|
|
Т а б л и ц а 14.13 |
|
Т а б л и ц а |
14.14 |
|
|
|
а га 1 |
|
|
|
о2йі |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
01 |
п |
10 |
00 |
01 |
п |
10 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Клетки, занятые неустойчивыми состояниями, а также физи |
чески |
нереализуемыми |
состояниями можно |
заполнять |
как 1, |
так и 0. |
|
|
|
|
(см. табл. |
14.14). |
Так таблице 14.13 может быть придан вид |
Тогда |
|
|
Іх = т. |
|
|
(14. 10) |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, процесс управления согласно заданному сло |
|
|
весно |
алгоритму характеризуется уравнениями |
«1 |
а г т |
|
|
fm= ß i • т \ ! а2, |
|
|
I |
|
|
fx — m. |
|
|
(14.11) |
т |
|
|
|
|
|
Структурная схема релейной системы уп М X равления в соответствии с формулами (14.9)
и (14.10) приведена на рис. 14.9.
Рис. 14.9. Струк турная схема ре лейного управляю щего устройства
Изложенная выше методика синтеза алго ритма многотактных релейных схем исполь зуется для построения защит электроэнергети ческих систем летательных аппаратов.
Г л а в а 15
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЗАЩИТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
15. 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩ И ТАМ
Назначение различных защит, устанавливаемых в системах электроснабжения летательных аппаратов, состоит в том, чтобы предупредить тяжелые последствия, к которым могут привести возникшие аварийные режимы, связанные с отказом отдельных элементов оборудования систем электроснабжения и потреби телей.
Кроме обычных требований, предъявляемых к авиационному оборудованию, к защитам предъявляются специальные требова ния: селективность работы, быстродействие и обеспечение неза висимости работы защищаемых устройств от отказов самой за щиты.
Под селективностью работы защиты понимается такое ее дей ствие, при котором она отключает только отказавший агрегат, участок сети или отдельный канал системы электроснабжения (при параллельной работе нескольких генераторов).
Быстродействие защиты необходимо для уменьшения разме ров разрушения отдельных устройств, уменьшения времени пере рыва питания потребителей и сохранения устойчивой работы ге нераторов. Последнее особенно важно при параллельной работе генераторов переменного тока стабильной частоты. При двухфаз ных и трехфазных коротких замыканиях генераторы переменно го тока могут выйти из синхронизма, и их включение на парал лельную работу после отключения короткого замыкания может сопровождаться уравнительными токами, превышающими токи короткого замыкания. Быстрое отключение металлических и перемежающихся коротких замыканий предупреждает также возникновение пожара на летательном аппарате.
В то же время защита не должна срабатывать при нормаль ных коммутационных режимах, когда возможны кратковремен ные повышения и понижения напряжения и частоты, значитель ные увеличения тока. К таким режимам относятся, в частности, включение и отключение мощных потребителей, включение гене-
раторов переменного тока на параллельную работу. Значитель ные колебания напряжения и частоты могут возникнуть после отключения коротких замыканий.
Независимость работы защищаемых устройств от отказов элементов защиты обеспечивает их более высокую надежность. Если неисправности в системе защиты вызывают отключение за щищаемых устройств, то вероятность безотказной работы
|
Р = Р у Р э, |
|
|
где Ру — вероятность |
безотказной |
работы |
защищаемого |
устройства без учета ложного действия защиты; Р3— вероятность безотказной работы защиты.
Неисправности в самой защите не должны приводить к лож ному отключению исправных каналов системы электроснабже ния и устройств.
На летательных аппаратах устанавливаются защиты: приводов генераторов от чрезмерного повышения частоты
вращения; > генераторов от перегрузки при подключении аэродромных
источников; генераторов от потребления ими мощности из сети;
генераторов и сети от перегрева и воспламенения при пере грузках и коротких замыканиях («защиты от коротких замы каний») ;
генераторов и сети при обрывах фаз; сети от повышения и понижения напряжения и частоты;
сети от подключения источников с неправильной полярно стью;
сети от подключения источников с неправильным чередова нием фаз.
Каждая из перечисленных защит включает в себя измери тельные элементы (чувствительные элементы), сигналы которых преобразуются в специальных блоках в определенные реакции на выходе защиты.
15.2.ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ЗАЩИТЫ
ИИХ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ
При проектировании простых систем защиты эта задача ре шается достаточно просто без применения математических ме тодов синтеза. При проектировании сложных систем интуитив ным способом трудно убедиться, что полученная схема имеет минимальное количество логических элементов, и что рёшение задачи близко в этом смысле к оптимальному.
