Способ защиты электрической машины от витковых замыканий и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02H7/08 

2. Устройство дли защиты электрической машины от витковых замыканий, содержащее два преобразователя индукции магнитного поля рассеяния в электрический сигнал, исполнитель ный блок, выход которого включен в цепь коммутации питания электрической машины, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, исполнит ёльный блок содержит преобразователь разности фаз в напряжение,

два предварительных усилителя и усилитель мощности, вход каждого из предварительных усилителей соединен с выходом соответствующего преобразователя индукции магнитного

поля рассеяния, а выходы предварительных усилителей подключены соответственно к входам преобразователя разности фаз в напряжение, выход которого соединен с входом усилите1ля мощности,

3, Устройство поп,2, отли,чающееся тем, что предварительные усилители выполнены на транзисторах,

4, Устройство по п.2, отличающееся тем, что преобразователь разности.фаз содержит выпрямительный мост, транзисторный усилитель и фильтр нижних частот, соединенные последовательно.

1. Способ защиты электрической машины от ВИТКОВЫХ замыканий, по которому измеряют параметры индукции магнитного поля рассеяния обмоток, сравнивают их с заданными значениями и в случае их отличия формируют сигнал запхиты, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления защиты от изменения чередования фаз, асимметрии напряжения падающей сети, короткого замшкания обмоток на корпус и при обрыве обмоток, в качестве измеряемого параметра используют фазу индукции относительно любой ТОЧКИ в плоскости, перпендикулярной оси магнитной сикйлетрии машины, и по результатам измерений строят топограмшу фазы в указанной плоскости. со ел оо

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области релейной защиты и автоматики потребителей и может быть использовано, например, для отключения электродвигателей при асимметрии питающей сети, изменении чередования фаз, при коротком замыкании обмоток на корпус, при обрыве обмотки и витковых замыканиях.

Известен способ и устройство для защиты электрической машины от разрушения путем отключения от сети при возникновении витковых замыканий электрической машины, заключающийся в измерении амплитуды индукции магнитного поля рассеяния обмоток сравнения ее с заданной величиной и формированйем сигнала защиты при превышении амплитуды индукции заданной величины. Магнитное поле рассеяния обмоток мёциины зависит от числа витков, силы тока в обмотке, конфигурации и взаимного расположения обмоток в пространстве. При витковом замыкании происходит изменение амплитуды индукции в определенной области пространства. Преобразователь индукции магнитного поля, помещенный в эту область, формирует на его выходе ЭДС или ток, абсолютное значение которых сравнивают с заданным tl.

Однако известный способ и устройство не обеспечивают защиту электрической машины от изменения чередования фаз асимметрии питающих напряжений, коротком замыкании обмоток на корпус и при обрыве обмоток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сп соб защиты электрической машины от витковых замыканий, заключающийся в измерении амплитуды индукции магниного поля рассеяния обмоток электрической машины в нескольких точках пространства в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, сравнении суммарной амплитуды с заданным значением и формировании сигнала защты при превышении суьоларной амплитуды заданного значения С2.

Недостатком данного способа являются ограниченность функциональных возможностей, так как указанный способ не позволяет формировать сигнал защиты при возникновении таких наруг шений как изменение чередования фаз, асимметрия,напряжений питающей сети, короткое залшкание обмотки на корпус обрыв обмотки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем осществления защиты от изменения чередования фазы, асимметрии напряжения питающей сети, короткого замыкания обмоток на корпус к при обрыве обмоток Р

Поставленная цель достигается тем что согласно способу, по которому измеряют параметры индукции магнитного поля рассеяйия обмоток, сравнивают их с заданными значениями и в случае их отличия формируют сигнал защиты, в качестве измеряемого параметра используют фазу индукции относительно любой точки в плоскости, перпендикулярной оси магнитной симметрии машины, и по результатам измерений фазы строят топограмму фазы в указанной плоскости,

В устройстве для осуществления способа, содержащем два преобразователя индукции магнитного поля рас2еяния в электрический сигнал, исполнительный блок, выход которого включен в цепь коммутации питания электрической машины, исполнительный блок содержит преобразователь разноти фаз в напряжение, два предварительных усилителя и усилитель мощности, выход каждого из предвари- . тельных усилителей соединен с выходом соответствующего преобразователя индукции магнитного поля рассеяния, а выходы предварительных усилителей подключены соответственно к входам преобразователя разности фаз в напряжение, выход которого соединен с входом усилителя мощности.

