Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

HaoupL-TCi : - -л-гся к электротехнике, в част1К)сти :. г. .);игвам автоматической заищты элоктр. Установок, и может быть ие1К};1ь;юваг() is промышленности и в есльском хозяйстве для защиты трехфазных электродвигателей от технологических перегрузок и повреждений, связа11мых с нарушением симметрии тока по фазам.

Цель изобретения - повышение чувст- вительносги и информативности зашиты.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов.

Устройство содержит фильтры 1 и 2 напряжений прямой последовательности фаз, фильтры 3 и 4 напряжений обратной последовательности фаз, .(|}ормирователи 5 н 6 унрав.ляю1цих сигналов, источ1П1К 7 стабилизированного оп()) наП()яжения положь:- телыюй полярности, Л01 ический элемент ИЛИ 8, инвереный уся;1итель (бесконтактный ключ 9) переменного тока, вынолнеи- ный, напри.мер, на ти.ристоре, симисторе или оптронс, исно;|1пп ельный орган И), в качестве которог о испо; ьзуется магнитный нускатель, и два трансформатора 1 и 12 тока, нара. 1,чельно втор1 чным обмоткам которых подк. иочеиы спаренные переменные резисторы 13 и 14. Входы фильтров подключены к нервым выводам вторичных обмоток транс()орматоров тока, а выходы --- к первому и второму входам соответствуюнгих (|:)О1 )1иро1.)ателей управляюи1,их сигналов. Вторые В1ЯВО.ТЫ вторичных обмоток трансформаторов 11 и 12 тока подк;ночегп к нулевой шипе. Третьим н четвертые входы фо|)- мирователей подсоедине:-П)1 соответственно к выходу источника стаби;п1знруюи его опорного напряжения н к нулевой HJHHC.

Каждый из фильтров напряжений состоит из Г1осле;1с;вате.лы10 соеди 1енн1 1х конденсатора н двух резисторов. Конденсатор 15 и резисторы 16 и 17 образуiOT ()и;1ьтр 1, а конденсатор 18 и резисгоры 19 н 20 -- фильтр 2 нанряжсния прямой последовательности фаз. В фи, 1ьтры 3 и 4 1апряжений обратной носледова гел)Ности фаз входят конденсатор 21, резг:сторы 22 и 23, конденсатор 24 и 1)езисторы 25 и 26. Причем сопротивле- иия перечислер.ных резисторов и конденсаторов 1аходятся к соот11О1ненин:

1,., 2R,i

ПЛ1.:

x,.. l.Ii -х,,-уЗКФ,

-базовое расчетное С(Лфотив;1ен1 с ()ильтроз;

-допус 1 имая кратность тока обратной последовательности к току пря- ;ой последовательности электро- д:5игателя.

Формирователи 5 и 6 содержат конденсаторы 27 и 28, одними из выводов подсоединенные к нулевой шине. Параллельно конденсаторам подключены по две цепи из после- ювательно согласно соединенных двух диодов 29--30, 31-32, 33-34, 35-36. Причем цепи из диодов 29-34 шунтируют конденсаторы в направлении к общей щине, а цепь из диодов 33-36 - в обратном направлении. Точки соединения двух диодов каждой цепи

образуют первые и вторые входы формирователей.

К вторым выводам конденсаторов 27 и 28 подсоединены первые выводы резисторов 37 и 38 и логических элементов ИЛИ 39 и 40,

состоящих из диодов 41, 42 и 43, 44. Вторые выводы резисторов 37 и 38 образуют третьи входы формирователей. Сопротивление резистора 37 одного порядка с величиной базового сопротивления фильтров, а сопротивленис резистора 38 не менее, чем на два поряд- ка больше. К выходам логических элементов ИЛИ в каждом формирователе, подсоединены входы усилителей 45 и 46, выхо- ,1Ы которых соединены с вторы.ми входами лог ических элементов ИЛИ и являются выхода ми формирователей. Усилители выполнены таким образо.м, что при положительной полярности напряжения на входе усилителя напряжение на его выходе равно нулю, а при отрицательной полярности входного напряжения на выходе усилителя устанавливается определенное напряжение отрицательной полярности. При этом каждый усилитель снабжен индикатором {светодиодом, сигнальной лампой и т.д.), отражающим состояние усилителя.

Логический элемент ИЛИ 8 содержит .I lBa диода, катоды которых являются вхо- .аами, а аноды обт единены и образуют выход эле.мента.

Устройство работает следующи.м образо.м.

На кле.ммы А, В, С с помощью рубиль- ника (не показан) подается трехфазное напряжение электрической сети. При этом появ- .1яется напряжение положительной полярности па выходе источника 7 опорного ста- би; изировапног о напряжения и через ре- зисторы 37 и 38 на обкладки конденеато- ров 27 и 28 начинают поступать токи 1.4 и 1.58. Конденсаторы в результате этого заряжаются по отношению к обшей шине положительно. Тогда на входах усилителей 45 и 46 также положительное 1 апряжение, а на выходах, что вытекает из оговоренных выше функциональных свойств этих усилителей, - напряжение, равное нулю.

