СПОСОБ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ Российский патент 2007 года по МПК H02H7/08 

Описание патента на изобретение RU2302691C1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может использоваться для защиты асинхронных электродвигателей от аварийных режимов.

Известен способ защиты асинхронного электродвигателя от повреждения и опасных режимов работы, при котором измеряются токи и напряжения на питающем конце линии, к которому подключен электродвигатель, определяется активная мощность на входе и выходе защищаемого двигателя, измеряется крутящий момент на валу электродвигателя, по рабочей характеристике определяется активная мощность, потребляемая электродвигателем в нормальном режиме при измеренном напряжении сети, определяются потери активной мощности в двигателе и формируется сигнал защиты, если указанные потери превышают заданную величину потерь активной мощности в нормальном режиме работы /см. а.с. 1594642, кл. Н02Н 7/08, 1990 г./.

Известно, что активная мощность на входе электродвигателя зависит от параметров качества электроэнергии /см. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость в электрических сетях: Учебное пособие. - Братск: БрГТУ, 1999. - с 34, 36, 40/. Поскольку разность потерь в известном способе определяют как разность активной мощности на входе и мощности, потребляемой электродвигателем в нормальном режиме при измеренном напряжении сети и крутящем моменте на валу электродвигателя, то такая разность будет зависить от параметров качества электроэнергии

где P1 - активная мощность на входе электродвигателя в текущем режиме при фактическом качестве электроэнергии;

P1' - потребляемая электродвигателем из сети активная мощность в нормальном режиме, определенная по рабочей характеристике электродвигателя;

U2 - напряжение обратной последовательности;

I2 - ток обратной последовательности;

u1, u2, ..., un - спектр гармонических составляющих напряжения от 1 до n;

i1, i2, ..., in - спектр гармонических составляющих тока от 1 до n;

δU - отклонение напряжения, определяемые согласно ГОСТ-13109-97.

Например, возможно возникновение такого режима, когда происходит ухудшение качества электроэнергии, но в пределах норм, описанных в ГОСТ-13109-97, и отсутствует аварийный режим, работа электродвигателя еще допустима, однако разность потерь может превысить уставку, что приведет к отключению электродвигателя. Это объясняется тем, что расчетная рабочая характеристика определена без учета параметров качества электроэнергии, и при соответствующем крутящем моменте на валу расчетная мощность будет меньше измеренной активной мощности на входе, настолько, что разница может превысить уставку. Данный пример проиллюстрирован на фиг.1, на которой показана рабочая характеристика M=f(P) двигателя 4А180М4, где 1 - с учетом только отклонения напряжения на питающем конце линии; 2 - с учетом параметров качества электроэнергии (при коэффициенте несимметрии напряжения по обратной последовательности, равном 1%, коэффициенте 3-й гармонической составляющей равном 3%, отклонении напряжения, равном 3%).

Возможен и другой случай, когда при аварийном режиме активная мощность, выделяемая в виде тепла в месте повреждения незначительна, а соответственно, и разность потерь может оказаться меньше уставки срабатывания и защита не среагирует на аварийный режим, например, при витковом замыкании статорной обмотки. Исходя из этого, способ имеет низкую надежность.

Способ также имеет недостаток, который характеризуется низким быстродействием, например, при заклинивании ротора защита может среагировать со значительным запозданием, что приведет к необратимым последствиям, т.е. способ имеет низкое качество контроля.

Технический результат изобретения - повышение надежности и улучшение качества контроля защиты электродвигателя.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов, заключающемся в измерении тока и напряжения на питающем конце линии, к которой подключен электродвигатель, измерении крутящего момента на валу электродвигателя, угловой скорости вращения ротора электродвигателя, определении активной мощности на входе и выходе электродвигателя, потерь активной мощности в нем, формировании сигнала защиты, если указанные потери превышают заданную величину в нормальном режиме работы, дополнительно выделяют из измеренного напряжения на питающем конце линии параметры качества электроэнергии, определяют максимальный момент электродвигателя и формируют сигнал защиты, действующий на отключение электродвигателя, если измеренный крутящий момент на валу электродвигателя близок к максимальному моменту электродвигателя, при этом потери активной мощности и максимальный момент электродвигателя определяют с учетом выделенных параметров качества электроэнергии в текущий момент времени.

Сущность изобретения заключается в том, что контролируются две величины.