При этом предварительные усилители выполнены на транзисторах.

Преобразователь разности фаз .содержит выпрямительный мост, транзисторный усилитель и фильтр нижних частот, соединенные последовательно

При возникновении таких нарушений как изменение чередования фаз, асимметрии питающей сети, коротком замыкании обмоток, обрыве обмоток, витковом замыкании в обмотках, а также при неправильном соединении катушечных групп топограьада фазы э плоскости, перпендикулярной оси магнитной симметрии маиганы, отличается от топограммы в нормальном режме и при исправной машине.

При переменной нагрузке и пуске электрической машины не изменяется соотношение фазовых сдвигов в различных точках поля, топограмма фазы не изменяется, что исключает ложное формирование сигнала защиты.

На фиг,1 поивепена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 топограммы амплитуды и фазы индукции магнитного поля рассеяния асинхронного двигателя в плоскости, перпендикулярной его оси магнитной симметрии; на фиг.4 - временная диаграмма, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство для осуществления способа защиты содержит два преобразователя 1 и 2 индукции магнитного поля рассеяния обмоток (не показны ), исполнительный блок 3, выход которого включен в цепь 4 коммутации питания. Исполнительный блок 3 содержит два усилителя-ограничителя выполненные на транзисторах 5 и.6, базы которых подключены соответственно к преобразователям 1 и 2, а коллекторы - к соответствующим входам 7 и 8 преобразователя разности фаз в напряжение 9, выход которого соединен с базой транзистора 10, на котором выполнен усилитель мощности.

Преобразователь 9 разности фаз в напряжение содержит выпрямительный мост 11, выполненный на диодах 12 и 13 и резисторах 14 и 15, усилитель

представляющий собой транзистор 16, и фильтр 17 нижних частот. Входная диагональ выпрямительного моста 11 подключена между коллекторами транзисторов 5 и 6, а выходная диагональ кюста 11 подключена между базой и эмиттером транзистора 16, коллектор которого соединен с входом фильтра il7 нижних частот, которого, являющийся выходом устройства 9, подключен к базе тра|нзистора 10. В цепь коллектора транзистора 10 включена обмотка 18 реле , размыкающий контакт 19 которого включен в цепь питания катушки 20 магнитного пускателя.

Делители, выполненные на резисторах 22-25 и конденсаторах 26 и 27, обеспечивают согласование входных цепей усилителей-ограничителей на транзисторах 5 и 6 с выходами датчиков 1 и 2. Резисторы 28 и 29 являются нагрузочными для транзисторов 5 и 6. Резисторы 14 и 15 выпрямительного моста 11 обеспечивают ограничение тока базы транзистора 16.

Преобразователи 1 и 2 размещены в диаметрально противоположных точках А и Б на подшипниковом щите электродвигателя 21. Из характеристик, приведенных на фиг.2, видно, чт при аварии, за1 лючающейся в обрыве одной из фаз питающей сети, топограмма амплитуды индукции магнитного поля рассеяния не изменяется.

Из характеристик, приведенных на фиг.З, видно, что топограмма фазы индукции магнитного поля рассеяния изменяется к-ак при обрыве фазы, так и при изменении чередования фаз. ЭкспериментсШьная топограмма фазы индукции при коротком замыкании обмоток не получена, так как нет аппаратуры для быстрой регистрации фазы в разных точках поля и возникает опасность разрушения двигателя.

При нормальном режиме работы фаза индукции магнитного поля рассеяния, воспринимаемая преобразователем 1 в точке А, отстает от фазы индукции магнитного поля рассеяния, воспринимаемой преобразователем 2 в точке Б, на 180°.