При таком напряжении, поступающем на вход инверсного усилителя 9 через логический элемент 8, па выходе инверсного уси- лителя устанавливается определенное вы- Х0л1ное напряжение, под действием которого исполнительный орган 10 подк, 1ючает к клем- ма.м А, В, С электродвиг атель.

Фазные токи электродвигателя IA и I:, каждый из которых может быть представлен суммой симметричных составляющих тока прямой Ь и обратной lo последовательностей фаз

lA Ii+i2; . 1с al,+

(2)

где а -0,5+jV5 /2 - фазовращающий оператор, наводят во вторичных обмотках трансформаторов 11 и 12 тока, втори чные токи, равные соответственно 1л/Кт и 1с/Кт, где Кт - коэффициент трансформации трансформаторов тока. Эти токи, замыкаясь через равные по величине сопротивления R,, резисторов 13 и 14, создают на них падения напряжения:

ил - 2-Rp; :;. ib+a.f 3

Под действием этих напряжений с выходов фильтров через диоды на обкладки конденсаторов 27 28 и на нулевую шину протекают токи:

V UA, и ;U,

ф|-

Rlf,-jXl5 Ол ,Uc

; илUc

-Жз+Н; №|

, iJl

Rig-j i 20

.4)

LJA , U.

R26 Ran-j:X24 или после подстановки значений сопротивлений и напряжений из (1) и (3):

; Rp(l-а)а ; ; Rp( 1--a)an.io:i

1фЗ 1Ф4

Rp{l--a)

2KTR.

Отрицательные полуволны синусоид выходных токов nepBOi o и третьего фильтров через диоды 31 и 29 поступают на обкладку конденсатора 27, а положительная полуволна выходного тока второго фильтра и отрицательная полуволна выходного тока четвертого фильтра через диоды 35 и 33 поступают на обкладку конденсатора 28. Средние значения перечисленных токов с учетом характеризующих их направление знаков равны:

гг. RP Г

,

1з5 КПдо,,

.,,к|ь

где К

коэффициент выпрямле Кт-Хф

ния, равный для однополупериодного выпрямления 0,5; Кф - коэ(рф|;циент формы кривой тока, разный для CHiiycoii/ibi 1,11.

Если алгебраическая cyvKvia токов (I.si-f- + ЬяЧ- ), поступающих на обкладку конденсатора 27, и алгебраическая сумма токов (Ijs 1.33+ 1.58), поступающих на обкладку

конденсатора 28, бoльпJe нуля, то конденсаторы остаются заряженными положительно и электродвигатель продолжает работать. Если в результате изменения тока нагрузки электродвигателя сумма токов (1з1+ b:i + + I-JT) станет меньще нуля или сумма токов (1:;5 + 1зз+ я8) станет меньше нуля, то соответственно конденсатор 27 или конде нсатор 28 зарядится по отношению к общей шине отрицательно. Так как напряжения с конденсаторов через диоды 41 и 43 подаются на входы усилителей 45 и 46, на их выходах под действие.м отрицательных напряжений на входах устанавливаются напряжения также отрицательной полярности, которые через диоды 47 и 48 поступают на вход ключа 9 и переводят его в зак|1ытое состояние. При этом псполн1 тольпый орган 10 отк. иочает электродвигатель.

Таким образом, защита срабатывает. ес„1И выполняется хотя бы одно нз NXMOBHI I:

0

20

rI;.-L I .,

25

30

Изз-Г :«+

Пос.че подстановки значений входящих в HepaoeiiCTiio (7) гокои и с учетом того, что при настройке защит1 : величина сопротивления резистороп 13 и 14 устаиав. П11 ается таи- ной

Рф-1|1 7

-- дог1усг;.мый ток электродвг;гате, 1я. ко с учетом того, что 1з5 и ;.;. так КИК по условия R9-C R.f., полуR;.-

(8)

35

40

45

50

Слслователопо. если ток в самой загруженной (Ьазе э.1ектродв1П ателя. равный сумме TOKOii прямой п обратной иоследовате.и,- ностей фаз, превышает ве. 1пчину допхх тимо- | о ;ь 1я дамного электродвигателя тока, сиг- на, iia отключеп11е электродвигате.я посту пает через логический э.мемепт 8 и И1- ве|1сиь;11 .ль 9 на исполнигельный opi-an К) от фор.ми)ователя о. а сч , 1:., напр.Ил ср, п 1). И)- тате аси.м.метрш : ; Т;;юще1Ч) пп..-мя. виткового . обрьпга цепей обмоток статора пли ротора составляющая гока опрятной последовагсльпости 1 превышает ,ао;:устпмую кратность по от|;още11пю к току прямой :оследппптольности Ь. то cnrna/i отivi:;i с::;;/-; И ;Ч Т ;; :и 1 Iia lCnO, llinTe, iI.;iblii Оргнп n;i yKa:-;a.;:. вы:пе цепи от (;- этом прнчпнл отк;1Юче П Я ; -.Ожст быть CTaiii. nci iciooB, отражающих сосгоя- 45 и |й

