Способ защиты электрического двигателя от перегрузки и сверхтока и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H02H3/08 H02H7/85 

П

if

W

1

Изобретение относится к электротехнике - релейной защите электроустановки и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства для защиты электрических двигателей от заклинивания ротора при пуске.

Цель изобретения - обеспечение ускоренного отключения электродвигателя при пуске с заклиненньш ротором.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства защиты электродвигателя от перегрузки и сверхтоковj на фиг„ 2 принципиальная электрическая схема устройства защиты электродвигателя; на фиг. 3 - осциллограмма тока асинхронного двигателя при успешном пуске.

Устройство состоит из датчика 1 тока, выключателя 2, преобразователя 3 ток-напряжение, к которому подсоединены формирователи 4 и 5 выпрямленных сигналов, пропорциональных значениям полуволн токов положительной и отрицательной полярности, их выводы присоединены к формирователю 6 сигнала, пропорционального сумме полуволн тока статора, выход которого через элемент 7 выдержки времени на срабатывание и элемент И 8 присоединен к органу 9 вьщержки времени и реагирующему органу 10. Формирователь 11 сигнала, пропорционального разности полуволн тока статора, присоединен к выходам формирователей 4 и 5. Выход формирователя 11 через выпрямитель 12 и компарато 13 присоединен к управляющему входу блокирующего ключа 14, включенного параллельно входу органа 9 выдержки времени.

Частота колебаний тока периодической составляющей

. ff, Шр /4Tf ,

где Ц) - угловая скорость вращения

ротора, об/с.

Значение Wp можно вычислить путе решения дифференциального уравнения движения ротора

т -.- - м

t dt «6 ,

где Т постоянная инерции агрегаf

та:

Myj5 - йзбыточньм момент.

322

Продолжительность полупериода частоты колебан:нй периодической составляющей f, равная в первом приближении периоду частоты вращения ротора, равна

Тп

2

2)1

U)p

Значение принимается в качестве выдержки времени элемента 8, При этом в формулу для подставляется значение w в момент t ЗТ, где Тд - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока .статора.

Выделение составляющей с переменной частотой наиболее часто производится путем получения разности.амплитудных сил или средневыпрямленных значений положительных и отрицательных полуволн тока статора. При успешном пуске двигателя неравенство полуволн тока обусловлено двумя причинами (фиг.3): в течение времени t - ЗТа после включения выключателя 2 за счет апериодической составляющей тока статора; в течение времени

30

ЗТ«+ -

за счет влияния

5

0

5

апериодической составляющей тока ротора.

При включении двигателя с заклиненным ротором полуволны тока не одинаковы лишь в течение времени t ЗТа.

Поэтому для успешного различения режимов успешного пуска и пуска двигателей с заклиненньм ротором необходимо вводить отстройку по времени. Выдержка времени при этом составляет t, 7 ЗТ«.

Значения положительной и отрицательной ПОХ1УВОЛН тока статора (фиг. 1 ) измеряют раздельно и затем формируют их разность. Разность полуволн на первом этапе процесса успешного пуска представляет собой свободную апериодическую составляющую, а после затухания составляющую с переменной частотой f(, . Для отстройки от апериодической составляющей тока статора вводят первую вьщержку времени на срабатывание t ЗТд (элемент 7). Составляющую с переменной частотой сравнивают с заданным значением при помощи компаратора 13 после выпрямления вьшрямителем 12. Если значение указанной составляющей в течение

ния ротора Т --- , не преГ f

313

интервала времени, равного периоду минимально возможной частоты враще- 2/i Тп tfp 2

вьплает заданньш уровень, то произво- дят отключение двигателя с ускорением до истечения допустимого времени нормального пуска. Это обеспечивается органом 9, вьщержки времени и реагирующим органом 10. Если значение составляющей с частотой fj, в течение интервала Tf,/2 превышает заданное значение, то запрещают срабатывание защиты с ускорением, что достигается с помощью блокирующего ключа 14,вклю ченного параллельно входу органа 9 вьщержки времени. Ключ 14 замыкается, если значение составляющей с частотой f| превьпиает заданный уровень.

При успешном пуске электродвигателя напряжение на выкоде формирователя 6 пропорционально периодической составляющей тока промьшшенной частоты и превышает его порог пере- ключения, поэтому запускается элемент 7 времени. Одновременно на выпрямитель 12 поступает напряжение, пропорциональное разности положительных и отрицательных полуволн контролируемого тока. Если эта разность не равна нулю и превьш1ает напряжение переключения компаратора 13 со стабилитроном, определяющим порог переключения, то коммутатор переключается. При этом по управляющей цепи блокирующего ключа 14 проходит ток.

Срабатывание органа 9 выдержки

времени происходит после затухания апериодической составляющей тока статора.Так как на обоих входах элемента И 8 имеется напряжение, то на выходе последнего появляется сигнал и орган 9 времени запускается. Поскольку при успешном пуске полуволны тока статора неодинаковы и после истечения времени t t,, то происхо- дят открывание и самоудерживание блокирующего ключа 14 по цепи эмиттер- база элемента И 8. Ключ 14 самоудерживается до окончания процесса пуска т.е. до уменьшения тока статора ниже порога переключения формирователя 6 В результате реагирующий орган 10 .не срабатывает и не отключает двигатель.

