Устройство для защиты трехфазного асинхронного двигателя,питаемого от преобразователя частоты,от работы на двух фазах Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ащиты трехфазных асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя астоты с промежуточным звеном постонного тока, при обрыве одной из фаз вигателя.

Цель изобретения - повышение на- ежности путем контроля входного тока д нвертора и исключения ложного срабатывания защиты в момент пуска элект-.. родвигателя.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - графики 15 напряжений на соответствующих элементах.

Устройство состоит из преобразователя 1 частоты, в который входит управляемый выпрямитель 2, подключенный 20 через силовой фильтр 3 и датчик 4 тока к инвертору 5 напряжения. К ходу инвертора 5 напряжения подключен асинхронный двигатель 6. Вход управления инвертора 5 напряжения подклю- 25 чен к первому выходу блока 7 управления, -второй выход которого подключен к входу управления выпрямителя 2. На первый вход блока 7 управления подается напряжение задания , частоты 30 вращения асинхронного двигателя 6. Выход датчика 4 тока подключен через последовательно соединенные блока 8 выделения модуля и фильтр 9 к входу порогового элемента 10. Выход послед-,c него соединен с первым входом логи-г ческого элемента И 11, второй вход которого через блок 12 задержки и входную клемму 13 подключен к третьему вkoдy блока,7 управления. Выход Q логического элемента И 11 соединен С выходной клеммой 14.

Устройство работает следующим образом.

Информация о токе, протекающем в .с фазах обмотки статора асинхронного двигателя 6, снимается с датчика 4 тока, включенного во входную силовую цепь инвертора 5 напряжения. В простейшем Случае в качестве датчика 4 тока может быть использован резистор из нчхромовой проволоки. В нормальном режиме работы асинхронного двигателя 6 напряжение на датчике 4 тока представляет собой последовательность импульсов с частотой, в шесть раз превышающей частоту выходного напряжения преобразователя 1 частоты. В зависимости от коэффициента мощности асинх50

55

д

0 5 0 c Q

с

0

5

ронного двигателя и его режима работы (режимы двигателя или генератора) импульсы могут быть двухполярные, одно- полярные без постоянной составляющей или однополярные с постоянной составляющей.

В исходном состоянии, когде преобразователь 1 частоты выключен, выходные напряжения датчика 4 тока, блока 8 выделения модуля и фильтра 9 равны нулю. На выходе порогового элемента . 10 и, соответственно, первом входе логического элемента И 11 присутствует сигнал логической 1, что свидетельствует об отсутствии тока в фазах асинхронного двигателя 6. Однако дальшейшее .прохождение этого сигнала заблокировано наличием сигнала логического О, поступающего на второй вход логического элемента И 11 с выхода блока 12 задержки. На выходной клемме 14 присутствует сигнал логический О..

При включении преобразователя 1 частоты (момент времени t) на входную клемму 13 поступает сигнал логическая 1, а на выходе преобразователя появляется напряжение, частота которого определяется амплитудой напряжения УЗДД. На интервале времени tf - t в асинхронном двигателе имеет место электромагнитный переходный процесс установления фазных токов. В течение этого времени поток и огибающая амплитуда импульсов входного тока инвертора 5 напряжения нарастают по экспоненциальному закону с постоянной времени медленной апериодической составляющей, создающей основной поток при включении неподвижного асинхронного двигателя.

Напряжение, поступающее с датчика 4 тока, преобразуется блоком 8 выделения модуля в напряжение положительной полярности. Выходное напряжение 9 плавно нарастает и в момент времени tj достигает значения опорного напряжения порогового элемента 10. Последний переключается и на его выходе устанавливается сигнал логический О, что свидетельствует об отсутствии обрыва фазы асинхронного двигателя 6.

В момент времени tj на выходе бло- -ка 12 задержки устанавливается сигнал логическая 1 и блокировка с логического элемента И 11 снимается. Устройство защиты готово-к работе.

