Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске Советский патент 1985 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть исполь зовано для защиты.электродвигателей переменного тока от перегрузки при неуспешном пуске из-за приводимого механизма, заклинивания подшипников ИЛИ приводимого механизма, задевания.ротора о статор, примерзания канизма (например, водяного насоса) , завала механизма (например, из-за завала топливом дробилок и мельниц системы топливоприготовления электростанций),из-за обрьгеа фазы, при гх убоких присадках напряжения на питаюищх шинах, при внутренних коротких замыканиях и в других случаях, когда при включении двигателя в работу он не разворачивается. Для отключения электродвигателя перечисленных ситуа1щях используются фильтровые загщты обратной последовательности til. Однако они реагируют только на обрыв фазы .и несимметричные короткие замыкагшя. Известна максимальная токовая 3anj;iTa,, содержащая датчик тока, ре ле тока и реле времени, предпочтительно с зависимой выдержкой времеш 2. Известная защита охватывает все перечисленные повреждения, однако действует со значительной выдерлской времени, что часто приводи к pasBiiTHTO аварии из-за чрезмерног . нагрева обмоток статора и ротора пусковыми токами. Цель изобретения - повышение быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по механической или электрической причи не, Поставленная цель достигается тем5 что в устройство, содержащее датчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и импульсное реле времени, дополнительно введены вто рое О.шульсное реле времени, полосовой пропускающий фильтр инфраниз кой частоты, логический элемент ПАМЯТЬ, элемент И и-замыкающий блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход п рогового элемента подключен к блок рующему входу элемента ПАМЯТЬ, вы ход которого соединен с элементом 22 И, а блок-контакт выключателя связан с объединенными входами обоих импульсных реле времени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элемента ПАМЯТЬ, выход другого - к элементу И. На.фиг.I изображена структурная схема предпагаемого устройства; на фиг.2 - характерная кривая изменения пусковогр тока мощного электродвигателя (огибакицая кривая) при успешном пуске; на фиг.3 - то же, при неуспешном пуске (двигатель заторможен). Устройство содержит датчик 1 тока, полосовой фильтр 2 инфранизкой частоты, вьшрямитель 3, пороговый элемент 4, блок-контакт 5sвыключателя двигателя, импульсное реле 6 времени, логический элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим а.и блокирующим b входами , импульсное реле 8 времени и логический элемент И 9. Элементы 14 соединены последовательно, причем выход порогового элемента 4 подключен к блокирующему входу b элемента ПАМЯТЬ 7. Блок-контакт 5 запусг кает оба импульсных реле 6 и 8 времени, например, путем подачи плюса от шин питания. Выход реле 6 времени соединен с запускающим входом а элемента ПАМЯТЬ 7. Выходы элемента ПАМЯТЬ 7 и реле 8 времени объединены через элемент И 9. Датчик 1 тока служит для преобразования тока статора защищаемого электродвигателя в пропорциональное ему напряжение и может быть выполнен, например,в вида шунта, трансреактора, специального измерительного преобразователя и т.п. Полосовой пропускающий фильтр 2 инфранизкой частоты служит Для вьщеления составляющей инфранизкой частоты (несколько Герц) в токе статора двигателя и отстроен с одной стороны, от апериодической составляющей тока статора и, с другой стороны, от тока промьшшенной частоты (50 Гц). Наиболее успешно справляются с этой задачей активные R-C- ильтры. Выпрямитель 3 выпрямляет переменное напряжение инфранизкой частоты на выходе фильтра 2. Сигнал.на выходе порогового элемента (компаратора) 4 появляется, если выходной сигнал превьш1ает некоторый заданный уровень. Пороговый элемент служит для исключения влияния небаланса фильтра 2, которы возникает, например, из-за того, чт любой реальный фильтр не,, может полностью подавить апериодическую составляющую и ее остатки проходят на выход фильтра. Блок-контакт 5выключателя двигателя замыкается спустя интервал времени после вклю чения выключателя двигателя/и осу:ществляет запуск импульснь1Х р-еле 6 8 времени. Сигналы на выходах реле 6и 8 времени в виде кратковременн . однократных импульсов появляются спустя выдержки времени tg и t соответственно. Реле времени могут б.ыть построены на различных принципах, например на принципе зарядаразряда.- R-C-контуров, на принципе подсчета числа тактовых импульсов тактового генератора, на основе электромагнитного реле времени с проскальзьшающими контактами и т.п.Элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим входом а, на который подан сигнал Xg с выхода реле 6 времени, и блокирующим входом Ь, на который подан сигнал х с выхода порогового элемента 4, Сигнал .X1 на выходе элемента ПАМЯТЬ 7 появляется при наличии хотя бы кратковременного сигнала на запускающем входе (xg, 1 ) и отсутствии сигнала на блокирующем вхо де (хд 0 Х4 1). Это состояние сохраняется как угодно долго до мо . iмента появления сигнала на блокиру1ющем входе .(х4 1, Х4 0), после i чего сигнал на выходе элемента iПАМЯТЬ исчезает (х О) и это ново I состояние сохраняется . При одновреIменном наличии сигналов на обоих вх дах (xg 1; -Яц 1; 4 о) на вы ходе сигнал отсутствует (х О), В исходном положении (при подаче напряжения питания на элемент ПАМЯТЬ и отсутствии обоих входных сигналов) состояние элемента ПАМЯТЬ произвольно, т.е. выходной сигнал X -j равновероятно может появиться ил не появиться. -Реализация элемента ПАМЯТЬ 7 возможна на различного род триггерах. Сигнал на выходе логического элемента И 9 появляется только при одновременном наличии сигналов на обоих его входах, Принцип действия защиты основан на выделении и фиксации факта наличия или отсутствия в пусковом токе двигателя составляющей инфра- низкой частоты. Наличие в пусковом токе асинхронного и синхронного двигателей затухающей составляющей инфранизкой частоты при успешном пуске подтверждается данными на фиг, 2. Физически наличие составляющей инфракрасной частоты обусловлено существованием в начальный момент пуска.апериодической слагаемой в токе ротора. При успешном пуске разворачивающий двигатель упо.добляется ускоряющемуся генератору, у которого в качестве тока возбуждения выступает апериодическая слагаемая тока ротора, а частота генерируемых колебаний увеличивается пропорционально скорости вращения двигателя. Амплитуда низкочастотных колебаний сначала возрастает от О (при t О ротор ие подвижен и вращающегося магнитного поля ротора нет) до .некоторого максимального значения (хотя апериодическая составляющая ротора затухает, но поскольку ротор ускоряется, то в обмотке статора наводится большая ЭДС, которая пропорциональна скорости вращения). После наступления максимума амплитуда низкочастотных колебаний затухает до 0. Уровень тока инфранизкой частоты и продолжительность существования этого тока достаточна для того, чтобы выявить факт появления составляющей инфранизкой частоты в токе статора при пуске. Если двигатель по любой причине не разворачивается, то в токе статора может существовать только периоди ческая (50 Гц)-и апериодическая составляющие, а составляющая инфраг низкой частоты отсутствует (фиг.З). Таким образом, факт наличия или отсутствия в пусковом токе двигателя в начальньш момент составляющей инфранизкой частоты слу;га1т качественным признаком успешного Ш1И неуспешного иуска соответственно. Устройство работает следующим образом. При успешном пуске .на выходе полосового филь ра 2 1шфранизкой частоты появляется сигнал- х (фиг. 2), Настройка фипьтра выполнена таким образом, что он подавляет периодическую составляющую 50 Гц И апериодическую составляющую тока статора, которые присутствуют в пусковом токе как исправного, так и повреждениого (заторможенного) двигателя, а инфранизкая частота (единицы Герц), свободно проходит на вы ход фильтра. На кривую изменения выходного сигнала х выпрямителя 3 наложен уровень срабатывания ( порогового элемента 4. Последний необходим для отстпойки от возможного небаланса на выходе фильтра 2. Блок-контакт 5 выключателязащищаемого двигателя замыкается спустя штepвaл времени At и запускает рел 6 и 8 времени. Импульсные сигналы Xg и X на выходах реле 6 и 8 времени появляются спустя выдержки времени tg и tg соответственно. Причем, при успешном пуске двигателя возможны два случая (фиг.2). В первом случае сигнал Xg появляется одновременно с сигналом х, т.е на обоих входах элемента ПАМЯТЬ появляются сигналы, что приводит к иочезновению выходного сигнала х(если по какой-то причине в предшеству 0щий момент времени на выходе элемента ПАМЯТЬ сохраняется сигнал) Далее элемент ПАМЯТЬ сохраняет это состояние (XT О), что обеспечивает Несрабатывание выходного элемента И 9 при успешном пуске. Второй случай, который может иметь место при успешном пуске, наблюдается тогда, когда импульсный сигнал на выходе реле 6 времени появляется в момент отсутствия сигнала x/j. На фиг.2 эта ситуация условно иллюстрируется положением импульса х (пунктир), т.