В настоящее время разработаны различные методы синтеза схем (автоматов), исходя из условий наиболее экономного рас ходования логических элементов (6, 7, 15]. Синтез многотактных схем (схем с памятью, блокировками), к классу которых отно-
сятся защиты, можно проводить при помощи таблиц включений, таблиц переходов, матриц переходов и др. Наиболее универсаль ным является метод таблицы переходов, предложенный Д. Хафф меном.
В таблице переходов каждый столбец соответствует состоя
нию входа, строка — определенному |
внутреннему состоянию |
схемы, а клетка таблицы — полному |
состоянию схемы. Невоз |
можным состояниям в клетках проставляется прочерк. Возмож ные состояния номеруются.
Обозначив первую клетку возможного состояния цифрой «1»,
заключают ее в треугольные скобки < > |
(устойчивое состояние' |
и в столбце выходной функции ставится |
ее значение 0 или 1. |
Принимают, что из устойчивого состояния возможен переход в другое неустойчивое состояние, когда меняется лишь только одна переменная в состоянии входа. Неустойчивые состояния нумеруются по порядку. В следующей строке за устойчивое со стояние принимается состояние, соответствующее цифре «2», и в соответствии с входами ставится значение выходной функции. Если переход из состояния «2» в состояние, соответствующее первому столбцу, приводит к новому значению выходной функ ции (при тех же входах), то ставится номер неустойчивого со стояния следующего за последним в первой строке и далее новые номера в каждом новом «ненумерованном» столбце. В «нумеро ванных» столбцах цифры повторяются, если не меняется значе ние выходной функции при переходе неустойчивого состояния в устойчивое. Возможен и другой порядок записи таблицы пере ходов.
Синтез схем, заданных таблицами переходов, сводится к сле дующим операциям:
минимизации таблицы переходов (сжатию строк); кодированию внутренних состояний; составлению таблиц состояний элементов памяти и состояний
выходов; получению структурных формул включения элементов памя
ти и выходов (структурному синтезу схемы).
1. Синтез канала защиты сети от повышения напряжения
Используя метод таблицы переходов, проведем синтез кана ла защиты сети от повышения напряжения при параллельной работе генераторов переменного тока.
В общем случае схема канала защиты сети от повышения на пряжения с необратимым отключением генератора может быть представлена в виде ориентированного (п, k) — полюсника с обратными связями, реализующими элементы памяти. Из ана лиза условий работы канала защиты сети от повышения напря жения следует, что л = 3, k = \. В качестве входов (3, 1) -полюс ника приняты:
Хѵ — сигнал о повышении напряжения сети;
X Q— сигнал о повышении реактивной мощности; Хи — сигнал параллельной работы генераторов.
Выходом (3. 1)-полюсника Z\ является сигнал на необрати мое отключение агрегата переменного тока стабильной частоты.
Примем, что каждый из входов этого канала защиты при нимает одно из значений конечного множества р,= {0,1} в соот ветствии со следующими условиями:
х f 0 при U < £/„-}-д£/Д0п; I и I 1 при и > и л+ д£/Д0п; I х = f 0 при <Зср + Д<2допГ 1
Q 1 1 при Qcp+ AQдоп» I
О—нет сигнала параллельной работы;
|
|
1 —есть |
сигнал параллельной |
работы. |
Значение выходной функции канала защиты: |
|
7 _ |
О — если сигнала на отключение отказавшего генера- |
тора нет; |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 — если есть сигнал на отключение отказавшего гене |
Здесь |
ратора. |
|
|
|
|
|
|
|
U — напряжение в сети; |
|
|
|
|
|
АОдоп — допустимое отклонение напряжения от номиналь |
|
|
ного значения t/H; |
|
|
|
|
|
Qcp— среднее значение реактивной мощности, приходя |
|
|
щейся на генератор; |
|
|
|
мощности от |
|
AQÄou — допустимое отклонение реактивной |
|
|
среднего значения, приходящейся на генератор. |
Тогда условия работы канала защиты сети от повышения на |
пряжения могут быть представлены |
в виде таблицы переходов |