При обратном чередовании фаз питакхцей сети фаза индукции магнитного поля в точке А опережает фазу индукции магнитного поля в точке Б на 210°.

При обрыве фазы питающей сети фаза индукции магнитного поля в,точке А опережает фазу индукции магнитного поля в точке Б а 70°.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы питающей сети и отсутствии нарушений в самом электродвигателе разность фаз индукции магнитного поля в точках А и Б, в которых установлены датчики 1 и 2, составляет 180. Дат чики 1 и 2 подключены к баэам транзисторов 5 и 6 таким образом, что фазы сигналов поступающих на базы транзисторов 5 и б, совпадают (фиг, 4 и, 5 На коллекторах транзис торов 5 и 6 формируются прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе и (фиг. 4 ь, г )поступающие на соответствующие йходй 7 и 8 входной д агонали выпрямительного моста 11. Ток в цепи базы транзистора 16 в это режиме практически отсутствует, тра зистор 16 заперт. На выходе фильтра 17 нижних частот напряжение равно н лю. Ток в цепи базы транзистора 10 близок к нулю, транзистор 10 заперт Обмотка 18 реле обесточена, контакт 19 реле замкнут. По катушке 20 магнитного пускателя протекает ток. Электродвигатель 21 подключен к питающей сети. В момент i происходит, например изменение чередования фаз питающей сети. Разность фаз индукции магнитного поля в точках А и Б становится равной 210°. Появляется фазовый сдвиг сигналов на выходе датчиков 1 и 2 и усилителей-ограничителей На транзисторах 5 и 6, равный 30° (фиг. 4а -г, после t ) -На выходной диагонали выпрямительного моста 11 появл ется напряжение, иМеющее форму прямоугольных импульсов, длительность которых пропорцнональна фазовому сдвигу импульсов на выходе усилителей-ограничителей на транзисторах 5и 6 (фиг. 4 д , после ij В цепи коллектора транзистора 16 также появляются импульсы, длительность которых пропорциональна фазовому сдви гу. Фильтр нижних частот сглажнвает импульсы, преобразует их в постоянное напряжение (фиг,4е , после i2 lПpoпopциoнaльнoe длительности импульсов в цепи коллектора транзистора 16.Транзистор 10 открывается. По обмотке 18 реле протекает ток. При достижении определенного уровня напряжения на выходе фильтра 17 нижних частот реле срабатывает, размыкающий контакт 19 реле размыкается и разрывает цепь-питания катушки 20 магнитного пускателя, электродвигатель 21 отключается от сети. Постоянная времени фильтра 17 нижних частот определяет задержку срабатывания реле. Применение предлагаемого способа и устройства для его реализации по.зволЯет расширить функциональные возможности з ащиты. При этом устройство позволяет защитить как статические, так и вращающиеся машины, как генераторы,,так и двигатели, как синхронные, так и асинхронные машины любой мощности, питаемые от трех и более фаз питающей сети, при потере фазы питающей сети, при обрыве обмотки электрической машины, при соединении обмоток как в звезду, так и в треугольник, при изменении чередования фаз питающей сети, при коротком замыкании между витками илина корпус, при несимметрии питающих напряжений. Датчики индукции магнитного поля рассеяния обмоток могут быть расположены как внутри, так и снаружи корпуса электрической машины, могут не контактировать с корпусом защищаемой машины, что особенно важно при защите аппаратов с большим потенциалом. Кроме того, устройства защиты имеют относительно малые габариты и вес по сравнению, например, с применяемыми трансформаторами .

J 2

1

30 6090110150180210 Zf/O 270300330 3SO

- град

OSpbit грозы А

-it- Offpb/8 tpasbi В Нормальный р ежи

Фиг. 2

, град. 3SO О 30 КО 30 т 150180210 270300330 т

-- OSpomHoe itfpedoeoffi/e раз

Ofpbtt фазы

Нормальный режип

(JJui.3

- of гра.