УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ ФАЗАХ Российский патент 1997 года по МПК H02H7/09 H02H5/10 

Изобретение относится к релейной защите трехфазных электродвигателей.

Известно устройство для защиты трехфазной нагрузки от несимметричных режимом работы, в котором в основу защиты положен принцип сравнения сдвига фаз между токами в линейных проводах трехфазной сети в нормальном и аварийном режимах работы электроприемников [1]
Недостатком последнего является использование в качестве датчиков специальных насыщающихся трансформаторов тока, выходные сигналы которых не могут быть использованы для построения других защит (максимально-токовой, время-токовой и т.д.).

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является устройство для защиты от несимметрии фазных токов, в котором защита от обрыва фазы основана на сравнении временных параметров формы напряжений на выходе выпрямителя, питающегося от датчиков токов, в нормальном и аварийном режимах [2]
Данное устройство обладает рядом недостатков.

При резких сбросах нагрузки могут происходить ложные срабатывания защиты, так как отрезок времени, когда знак производной выпрямленного напряжения с датчиков тока отрицательный, может превысить или быть равным заданному времени сравнения, а заданное время сравнения не может быть более 5,0 мс, т. е. 0,5 периода 100 Гц гармоники тока, которая будет на выходе выпрямительного моста при обрыве фазы.

То же самое может происходить при кратковременных провалах (исчезновении) напряжения одной фазы сети на время более 5,0 мс.

Вторым недостатком данного устройства является использование трех измерительных трансформаторов тока, так как в любой трехфазной системе токов из двух измеренных токов всегда можно получить третий путем их алгебраического суммирования.

Технический результат заявляемого устройства упрощение и повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее два трансформатора тока и трехфазный выпрямительный мост, введены нагрузочный резистор, усилитель, резистивный делитель с фильтром, компаратор, конденсатор, интегратор, пороговый элемент и исполнительный орган, причем начала обмоток первого и второго трансформаторов тока соединены с первым и вторым входами выпрямительного моста, а концы объединены и подключены к третьему входу выпрямительного моста, выходы которого соединены с нагрузочным резистором и входом усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора и через резистивный делитель с фильтром к второму входу компаратора, выход которого через конденсатор и интегратор соединен с первым входом порогового элемента, выход которого подключен к исполнительному органу и второму входу порогового элемента.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в сравнении суммарного выпрямленного тока с его уменьшенным и отфильтрованным значением, что при работе электродвигателя в двухфазном режиме приводит к появлению импульсов на выходе компаратора и в результате к срабатыванию исполнительного органа.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, а на фиг. 2 и фиг. 3 -временные диаграммы, поясняющие его работу, где приняты следующие обозначения:
1, 2 трансформаторы тока;
3 выпрямитель;
4 нагрузочный резистор;
5 усилитель;
6 резистивный делитель с фильтром;
7 компаратор;
8 конденсатор;
9 интегратор;
10 пороговый элемент;
11 исполнительный орган;
i_a, i_b, i_c сигналы, соответствующие токам в фазах сети;
U_d напряжение, пропорциональное суммарному выпрямленному току;
U_ф напряжение на выходе резистивного делителя с фильтром;
U_к напряжение на выходе компаратора;
U_и напряжение на выходе интегратора;
U_п напряжение порога срабатывания защиты;
U_пэ напряжение на выходе порогового элемента.

Предлагаемое устройство защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах содержит трансформаторы тока 1, 2, трехфазный выпрямительный мост 3, нагрузочный резистор 4, усилитель 5, резистивный делитель с фильтром 6, компаратор 7, конденсатор 8, интегратор 9, пороговый элемент 10 и исполнительный орган 11, причем начала обмоток трансформаторов тока 1, 2 соединены с первым и вторым входами выпрямительного моста 3, а концы объединены и подключены к третьему входу выпрямительного моста 3, выходы которого соединены с нагрузочным резистором 4 и входом усилителя 5, выход которого подключен к первому входу компаратора 7 и через резистивный делитель с фильтром 6 к второму входу компаратора 7, выход которого через конденсатор 8 и интегратор 9 соединен с первым входом порогового элемента 10, выход которого подключен к исполнительному органу 11 и второму входу порогового элемента 10.