55 Переход усилите. км 4о и 46 из о. СОСТОЯ :; -; i; лр ое осущсств.тяется скачко- об 1о:т:: li 1 еЗйнпсили; от скорости 1 : мгпо- ния иги:пяже -П и ид к()пдепсагор;;х 27

так как напряжения на входы усилителей подаются с конденсаторов 27 и 28 и с выходов усилителей через логические элементы ИЛИ. Поэтому, несмотря на сравнительно медленное уменьшение напряжений на конденсаторах 27 и 28 до нуля и ниже, напряжения на входах усилителей уменьшаются быстро за счет передачи на них отрицательных потенциалов с выходов усилителей через вторые входы логических элементов. При этом реализуется положительная обратная связь, усилители остаются в открытом состоянии и после отключения электродвигателя, когда токи на выходах фильтров становятся равными нулю и конденсаторы 27 и 28 снова приобретают положительный заряд. Таким образом, сигналы отключения защит запоминаются.

Введение в устройство дополнительных фильтров напряжения прямой и обратной последовательностей и формирователя управляющего сигнала позволяет увеличить величины выходных токов фильтров напряжений прямой и обратной последовательностей за счет снижения нагрузки на их выходах по сравнению с известным устройством, в котором величины выходных токов фильтров ограничиваются резистивными делителями на их выходах. Кроме того, выполнение положительной обратной связи усилителя в формирователе управляющего сш - нала с помощью дополнитльно введенного логического элемента ИЛИ позволяет получить на выходе усилителя сигнал с крутым передним фронтом, что также обеспечивает повышение чувствительности защиты. Разделение цепей прохождения сигналов защиты по величине допустимого тока и по величине допустимой асимметрии тока электродвигателя, а также введение в усилитель каждого формирователя управляющего сигнала индикатора, отражающего состояние усилителя, позволяет увеличить информативность защиты путем фиксации причины отключения электродвигателя.

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазно1 о электродвигателя от анормальных режимов, содержащее устанавливаемые в фазах питающей сети два трансформатора тока, вторичная обмотка каждого из .которых зашун- тирована переменным резисторо.м, первые фильтры напряжений прямой и обратной последовательностей, формирователь управляющего сигнала, источник стабилизированного опорного напряжения, питаемый фазным напряжением сети, инверсный уси.чи- тель и исполнительный орган, при этом вы- ходы фильтров прямой и обратной последовательностей и источника стабилизированВПИИПИЗаказ 2521/4)Т:.раж618Подписное

ПропзвиД. I )-11олиг|);1фнч1Х-К)0 11)( ;.11риятио, г. Ужгород, y. i. Проектная, 4

0

5

0

5

0

5

0

5

ного опорного напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами формирователя управляющего сигнала, первые выводы вторичных обмоток трансформаторов тока подключены к входам фильтров напряжений прямой и обратной последовательностей, вторые выводы вторичных обмоток трансформаторов тока и четвертый вход формирователя управляющего сигнала присоединены к общей шине, выход инверсного усилителя соединен с входом исполнительного органа, при этом каждый фильтр напряжения прямой, обратной последовательностей состоит из последовательно включенных конденсатора и двух резисторов, общая точка соединения резисторов является его выходом, форм-ирователь управляющего сигнала содержит первую и вторую цепи из последовательно согласно включенных двух диодов, обпше точки соединения которых образуют соответственно первый и второй входы формирователя управляющего сигнала, конденсатор, первым выводом присоединенный к четвертому, вторым через резистор - к третьему входам формирователя управляющего сигнала, и усилитель, выход которого является выходом формирователя управляющего сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и информативности защиты, в него дополнительно введены элемент ИЛИ и вторые фильтры напряжений прямой и обратной последовательностей, входы которых подключены к первым выводам вторичных обмоток трансформаторов тока, выходы - соответственно к первому и второму входам дополнительно введенного второго, аналогичного первому, формирователя управляющего сигнала, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с третоим и четвертым входами первого формирователя управляющего сигнала, выходы обоих формирователей и управляющего сигнала подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инверсного усилителя, при этом в каждый формирователь управляющего сигнала дополнитльно введен элемент ИЛИ, выход и первый вход которого соединены соответственно с входом и выходом снабженного индикатором упомянутого усилителя формирователя управляющего сигнала, второй вход элемента ИЛИ соединен с вторым выводом упомянутого конденсатора, защунтированного упомянутыми первой и второй цепями из последовательно согласно включенных двух диодов, причем в первом формирователе управляющего сигнала обе указанные цепи подключены анодами к второму, а катодами к первому выводам конденсатора, а во втором - первая цепь последовательно согласно включенных двух диодов подключена к конденсатору в противоположном направлении.