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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты электродвигателей от аварийных режимов.

Цель изобретения - упрощение конструкции и улучшение электрических и весогабаритных характеристик.

На фиг. 1 приведена структурная схема защитного устройстваi на фиг.2- векторная диаграмма образования ЭДС Ед, Eg, Е и Е ; на фиг. 3 - векторная диаграмма образования ЭДС Е, и EJ , на фиг. 4 - выходная фазовая характеристика диодной схемы сравнения двух электрических величин по фазе , на фиг. 5 - векторные диаграммы изменения ЭДС Е, и Е при нормальной работе электродвигателя, при симметричной перегрузке и неполнофазном режиме.

На магнитопроводе тороидального фазовращающего трансформатора 1 тока расположены сдвинутые на 120 одна относительно другой две обмотки 2 и 3. Третья обмотка также ориентирована к двум остальным на 120 , но, состоит из двух секций 4 и 5. Через магнитопровод фазовращающего трансформатора 1 тока продеты фазовые провода 6, 7 и 8, которые ориентированы к соответствующим обмоткам, установленные на магнитопроводе. Одни выводы обмоток 2 и 3 с соответствующими секциями 4 и 5 третьей обмотки соединены в противовключении, а другие присоединены к органу 9 сравнения и контроля перегрузок, который Присоединен к исполнительному элементу -10. Орган 9 сравнения и контроля перегрузок выполнен в виде кольцевого фазочувствительного детектора на диодной схеме сравнения двух электрических величин по фазе, которая дополнена бесконтактным реле времени с выдержкой времени, зависящей от величины перегрузки. Допустимая величина перегрузки устанавливается переменным резистором.

Известно, что стабильным параметром трехфазной сети является угол сдвига между напряжениями (токами). При нормальной работе электродвигателя фазы напряжения (тока) сдвинуты на угол 120 , а при обрыве одного из фазных проводов фазовьй угол между напряжениями (токами) в двух остальных изменяется и становится равным О или 180 . Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз меладу токами нагрузки электродвигателя, то его можно защитить от не- полнофазного режима.

Для контроля изменения угла фазового сдвига применяется диодная схема сравн ения двух синусоидальных электрических величин на фазе, например, ЭДС:

0

е, Е, sinot и е E,jsin((at-v)

Эта схема имеет косинусную характеристику выходного параметра, напри-, мер напряжения Уо

и„ KRE cost, где К - коэффициент, учитывающий

конструктивные параметры, R - сопротивление контура схемыj Е - величина контролируемого ЭДС , cost|) - фазовый сдвиг между ЭДС.

Для этого необходимо из трехфазных токов питания электродвигателя сформировать две ЭДС Е и Е, между которьми должен быть определенный угол сдвига фазу. Угот) может быть равен или близок 90° при наличии токов во всех фазах питания электродвигателя, а так как при обрыве любой из фаз угол изменяется на О или о

180

то можно применить диодную схему сравнения синусоидальньпс электрических величин по фазе для контроля реполнофазных режимов.

Система трехфазных токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, если эти токи пропускать через три неподвижные катушки (обмотки), оси или плоскости которых смещены в пространстве на 120 , т.е. на угол,

равный электрическому углу сдвига по фазе мезкду токами.

Вращающееся магнитное поле наводят в обмотках катушек, установленных на магнитопроводе тороидального

фазовращателя трансформатора тока ЭДС, величины которых зависят от токов нагрузки электродвигателя, количества витков катушек и материала ярма магнитопровода. На вьшодах обмотки W катушки фазы А образуется ЭДС Ед, на выводах обмотки Wg катушки, фазы В образуется ЭДС Ец,а так как обмотка катушки фазы С состоит из вух секций W и Wg , то на вывойх каждой секции образуется ЭДС Ej, и ЕС (фиг. 2).

Число витков в катушке фазы А равно числу витков в катушке фазы В, д М, соответственно ЭДС Ед Е.

3

Число витков в обоих секциях катушки фазы С одинаковое, w V/ , следоватп „11

тельно, Е Р.. , но число витков в этих секциях меньше по сравнению с катушками других двух фаз. Такой подбор числа витков в катушках позволяет от системы ЭДС, приведенной на фиг, 2, образовать две ЭДС с определенным углом сдвига между ними Для этого соединяют в противо ключении один конец обмотки Уд катушки фазы А с обмоткой одной секции обмотки W катушки фазы С, один конец обмотки Wg катушки фазы В - с обмоткой другой секции Wj катушки фазы С (фиг.1) В результате получают две ЭДС Е и EJ, векторная- диаграмма образования которых показана на фиг. 3.

Как видно из векторной диаграммы (фиг. 3)угол сдвига Ц между суммарными ЭДС Е, и Е зависит от того, насколько вектор Е ( ) короче векторов Ед и Ец. Величина ЭДС пропорциональна числу витков, следовательно, угол сдвига (р зависит от соот ношения числа витков и Wg/W, Изменением числа витков катушек меняют чувствительность устройства, оставляя без изменения е-го фазовую характеристику. Поэтому для надежной работы устройства используется определенный диапазон соотношения числа витков, в .котором угол сд вига Cj меж ду ЭДС Е, н Е равен или близок углу 90°.