Показанное на фиг. 1 подключение двух трансформаторов тока 1, 2 к выпрямительному мосту 3 позволяет на нагрузочном резисторе 4 получить выпрямленное напряжение, пропорциональное суммарному выпрямленному току всех трех фаз электродвигателя, так как к третьему входу выпрямителя всегда протекает ток, равный алгебраической сумме токов в двух фазах сети i_b, i_c, т.е. ток, пропорциональный току в фазе A сети i_a. При этом на выходе усилителя 5 формируется постоянное напряжение U_d с переменной составляющей 300 Гц (см. фиг. 2б). Это напряжение поступает на первый вход компаратора 7 и на вход резистивного делителя с фильтром 6, с выхода которого уменьшенное и отфильтрованное напряжение U_ф поступает на второй вход компаратора 7. На выходе компаратора 7 в нормальном режиме будет постоянное напряжение U_к (см. фиг. 2в), которое не влияет на интегратор 9 из-за разделительного конденсатора 8.

При обрыве любой фазы сети, как на низкой так и на высокой стороне, нарушается симметрия токов во вторичных обмотках трансформаторов тока 1, 2. На фиг. 3а показаны токи при обрыве, например, фазы A сети. На выходе выпрямителя 3 переменная составляющая выпрямленного напряжения при этом будет содержать в основном вторую гармонику (100 Гц), а размах пульсаций напряжения будет достигать амплитудного значения (см. фиг. 3б). Это напряжение через усилитель 5, поступая на первый вход компаратора 7, сравнивается с уменьшенным и зафильтрованным напряжением U_ф, поступающим на второй вход компаратора 7. На выходе компаратора 7 при этом появляются импульсы в моменты, когда уровень пульсации напряжения на выходе усилителя 5 становится ниже заданного резистивным делителем с фильтром 6 напряжения U_ф (см. фиг. 3в). Эти импульсы, проходя через разделительный конденсатор 8, интегрируются интегратором 9, при этом напряжение U_и (см. фиг. 3г) на его выходе уменьшается и при достижении им уровня срабатывания U_п порогового напряжения (см. фиг. 3г) пороговый элемент 10 срабатывает (см. фиг. 3д), через обратную связь на свой второй вход становится на защелку и, одновременно, включает исполнительный орган 11.

Возврат схемы в исходное состояние производится только после отключения и повторной подачи напряжения сети.

Выбором коэффициента деления резистивного делителя 6 определяется чувствительность устройства к несимметрии фазных токов. Отстройка от ложных срабатываний защиты в моменты пуска электродвигателя или при кратко-временных провалах напряжения сети обеспечивается постоянной времени интегратора 9, емкость которого заряжается от порога срабатывания только при прохождении подряд с частотой 100 Гц 4 5 импульсов с выхода компаратора 5. Если на вход интегратора 9 поступают одиночные импульсы (случайные провалы сети или искрение разрядников по высокой стороне на одной из фаз сети), то напряжение на выходе интегратора 9 успевает возвращаться к исходному уровню и защита не сработает. Для исключения ложного срабатывания защиты в момент подачи напряжения питания и отсутствия токов в сети, когда на выходе выпрямителя 3 напряжение практически равно нулю, компаратор 7 выполнен с небольшим напряжением смещения на первом входе, благодаря чему обеспечивается устойчивое состояние компаратора в одном положении при отсутствии токов в фазах сети.

Предлагаемое устройство защиты используется для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей станков-качалок нефти и других механизмов от обрыва фазы сети как по низкой, так и по высокой стороне питающего трансформатора, для защиты от несимметричных режимов питания и может быть использовано для защиты электродвигателей различных механизмов при любой мощности последних.

Использование: в релейной защите трехфазных электродвигателей. Сущность: в устройство, содержащее трансформаторы тока и трехфазный выпрямительный мост, введены нагрузочный резистор, усилитель, резистивный делитель с фильтром, компаратор, конденсатор, интегратор, пороговый элемент и исполнительный орган, причем начала трансформаторов тока соединены с первым и вторым входами выпрямительного моста, выходы которого объединены и подключены к третьему входу выпрямительного моста, выходы которого соединены с нагрузочным резистором и входом усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора и через резистивный делитель с фильтром - к второму входу компаратора, выход которого через конденсатор и интегратор соединен с первым входом порогового элемента, выход которого подключен к исполнительному органу и второму входу порогового элемента, что позволяет упростить устройство и повысить его надежность. 3 ил.

Устройство защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах, содержащее трансформаторы тока и трехфазный выпрямительный мост, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные усилитель, компаратор, конденсатор, интегратор, пороговый элемент и исполнительный орган, начала обмоток первого и второго трансформаторов тока соединены с первым и вторым входами выпрямительного моста, а концы объединены и подключены к третьему входу выпрямительного моста, выходы которого соединены с нагрузочным резистором и входом усилителя, выход которого через резистивный делитель с фильтром подключен к второму входу компаратора, а выход порогового элемента соединен с его вторым входом.