подключаются одно, два или три сопротивления изоляции фаз сети на УИЧ. В результате с определённой частотой, равной или кратной несущей частоте инвертора, скачкообразно изменяются сопротивлению полюсов УПТ относительно земли, что в определённых условиях приведет или к отказам УЗО, или к его ложным срабатываниям.
С учетом изложенного была предложена функциональная схема специального дополнительного устройства - индикатора асимметрии (ИА), устраняющего отрицательное влияние асимметрии полюсных сопротивлений УПТ на работу устройств защиты, в которых используется постоянный или импульсный, содержащий постоянную составляющую, оперативный ток. Схема ИА, приведённая на рис.1, имеет следующие основные узлы: измерительный одинарный мост постоянного тока ИМПТ; блок ключей БК, выполняющий роль «противоинвертора»; блок регулируемых активных сопротивлений БАС; фильтр Ф, выделяющий постоянную составляющую напряжения иИ в измерительной диагонали ИМПТ; усилитель У, выполняющий одновременно и роль детектора при возможном изменении полярности постоянной составляющей напряжения ИИ; компаратор К; исполнительный орган ИО. Плечами моста, питаемого по-
стоянным напряжением иВ выпрямителя В, являются сопротивления Я+ и Я- полюсов УПТ и регулируемые активные сопротивления Я1 и Я2, а в его измерительную диагональ включен вход фильтра Ф. Изменяя величину сопротивлений Я1 и Я2, можно исключить влияние постоянной составляющей оперативного тока УЗО на равновесие ИМПТ.
Схема работает следующим образом. Предварительно регулировкой переменных сопротивлений Я1 и Я2 устанавливается равновесие моста для существующих значений полюсных сопротивлений Я+ и Я- УПТ. Незамкнутому состоянию каждого из ключей К1-К6 инвертора И, независимо от алгоритма его работы, то есть закона коммутации ключей, соответствует замкнутое состояние каждого из ключей «противоинвертора» и наоборот. В результате параллельно плечам Я+ и Я- ИМПТ постоянно подключены либо активные сопротивления изоляции кабеля на УИЧ, либо равные им по величине активные сопротивления БАС, равновесие ИМПТ при работе инвертора не нарушается, а напряжение ИИ в измерительной диагонали моста при допустимой асимметрии Я+ и Я- меньше уставки срабатывания ИА.
Рис. 1. Функциональная схема индикатора асимметрии
При возникновении несимметрии токов утечки с полюсов УПТ напряжение разбаланса моста И И поступает через фильтр Ф на вход усилителя У. Его выходное напряжение подается на вход компаратора К, где сравнивается с опорным напряжением, соответствующим уставке срабатывания индикатора. Если асимметрия полюсных сопротивлений УПТ становится больше заданного значения, то напряжение И И превышает величину уставки, меняется полярность напряжения на выходе компарато-
ра К, которое через исполнительный орган ИО ИА воздействует на УЗО, отключающее в этом случае защищаемую сеть.
При этом индикатор должен срабатывать только при заданной асимметрии сопротивлений полюсов Я+ и Я- УПТ и не должен реагировать на возникновение и симметричной, и несимметричной утечек на УИЧ и УПЧ.
Работоспособность ИА исследовалась на приведенной на рис. 2 модели шахтной комбинированной сети с транзисторным ПЧ, обеспечивающим управление инвертором напряжения в режиме синусоидальной симметричной (центрированной) широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Модель составлена с учетом общепринятых допущений, принимаемых при анализе таких сетей. Влияние постоянного оперативного тока УЗО, подключенного к сети на УПЧ, на равновесие ИМПТ не учитывалось, так как оно устраняется регулировкой величины переменных сопротивлений Я1 и Я2 (см. рис. 1) ИА.
