Формирование временной задержки защитных устройств

Основным фактором, приводящем к отказу технического устройства, является превышение температуры нагрева допустимого значения Т^о_ДОП. Упрощенно нагрев устройства описывается уравнение

, (7.8)

где - температура окружающей среды,

К_Т – тепловой коэффициент,

Р_П – мощность потерь в техническом устройстве,

Т_Н – постоянная нагрева.

Мощность потерь, при неизменном напряжении питания технического устройства, пропорциональна потребляемому току. Обычно для технического устройства оговаривается допустимое превышение температуры над температурой окружающей среды . Учтя это, определим допустимое время работы технического устройства в функции потребляемого тока

, отсюда (7.9)

. (7.10)

, (7.11)

Где I_П – потребляемый ток,

I_ДОП – допустимый ток по условиям перегрева.

Из уравнения (7.11) следует, что время работы ограничено, только если потребляемый ток превышает допустимый.

Время срабатывания защитного устройства должно соответствовать уравнению (7.11). Электромагнитные и тепловые расцепители имеют большой разброс, и их характеристика не соответствует уравнению (7.11). Электронные устройства позволяют получить у защитного устройства стабильные характеристики заданного вида.

Формирование временной задержки защитного устройства построим по функциональной схеме рис. 7. 5.

Рис. 7. 5 Функциональная схема формирования временной задержки

Сигнал по току предварительно преобразуется в пропорциональное напряжение. U_BX соответствует I_П, а U_CM соответствует I_ДОП. Компаратор К снимает сигнал сброса счетчика СЧ при U_BX >U_CM. Генератор управляемой частоты ГУЧ, схема которого приведена на рис. 7. 6, вырабатывает импульсы, частота которых пропорциональна разнице .

ГУЧ формирует импульсы со сравнительно коротким периодом, увеличить длительность задержки позволяет счетчик СЧ, который формирует сигнал на отключение U_ОТКЛ после накопления определенного числа сигналов. Период следования импульсов, соответственно, время задержки равно

. (7.12)

Рис. 7. 6 Принципиальная схема ГУЧ

Формула (7.12) не совпадает по структуре с формулой (7.11), поэтому модифицируем ГУЧ. Схема модифицированного ГУЧ приведена на рис. 7. 7.

Рис. 7. 7 Схема модифицированного генератора управляемой частоты:

а) принципиальная схема; б) - характеристика компаратора на DA1.

В схеме рис. 7. 7,а интегратор DA2 заменен апериодическим усилителем. За счет смещения напряжением +U_СМ характеристика компаратора принимает вид, приведенный на рис 7,б. Формирование основного временного интервала определим, учтя передаточную функцию апериодического звена

, (7.13)

где – коэффициент апериодического звена,

– постоянная времени апериодического звена.

, отсюда (7.14)

. (7.15)

соответствует потребляемому току I_П, U_ПЕР соответствует допустимому току I_ДОП, в этом случае формула (7.15) повторяет структуру формулы (7.11) то есть, получена необходимая зависимость времени задержки от потребляемого тока. На рис. 7.7. приведены зависимости времени задержки от относительного потребляемого тока.

Рис. 7.8 Зависимости времени задержки от относительного потребляемого тока: 1 – по уравнению (7.15); 2 по уравнению (7.12).

В области больших токов зависимости практически совпадают, но в области малых перегрузок зависимость (7.12) дает большую ошибку во времени задержки. При относительном потребляемом токе больше пяти задержка по времени не создается, так как такой ток возникает при коротком замыкании и требуется максимально быстрое отключение. Формирование сигнала на отключение в области короткого замыкания обычно формируется отдельной схемой в виде обычного компаратора.