На фиг. 4 показана фазовая коси нусная характеристика изменения выходной величины диодной схемы сравнения двух электрических величин по фазе, которая является основой элемента 9 сравнения и контроля перегрузок. Кривая 1 определяет закон из- мерения выходного сигнала элемента сравнения и контроля перегрузок при нормальной работе электродвигателя, а кривая 2 - при пуске электродвигателя. Реагирующий элемент 10 имеет определенную чувствительность, определенный порог срабатывания, и устройство будет надежно в работе, если выходная величина, например напряжение и элемента 9 сравнения и контроля перегрузок, будет меньше порога срабатывания /uj/, реагирующего элемента 10 U как при нормальной работе электродвигателя, так и при пусковом режиме. Это условие выполняется в определенном диапазоне

.

25

320859 4

сдвига фазового узла (j} при углах, близких или равных 90 . На фиГ. 4 этот диапазон находится между точками 1 и 2 .

5 Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом.

Переменным резистором, который находится в элементе 9 сравненют и контроля перегрузок, устанавливается

О необходимый порог срабатывания защитного устройства Е|.

При нормальной работе электродвигателя величины ЭДС E и Е равны, но сдвинуты по фазе на угол, близкий

или равный .90°. Величина одного ЭДС, например Е, , контролируется элементом 9 сравнения и контроля перегрузок. В этом режиме величина ЭДС Е ниже устновленного в устройстве поро20 га Е срабатывания. На выходе элемента 9 сравнения и контроля перегрузок имеется небольшой сигнал, недостаточный для срабатывания реагирующего элемента 10. Этот режим изображен в векторной диаграмме на фиг. 5а. I

С увелтгченнем нагрузки электродвигателя растут токи в фазовых проводах 6-8, соответственно растет магJQ нитный поток в торродиальном фазовра- щающем трансформаторе 1 тока, увеличивается ЭДС на вьгоонцах обмоток катушек. Когда величина ЭДС Е, становится выше порога срабатывания Е (фиг.56), при помощи порогового элемента бесконтактного реле времени разбаланси- руется равновесие диодной схемы сравнения двух электрических величин элемента 9 сравнения и контроля перегрузок. На выходе этого элемента появля35

40

ется сигнал, который поступает на реагирующий элемент 10. Реагирующий элемент 10 отключает электродвигатель.

.f. Известно, что ппи неполнофазном режиме нарушается симметрия токов нагрузки трехфазной сети, питающей электродвигатель, место фазового сдвига между токами, равного 120 ,

-« угол сдвига в исправных фазах становится равным 180 или 0°, следовательно, изменяется угол сдвига ( меязду ЭДС Е, и Ej (фиг. 5в). Этот угол контролируется диодной схемой сравнения двух электрических величин по фазе элемента 9 сравнения и контроля . перегрузок. Согласно косинусной характеристике изменения выходного сигнала этой схемы при углах О и 180

55

на выходе схемы появляется сигнал максимальной величины (фиг. 4, точ( - .

ка Up на кривой 1). Одновременно при неполнофазном режиме уменьшается магнитный поток в ярме магнитопровода и, соответственно, величины ЭДС Е, и EJ. Сигнал от элемента 9 сравнения и контроля перегрузок поступает на реагирующий элемент 10, который отключает электродвигатель. Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов, содержащее трехфа;зный многооб- моточный измерительньй орган, установленный в фазах пи гающей цепи двигателя , выход которого присоединен к органам сравнения в виде кольцевог фаэочувствительного детектора с ис-

А fW/.)

полнительным элементом на выходе, контакты которого служат для управления трехфазным электродвигателем, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и улучшения электрических и весогабаритных характеристик, трехфазный многообмоточный измерительный орган выполнен в виде тороидального магнитопровода, через который продеты сдвинутые на 120 относительно друг друга фазные провода питающей сети, на магнитопро- воде установлены обмотки, которые ориентированы к соответствующей фазе питания, сдвинуты относительно друг друга также на 120 , при этом две обмотки имеют равное число витков, а третья обмотка состоит из двух равных секций, которые с обмотками других фаз соединены встречно.

Изобретение относится к области электротехники - релейной защите трехфазных электродвигателей от аварийных режимов. Цель изобретения - упрощение конструкции и улучшение электрических и весогабаритных характеристик. Устройство содержит торс- вдальный магнитопровод 1, на котором расположены обмотки 2 и 3 двух фаз и обмотка 4, 5 двухсекционная третьей фазы, которые с обмотками 2 и 3 включены в противовключении. Через магнитопровод продеты три фазы питающей цепи, сдвинутые одна относительно другой на- 120 . Выходы обмоток 2, 3, 4 и 5 присоединены к органу сравнения 9. При увеличении тока на-, грузки электродвигателя сверх допустимого исполнительный элемент отключает электродвигатель. 5 ил. СО Фи,1

(i)

фцг. 2

Фиг.З

-и.

V

Фие.

п 1

о о

/7

(рг/е.5

Редактор Л.ПовканЙхреГГкJ °

..Техред В.Кадар .Корректор Г.Решетник

Заказ 2664/54J л7я

ВНИИШ roc™« ™.Sro к„м„,„а СССР

ПО делам изобретений и открытий :„l ° l Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.одс™ен„о-„„1;,,Т /7

ч

2 Еп

п

k()

f2(

бо :, )