(табл. |
15.1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 15.1 |
|
|
— |
|
X UXQX» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ 1 |
|
000 |
001 |
010 |
011 |
100 |
101 |
ПО |
111 |
|
|
|
<1> |
2 |
|
4 |
3 |
5 |
|
|
0 |
|
1 |
<2> |
— |
— |
— |
— |
0 |
|
6 |
— |
— |
--- |
<3> |
7 |
— |
— |
1 |
|
— |
2 |
— |
<4> |
|
— |
— |
8 |
0 |
|
— |
2 |
— |
|
3 |
<5> |
— |
8 |
0 |
|
<6> |
9 |
— |
— |
3 |
— |
— . |
— |
1 |
|
|
9 |
— |
--. |
3 |
<7 > |
— |
8 |
1 |
|
— |
— |
— |
10 |
— |
7 |
— |
<8> |
1 |
|
6 |
<9> |
— |
10 |
— |
7 |
— |
— |
1 |
|
— |
9 |
|
<ю> |
— |
— |
— |
8 |
1 |
Процесс склеивания таблицы переходов происходит следую щим образом. Выбираются все строки, имеющие в клетках одни
и те же устойчивые или неустойчивые состояния, и записывают ся одной строкой. В результирующей строке записываются: устойчивое состояние, если в склеиваемых строках в данном столбце оно встречалось; неустойчивое, если встречалось толь ко оно; прочерк, если встречались только прочерки. Аналогично склеиваются оставшиеся строки. Склеивание таблицы переходов представлено в табл. 15. 2.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
15.2 |
<1> |
<2> |
— |
<4> |
3 |
<5> |
— |
8 |
<6> |
<9> |
— |
(Ю ) |
<з> |
<7> |
— |
(8 ) |
Для определения структурной формулы включения промежу точного элемента памяти Y (реле памяти) составлена таблица
состояний (табл. |
15.3). |
Последняя |
таблица |
получена из |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
15.3 |
|
|
|
|
X u X Q X n |
|
|
|
У |
|
|
|
Oil |
|
|
|
Ill |
|
000 |
001 |
010 |
100 |
101 |
п о |
0 |
0 |
0 |
. . |
0 |
1 |
0 |
_ |
1 |
1 ! |
1 |
1 |
- |
1 |
1 |
1 |
— |
1 |
і |
|
|
|
|
|
|
|
|
табл. 15.2 заменой устойчивых и неустойчивых состояний их зна чениями выходной функции Z] в соответствии с табл. 15.1.
В соответствии с табл. 15.3 структурная формула включения элемента памяти имеет вид
Y = y \ J X uX QX ß\ / X uX Q
или
r = y \ J X u (X nV X Q). |
(15.1) |
При построении структурной схемы только из интегральных элементов типа «И — НЕ» структурная формула получается в следующем виде:
С целью определения структурной формулы выходного сиг нала используется табл. 15.4, полученная из табл. 15.2, в кото рой вместо устойчивых состояний поставлены их значения из табл. 15.1, а вместо неустойчивых состояний — нули. Логиче-
ское уравнение выходного сигнала Zb полученное из табл. 15.4, имеет вид
|
|
|
|
|
|
=У- |
|
(15-3) |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
15.4 |
|
|
|
|
|
* U |
* Q X п |
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
ш |
|
|
|
000 |
001 |
010 011 |
100 |
101 п о |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Рис. 15. 1. |
Структурная схема |
|
|
|
|
|
" |
|
включения элемента памяти на |
|
|
|
|
|
|
|
элементах «ИЛИ», «И» и «НЕ» |
Структурная схема включения элемента памяти Y и выход ного сигнала представлена на рис. 15.1 (Z\ = y ).
2.Синтез каналов защиты сети от повышения
ипонижения напряжения
Общая схема защиты сети от повышения и понижения напря жения при необратимости действия защиты представляется в ви де ориентированного (п, &)-полюсника с s-обратными связями, реализующими элементы памяти. Из анализа условий работы защиты следует, что « = 5, k —\. В качестве входов (5, ./)-полюс- ника входят сигналы Xv, XQ, Хп и сигналы:
Хи — о понижении напряжения сети; Хд — о понижении реактивной мощности, отдаваемой гене
ратором.
Сигналы Хи и Хд принимают одно из значений множества р = {0,1} в соответствии со следующими условиями:
0 при U > U H— AUwn\ 1
1 при U < £ /„ — д£/Д0п; J
0 при Q >Q cp— ÄQXO„; )
1 При Q <Q cp— Д<2доп- I
Условия работы этих каналов могут быть представлены таб лицей переходов (табл. 15.5), сжатие которой представлено в табл. 15. 6. На основании табл. 15. 5 и 15. 6 составлена табл. 15. 7 для определения структурной формулы включения элемента па мяти Y и выходного сигнала Z (табл. 15. 8).