Рис. 2. Расчетная схема замещения защищаемой сети с индикатором асимметрии
В результате теоретических исследований, проведенных на модели сети с ИА, подключенным к полюсам выпрямителя, получены зависимости напряжения разбаланса ИИ ИМПТ ИА от степени асимметрии полюсных сопротивлений Я+ и УПТ, параметров сети, вида утечки при её возникновении на каждом из трех участков комбинированной сети и схемы включения транзисторов инвертора, определяющей величину и частоту его выходного напряжения. Их анализ позволил сделать следующие выводы:
1. При симметрии полюсных сопротивлений (Я+ = ), изоляции
фаз сети (ЯА = Яв = Яс = Яд' = Яв' = Яс') и соответствующей настройке переменных сопротивлений Я1 и Я2, устраняющей влияние постоянного оперативного тока УЗО на работу ИА, ИМПТ находится в равновесии и напряжение в его измерительной диагонали И И=0 независимо от величины сопротивлений Я+, Я_, ЯА, Яв, Яс., и состояния ключей К1-К6. Если симметричные и несимметричные утечки и на УПТ, и на УИЧ превышают допустимые значения, то в этом случае срабатывает УЗО, отключая защищаемую сеть.
2. При появлении асимметрии только полюсных сопротивлений
Я+ и на УПТ и сохраняющемся равенстве ЯА = Яв = Яс =
ЯА' = Яв' =Яс') нарушается равновесие ИМПТ и в его измерительной диагонали независимо от состояния ключей К1-К6 появляется постоянное по величине и направлению напряжение И И, которое тем выше, чем больше степень этой асимметрии. Если она достигает некоторого предельного значения, соответствующего неработоспособности УЗО при возникновении и однополюсной утечки на УПТ, и однофазной утечки на УИЧ, то напряжение ИИ становится равным уставке срабатывания ИА. Сигнал с его выхода подается на исполнительный орган УЗО, которое и в этом случае отключает защищаемую сеть.
3. При симметричном снижении сопротивления изоляции сети на УИЧ при неизменных и постоянных значениях активных сопротивлений ЯА' = Яв' = Яс' БАС и симметрии полюсных сопротивлений Я+ и Я- в измерительной диагонали ИМПТ появляется переменное несинусоидальное напряжение, частота которого равна несущей частоте инвертора ПЧ или кратна ей. При этом в нём отсутствует постоянная составляющая, а величина этого напряжения тем больше, чем больше утечка. Заградительный фильтр Ф не пропускает переменное напряжение в усилитель ИА и его выходной сигнал равен нулю при любом симметричном снижении сопротивления изоляции и состояния ключей К1-К6. Если симметричная утечка на УИЧ достигает уставки срабатывания УЗО, то оно отключает защищаемую сеть.
4. При одновременном возникновении и однополюсной утечке на УПТ, и однофазной утечке на УИЧ и при любом варианте включения инвертора переменное несинусоидальное напряжение ИИ, появляющееся в измерительной диагонали ИМПТ, содержит, кроме переменной, и постоянную составляющую, величина которой пропорциональна степени асим-
метрии полюсных сопротивлений УПТ. Эта составляющая выделяется фильтр о мФ и через усилитель У подается на вход компар агор а К. Если степень асимметрии полюсных сопротивлений УПТ превышает уставку срабатывания ИА, то его выходной сигнал подается на исполнительный орган УЗО, которое отключает защищаемую сеть.
Таким образом, проведённые теоретические исследования показали, что применение ИА совместно с устройствами защиты для шахтных электрических сетей переменного тока промышленной частоты, работающими на постоянном или импульсном, содержащем постоянную составляющую оперативном токе позволяет использовать такие УЗО и в комбинированных шахтных сетях.
Список литературы
1. Бабокин Г.И., Щуцкий В.И., Серов В.И. Частотно-регулируемый электропривод горных машин и установок. М.: Издательский центр РХТУ им. Д.И Менделеева, 1998. 239 с.
2. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Куницкий В.Г. Исследование токов утечки в шахтной электрической сети с частотно-регулируемым электроприводом// Электробезопасность. 1995. № 2 . С. 5-11.
3. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Лазарев А.И. Экспериментальное исследование условий работы устройств защитного отключения в сети с преобразователем частоты // Электробезопасность. 1996 . № 3-4 . С. 31-41.
G. Babokin, V. Kunitsky, P. Shelenev
The protective switching-off on a constant operative current for mine networks with alternating current of industrial frequency
Results of researches of a network with the device of DPS on a constant operative current for mine networks of an alternating current of industrial frequency and the indicator of asymmetry are resulted. It is established, that application of the indicator of asymmetry together with DPS provides its working capacity and in the combined mine electric networks.
Keywords: combination network, the device breaker, the indicator of asymmetry, "ant inverter ”, measuring bridge.
Получено 12.01.10