Первой контролируемой величиной является разность между активной мощностью на входе электродвигателя P1 и активной мощностью, потребляемой электродвигателем в нормальном режиме P1' при соответствующих параметрах качества электроэнергии и крутящем моменте на валу электродвигателя, в текущий момент времени

Второй контролируемой величиной является отношение между максимальным моментом Mмах и крутящим моментом на валу электродвигателя Ммех, определенных при соответствующих параметрах качества электроэнергии в текущий момент времени

Зависимость влияния параметров качества электроэнергии на максимальный момент и активную мощность на входе электродвигателя можно определить, используя элементы математического моделирования электрических машин /см. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк, 2001, с.125-145/.

Ммах и Р1' определяются при заданных параметрах качества электроэнергии, при моделировании в режиме реального времени, для определенной мощности электродвигателя, при малых приращениях механического момента на валу электродвигателя. Пример механической характеристики электродвигателя 4А132М4 при синусоидальном, симметричном и номинальном напряжении питания, в статическом режиме, полученной путем моделирования, по которой можно определить максимальный момент, показан на фиг.2. Поочередно меняя параметры качества электроэнергии, можно получить массив данных для определения Ммах и P1'. В таком массиве одна из строк или столбцов является Ммах и P1'. Полученный массив программируется в микроконтроллер устройства, реализующего данный способ.

Преимущество предлагаемого способа перед известным заключается в том, что производится контроль механического момента на валу электродвигателя и его сравнение с возможным максимальным моментом, который может развить электродвигатель. Указанное действие позволяет защитить электродвигатель от опрокидывания и заклинивания ротора. Другим преимуществом является то, что максимальный момент и потери активной мощности определяются с учетом параметров качества электроэнергии, чем увеличивается надежность предлагаемого способа при отклонении параметров качества электроэнергии от допустимых.

На фиг.3 показана функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство защиты электродвигателя состоит из электродвигателя 1, датчиков тока 2-4, датчиков напряжения 5-7, датчика крутящего момента на валу электродвигателя 8, датчика угловой скорости 9; аналогового фильтра, выделяющего параметры качества электроэнергии 10, аналого-цифрового преобразователя 11, цифрового микроконтроллера 12 и исполнительного органа 13. Выходы датчиков 2, 3, 4, 8, 9 и фильтра 10 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 11, выход которого подключен к входу цифрового микроконтроллера 12, выход которого подключен к входу исполнительного органа 13, а выход последнего является выходом устройства в целом.

Значение P1 определяется микроконтроллером 11 по измеренным в цепи питания электродвигателя 1 значениям тока и напряжения, а значения P1' и Ммах определяются микроконтроллером 11 по заданному массиву данных, с учетом параметров качества электроэнергии и крутящего момента на валу электродвигателя.

Способ осуществляется следующим образом. В нормальном режиме с помощью датчиков 2-4 измеряются токи, а с помощью датчиков 5-7 измеряются напряжения на питающем конце линии электродвигателя. С помощью фильтра 10 выделяются параметры качества электроэнергии. С помощью преобразователя 11 аналоговые сигналы от датчиков 2, 3, 4, 8, 9 и фильтра 10 преобразуются в цифровые и поступают на вход микроконтроллера 12. По измеренным в цепи питания электродвигателя значениям тока и напряжения микроконтроллером 12 определяется значение P1. По выделенным параметрам качества электроэнергии микроконтроллером 12 определяется значения P1' и Ммах. По значениям P1' и P1 микроконтроллером 12 определяется разность (2), по значениям Ммах и Ммех определяется частное (3). Поскольку электродвигатель работает в нормальном режиме, то значения (2) и (3) меньше заданной величины срабатывания защиты и сигнал на отключение электродвигателя микроконтроллером 12 не формируется.

При возникновении аварийного режима, например обрыве фазного проводника, питающего электродвигатель, значение (2) превысит заданную величину срабатывания защиты, и микроконтроллер 12 сформирует сигнал защиты на отключение электродвигателя от сети. При набросе механической мощности на вал электродвигателя, следствием чего возможна перегрузка или остановка электродвигателя, значение (3) превысит заданную величину срабатывания защиты, и микроконтроллер 12 сформирует сигнал защиты на отключение электродвигателя от сети.

Предложенный способ может быть использован для защиты любого асинхронного электродвигателя от аварийного режима, особенно электродвигателя, питаемого напряжением с низким качеством электроэнергии и подверженного резким набросам механического момента на его вал.