е. импульс х поступает в тот момент, когда мгновенное значение напряжения на выходе филь ра равно нулю или близко к переходу через нуль, и пороговый элемент -не срабатывает (xtj О). При таком сочетании сигналов (х; - О б ) на выходе элемента ПАМЯТЬ 7 появляется сигнал ХУ (на фиг.2 показан пунктиром). Однако как только мгновенное значение напряжения на выходе фильтра превысит порог сраба тывания x y jnoporoBoro элемента 4, на блокирующем входе элемента ПАМЯТ появится сигнал, что приведет к нечезновению выходного сигнала х . Выдержка времени tg реле 8 времени выбирается достаточной для того. чтобы к моменту появления импульса Xg сигнал Xj на выходе элемента ПАМЯТЬ. 7 в описанной ситуации исчез, т.е. выдержка времени tg должна превьш1ать вьщержку tg на время,за которое мгновенное значение сигнала х снизится от ,(j-, до О и вновь возрастет до ,Хфиг. 2). Таким образом, при успешном пуске двигат.еля сигналы на входах логического элемента И могут появиться только неодновременно, и защита не срабатывает (фиг.2). . При неуспешном пуске по любой причине ток статора не содержит составляющей инфранизкой частоты и сигналы на выходах элементов 2-4 в идеале отсутствуют (фиг.З). При срабатывании реле 6 времени на запускающий -вход элемента ПАМЯТЬ 7 поступает .импульс Xg , что обуславливает появление сигнала х (если по какой-то причине сигнал х суг.ществовал и до момента поступления (импульса Xg, то состояние элемента ПАМЯТЬ не изменится). При последующем срабатывании реле 8 времени на второй вход элемента И 9 поступает импульс х, что приводит к срабатыванию защиты. Таким образом, при идеальном подавлении фильтром 2 апериодической составляющей в токе статора защита обеспечивает отключение электродвигателя при неуспешном пуске. Реальный фильтр пропус-, кает на выход остатки апериодической слагающей, что может восприниматься устройством как наличие инфранизкой частоты в токе, статора, и в итоге приведет к отказу защит| 1 при неуспепшом пуске.Для предупреждения отказа защиты в этом случае в устройство дополнительно введен пороговый элемент 4 с порогом срабатьшания X(,.pod;. Однако чрезмерно ВЫСОКИЙ уровень порога срабатывания Хдсро.может привести к загрублению защиты и, как следствие, к ложному ee срабатыванию при успешном пуске двигателя. Поэтому в предлагаемое устройство введено реле 6 времени с выдержкой tj. Выдержка времени tj и уровень порога срабатьшания ; сра(Г. порогового элемента 4 выбираются совместно таким образом, чтобы ScpacT заведомо меньше амплитудного значения тока, инфранизкой ча.стоты при успешном пуске после поступления импульса х на запускаю1Ций вход элемента ПАМЯТЬ 7, С другой стороны, уровень порога срабатывания должен быть больше небаланса на выходе фильтра 2 при неуспешном пуске в момент поступления импулса Xg . Таким образом, благодаря применению пороговогоэлемента 4 и реле 6 времени и совместному выбору (координации) их уставок(tg и x cporf уровень порога срабатывания может быть принят меньпшм. При этом достигается повышение надежности функционирования защиты, т.е. обеспечивается четкое ее срабатывание при неуспешном пуске.и исключается ее ложное действие при успешном пуске.

Устройство Может быть выполнено на различных известных эле1 1ентных базах (полупроводниковые приборы, логические и линейные интегральные микросхемы, магнитшае сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса шш электромеханические реле).

По сравнению с известными устрой. ствами (фильтровые защиты, максимальные токовые защиты) предлагаемое техническое решение отличается более высоким быстродействием и способностью осуществлять защиту электродвигателей от неуспешного пуска по любой при.чине механического шш электрического характера, т.е. расширением функциональных возможностей Экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается прежде всего в уменьшении затрат на восстановительный ремонт электродвигателей за счет более бы строго его отключения и сокращения масштаба разрушения, а также за счет увеличения срока службы электродвигателя .

Изобретение может быть использовано для защиты крупных электродвигателей различных отраслей промышленности: металлургической, химиче-ской, энергетической, топливной и

др.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ.ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ ПУСКЕ, содержащее датчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и импульсное реле.времени, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по механической или электрической причи. не, в него дополнительно введены второе импульсное релв. времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, элемент ПАМЯТЬ, элемент И и замыкакмций блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход порогового элемента подключен к блокирующему входу элемента ;11АМЯТЬ, выход которого соединен с |элемен ом И, а блок-контакт выключателя соединен с объединенными входами обоих импульсных реле вреW мени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элес мента ПАМЯТЬ, а выход другого - к элементу И.