5 0

5

0

5

5

324

При пуске двигателя с заклиненным ротором неравенство полуволн тока статора имеет место в течение времени, меньшего выдержки времени элемента 7 времени. В дальнейшем полуволны тока статора одинаковы. Блокирующий ключ 14 не открывается, так как элемент 7 времени и элемент И 8 не срабатывают. Напряжение на конденсаторе органа 9 выдержки времени нарастает

и по истечении выдержки времени t реагирующий орган 10 срабатывает и отключает двигатель.

Предлагаемый способ защиты электродвигателей позволяет, контролируя наличие в токе статора периодической составляющей непромьшшенной частоты, различить режимы успешного пуска и пуска с заклиненным ротором, действие защиты в последнем случае. Так, если известные способы токовой защиты двигателей при времени пуска, например, 15 с позволяют произвести отключение от сети машины с заторможенным ротором за время, не меньшее 16 с, то в соответствии с предложенным способом выявление такого режима и от- I

ключение машины происходят за время, не превьш ающее 2,2 с (для машин с наибольшими значениями постоянных времени).

Предлагаемое устройство защиты обеспечивает путем введения канала ускоренного срабатывания с элементом блокировки, приводимым в действие после затухания апериодического тока статора при условии неравенства положительных и отрицательных полупериодов тока двигателя, сокращение времени срабатывания при пуске двигателя с заклиненным ротором. Это предотвращает излишний нагрев обмоток защищаемой машины, а следовательно, исключает ускоренное старение изоляции, повьш1ая срок службы электродвигателей.

Формула изобретения

1. Способ защиты электрического двигателя от перегрузки и сверхтока, основанный на раздельном измерении значения тока статора двигателя в каждый из полупериодов, получении суммы этих токов, сравнении суммы токов статора с уставкой отсечки по току, превьш1ающей пусковой ток двигателя и разрешения срабатывания

51

защиты при равенстве суммы токов статора уставке, отличаю щи й с я тем, что, с целью обеспечения ускоренного отключения двигателя при пуске с заклиненным ротором, дополнительно фиксируют затухание свободной апериодической составляющей тока статора, затем выделяют периодическую составляющую тока статора, вызванную свободной апериодической составляющей тока ротора как разность положительных и отрицательных полуволн тока статора, сравнивают полученную разность с заданным значением и при недостижении указанной разностью заданного значения на интервале времени, равном периоду минимально возможной частоты вращения ротора после затухания апериодической составляющей тока статора, отключают двигатель с ускорением до истечения допустимого в-ремени нормального пуска, а при достижении этой разности токов заданного уровня на указанном интервале времени запрещают срабатывание защиты с ускорением.

2, Устройство для защиты электрического двигателя от перегрузки и сверхтока, содержащее датчик тока, установленньм в статорной цепи электродвигателя и присоединенный через .преобразователь ток-напряжение к входам формирователей выпрямленных сигналов, пропорциональных значени9132.6

ям положительных и отрицательных полуволн тока статора, выходы последних присоединены к входу формирователя сигнала, пропорционального сум5 ме полуволн тока статора, выход которого связан через орган выдержки времени с выходным органом, воздействующим на выключатель статорной цепи электродвигателя, о т л и ч а О ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено формирователем сигнала пропорционального разности полуволн тока статора, выпрямителем, компаратором, блокирующим ключом и

5 элементом времени -с вьщержкой на

срабатывание, при этом вход формирователя сигнала пропорционального разности полуволн тока статора присоединен к вьпсодам формирователей выпрямленных сигналов пропорциональных положительным и отрицательным значениям полуволн тока статора, а- выход через последовательно соединенные выпрямитель и компаратор , присоединен к управляющему входу блокирующего ключа, включенного параллельно входу органа выдержки времени, вы- хрд формирователя сигнала пропорционального сумме полуволн тока статора непосредственно и через элемент времени с выдержкой на срабатывание присоединен к вход;ш элемента И, выход которого соединен с входом органа вьщержки времени..

0

5

0

, бымд --

4v

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических двигателей от заклинивания при пуске.Цель изобретения - ускорение отключения электродвигателя при пуске с заклиненным ротором. Защита основана на раздельном измерении значения тока статора двигателя в каждый из полупериодов изменения электроэнергии в питающей сети. Устройство, реализующее эту защиту, содержит датчики 1 тока, формирователи 4, 5 сигналов, nponopunoHajibHbix значениям полуволн токов положительной и отрицательной полярности, формирователь 6 суммы сигналов и формирователь 11 разности сигналов полуволн тока статора. Ускоренное отключение обеспечивается тем, что дополнительно фиксируют затуха ние свободной апериодической составляющей тока статора, затем выделяют периодическую составляющую тока статора как разность положительных и отрицательных полуволн тока статора. Отключают двигатель с ускорением до истечения времени нормального пуска при недостижении указанной разностью заданного значения на тервале времени, равном периоду мкнимапъно возможной частоты вращения . ротора после затухания апериодической составлякнцей тока статора, 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (Л

Составитель Л.Корнеева Редактор О. Головач Техред Н.Глущенко Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2520/48 Тираж 618Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.15)оектная,4

fe.J