Похожие патенты RU2302691C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Кожельский С.В.
  • Крушев А.Л.
  • Крушев В.Л.
  • Крушев Владимир Тимофеевич
RU2263382C2
Способ безударного подхвата частоты вращающегося асинхронного двигателя 2019
  • Эрман Георгий Зиновьевич
  • Лабецкий Сергей Михайлович
  • Королев Дмитрий Викторович
RU2705195C1
Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки 1989
  • Загоруйко Валерий Тимофеевич
  • Панченко Константин Евгеньевич
  • Яценко Алексей Иванович
SU1760398A1
Универсальный стабилизатор-регулятор электропитания с функцией энергосбережения 2021
  • Фейгин Игорь Львович
RU2771666C1
Способ защиты асинхронного электродвигателя от повреждений и опасных анормальных режимов работы 1988
  • Новогрудский Аркадий Львович
  • Паперно Леонид Борисович
SU1594642A1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНОГО ТОРМОЖЕНИЯ 2004
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Трубин Александр Николаевич
  • Чеснюк Евгений Николаевич
  • Стрижков Сергей Игоревич
RU2275724C1
СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 2008
  • Коровин Владимир Андреевич
  • Коровин Константин Владимирович
RU2381171C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МНОГОКОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Филин Юрий Иванович
  • Кузнецов Михаил Юрьевич
RU2483950C2
Способ противоаварийного управления режимом параллельной работы синхронных генераторов и делительной автоматики в электрических сетях 2018
  • Илюшин Павел Владимирович
  • Куликов Александр Леонидович
RU2692054C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Суворов Иван Флегонтович
  • Горбунов Роман Викторович
  • Палкин Георгий Александрович
  • Коряков Денис Валентинович
RU2529596C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 302 691 C1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты асинхронных электродвигателей от аварийных режимов. Техническим результатом является повышение надежности и улучшение качества контроля защиты электродвигателя. Способ защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов заключается в контроле двух величин: разности между фактической измеренной, потребляемой электродвигателем электрической мощностью и электрической мощностью, которая соответствует измеренной мощности на валу электродвигателя, определенной расчетным путем; отношением между фактическим максимальным электромагнитным моментом, который может развить электродвигатель, определенным расчетным путем и механическим моментом на валу электродвигателя. При этом контролируемые величины определяются с учетом параметров качества электроэнергии для текущего момента времени. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 302 691 C1

Способ защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов, заключающийся в измерении тока и напряжения на питающем конце линии, к которой подключен электродвигатель, измерении крутящего момента на валу электродвигателя, угловой скорости вращения ротора электродвигателя, определении активной мощности на входе и выходе электродвигателя, потерь активной мощности в нем, формировании сигнала защиты, если указанные потери превышают заданную величину в нормальном режиме работы, отличающийся тем, что дополнительно выделяют из измеренного напряжения на питающем конце линии параметры качества электроэнергии, определяют максимальный момент электродвигателя, если измеренный крутящий момент на валу электродвигателя близок к максимальному моменту электродвигателя, формируют сигнал защиты, действующий на отключение электродвигателя, при этом потери активной мощности и максимальный момент электродвигателя определяют с учетом выделенных параметров качества электроэнергии в текущий момент времени.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2302691C1

Способ защиты асинхронного электродвигателя от повреждений и опасных анормальных режимов работы 1988
  • Новогрудский Аркадий Львович
  • Паперно Леонид Борисович
SU1594642A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА ОТ РАБОТЫ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ 1994
  • Мамедов Фуад Алиевич
  • Хаммуд Мусхен Али
  • Литвин Валерий Иванович
RU2074471C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ С ЗАДАННОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ 1993
  • Корженков Петр Николаевич
  • Савельев Петр Алексеевич
  • Смагин Александр Семенович
  • Эпштейн Александр Львович
RU2042992C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АНОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА 1998
  • Лиферь А.А.
  • Цыганков Б.К.
RU2151458C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ 2004
  • Педан А.В.
  • Оськин С.В.
  • Оськина Г.М.
RU2254656C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ ПАКЕТОВ ДАННЫХ В КАНАЛЕ СВЯЗИ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ 1997
  • Колесников В.Б.
  • Шаров А.Н.
RU2115246C1
US 4331118 А, 01.01.1982
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ЗАТВОРОМ ТИПА БАРЬЕРА ШОТТКИ 2007
  • Романов Вадим Леонидович
  • Комаров Михаил Александрович
  • Драгуть Максим Викторович
RU2349986C1
DE 3635863 А1, 05.05.1988
Способ получения смесей эмульсионных синтетических каучуков 1951
  • Писаренко А.П.
  • Рубина С.И.
SU105077A1
Способ приготовления мыла 1923
  • Петров Г.С.
  • Таланцев З.М.
SU2004A1

RU 2 302 691 C1

Авторы

Портнягин Андрей Владимирович

Суворов Иван Флегонтович

Пономарев Виталий Анатольевич

Даты

2007-07-10Публикация

2005-12-08Подача