Уравнение функции включения элемента памяти
У = у \ і х и (хаV X Q )V |
(ХЛ V X q). |
( 1 5 . 4 ) |
Структурная формула выходного сигнала
Z=y. (15.5)
Сравнение выражений (15. 1) и (15.4) показывает, что «при соединение» к каналу защиты сети от повышения напряжения канала защиты сети от понижения напряжения, также необра тимого действия, приводит к увеличению уравнения функции включения элемента памяти на слагаемое параллельного ка нала.
3. К синтезу системы защиты агрегата переменного тока стабильной частоты
Система защиты агрегата переменного тока стабильной ча стоты включает защиту:
сети от повышения и понижения напряжения и частоты; от перегрева при коротких замыканиях;
от разрушения при чрезмерном повышении частоты вра
щения. |
1 и 2, дополнительно |
К входным сигналам, указанным в п. п. |
должны войти следующие сигналы: |
|
Ак — короткое замыкание; |
привода; |
Аю — чрезмерное повышение скорости |
Xf — повышение частоты в сёти; |
|
Хр — поівышение активной мощности, отдаваемой генерато ром;
Х9 — снижение частоты в сети;
Хр — снижение активной мощности, отдаваемой генерато
ром;
Z4 — срабатывание защиты.
Перечисленные сигнала принимают одно из значений множе
ства (я= {0,1} в соответствии со следующими условиями: |
|
|
0 — при отсутствии коротких замыканий фидера гене-1 |
А„= |
|
ратора; |
|
|
|
|
| |
|
1 — при коротком замыкании фидера генератора. |
J |
Ас |
0 — при частоте вращения «<1,2 «н; |
1 |
|
1 — при частоте вращения «>1,2 «н. |
/ |
|
|
|
Xf |
0 — при /</н+л/доп; |
|
|
|
1 — при />/н+А/доп- |
|
|
|
|
|
|
|
Хр = \ |
0 - |
при Р *</)ср+ ХРдоп, |
|
|
|
1 |
При Р^>Рср“ЬАРдоп* |
|
|
Хѵ |
0 |
При /> /н |
А/доп1 |
|
|
|
1 — при /< /н — А/дот |
|
|
|
Хр = < 0 |
при Р > Р ср — АРДОП, |
|
|
|
1 |
при Р < Р Ср |
■АР |
|
|
|
0 — нет сигнала на |
|
доп* |
|
|
Z i = \ |
|
|
|
срабатывание защиты; |
|
1 — есть сигнал на срабатывание защиты. |
|
Здесь / и Р — соответственно частота тока и активная мощность генератора;
/н— номинальная частота тока;
Pcp — среднее значение реактивной мощности, приходя щейся на генератор при параллельной работе;
Л/доп — допустимое отклонение частоты от /н; А-Рдоп — допустимое отклонение активной мощности, от
даваемой генератором, от
Схема |
защиты |
агре |
гата переменного |
тока |
стабильной |
частоты |
мо |
жет быть представлена в виде (11—1)-полюсника с s-обратными связями, реализующими элементы памяти.
При числе входов бо лее пяти синтез схемы при помощи таблиц перехо дов получается громозд ким. Более рационально синтез такой схемы про водить при помощи усе ченных таблиц переходов,
рассмотренных |
в |
литера |
туре |
[7]. |
|
|
уравнение |
Логическое |
|
элемента |
памяти защиты |
агрегата |
переменного то |
ка |
стабильной |
частоты |
при |
условии необратимо |
сти |
действия |
каждого из |
каналов |
защиты |
полу |
чается |
в |
следующем |
виде: |
|
|
|
|
Рис. 15.2. Структурные схемы защиты агрегата переменного тока стабильной частоты:
а —на элементах «И Л И », «И» и «Н Е »; б—на элементах «И —НЕ»
У1=у1\ / х к\ / х ш\ / х и(хпѵ XQ)V |
(ХпV |
Х9уV |
V X f (Xa\J X р)V x f) (ХпV х ѵ) |
(15. ба) |
или
ѵ^УгѴ x k\j х ш\/ х а(хи\у х а\у Xf V Хѵ)Ѵ
V X VX Q y x ux qV X sXp V ХтХр. |
(15 .6б> |
Или, используя только логические элементы «И — НЕ» вме |
сто 15.6, а получим |
|
У^Уі'ХѵХьХиХьХд X uX aX qX fX nX pX 9X aX p. |
(15.7). |
С учетом выдержек времени, которые не учитываются при синтезе схем, структурные схемы защиты агрегата переменного