3139

На интервале времени t, - t имеет место нормальный режим работы асинхронного двигателя 6 (обрыв фазы отсутствует). В этом режиме, как уже отмечалось, импульсы тока на датчике А могут быть двухпслярные или однопо- лярные с постоянной составляющей или без нее в зависимости от коэффициента мощности асинхронного двигателя и ре- жима его работы.

При обрыве одной из фаз асинхронного двигателя 6 (момент времени t.) вид последовательности импульсов с датчика 4 тока существенным образом изменяется по сравнению с нормальным режимом работы. В 3 раза уменьшается частота следования импульсов, и в 1,5 раза и более увеличивается их амплитуда. В последовательности им- пульсов дважды за период Т цг выходного напряжения преобразователя 1 частоты имеют место бестоковые интервалы, которые могут быть использованы для идентификации режима обрыва фазы в асинхронном двигателе. Для этого достаточно постоянную времени фильтра 9 выбрать такой, чтобы напряжение на его выходе за время бестокового интервала, уменьшаясь по амплитуде, ус- певало достичь значения опорного напряжения порогового элемента 10,

В этом случае на выходе порогового элемента 10 формируется импульс поло- (жительной полярности, который прохо- :дит через логический элемент И 11 на выходную клемму 14 защиты и далее на блок 7 управления преобразователя 1 частоты. Алгоритм работы преобразователя 1 частоты должен быть построен |таким образом, чтобы с приходом на блок 7 управления первого импульса с выходной клеммы 14 формирование управляющих импульсов на выпрямитель 2 .прекращалось, в результате чего вьг- ходное напряжение преобразователя 1 частоты и, соответственно, токи асинхронного двигателя 6 уменьшатся до нуля. Одновременно с блокировкой управляемого выпрямителя 2 можно блокировать и формирование управляющих импульсов на инвертор 5 напряжения.

К моменту окончания бестокового интервала выход {ое напряжение фильтра 9 должно уменьшиться до значения

опорного напряжения порогового элемента 10. Так как длительность бестокового интервала при обрыве фазы всегда составляет 1/6 часть периода

1

выходного напряжения преобразователя 1 частоты, то для надежной работы устройства постоянную времени Сф фильтра 9 необходимо выбирать для режима работы преобразователя частоты с максимальным значением частоты выходного напряжения, для которого длительность бестокового интервала минимальна. При этом должно выполняться условие

5 0 5 о

Q

5

0

5

T(f fMC,«)

v. или -г, 4 iHiff i

З С,

где T-(f fjinouc ) период, соответствующий максимальной частоте выходного напряжения преобразователя частоты. Ток асинхронного двигателя в процессе его работы может изменяться в широких пределах от тока холостого хода до номинального, а в переходных режимах ток нагрузки может кратковременно превышать номинальный ток в 3-5 раз и более. Кроме того, на практике довольно часто от одного преобразователя частоты необходимо питать группу асинхронных двигателей, что также обуславливает широкий диапазон изменения тока нагрузки преобразователя, особенно при изменении количества подключенных к нему двигателей. Изменение тока в широком диапазоне приводит к соответствующему изменению выходных напряжений блока 8 выделения модуля и фильтра 9. В ре- зельтате этого при малых частотах выходного напряжения преобразователя 1 частоты и небольших токах нагрузки могут иметь место лджные срабатывания устройства защиты при отсутствии обрыва фазы асинхронного двигателя.

Для расширения допустимого диапазона изменения тока асинхронного двигателя (тока нагрузки преобразователя частоты) коэффициент усиления блока 8 выделения модуля необходимо выбирать такой величины, чтобы напряжение на его выходе достигало значения напряжения насыщения уже при токе двигателя порядка 0,1-0,2 от номинального. В этом случае амплитуда выходного напряжения фильтра 9 остается неизп мённой и равной максимальному значению при изменении тока в 5-10 раз ниже номинального значения.

Таким образом, выбором соответствующих значений коэффициента усиления

блока 8 выделения модуля и постоянной времени фильтра 9 можно обеспечить надежную защиту асинхронного двигателя 6 от обрыва фазы в заданных пределах изменения частоты и амплитуды

тока.

i

Изобретение позволяет повысить надежность защиты при упрощении схемы устройства. Использование изобретения в преобразователе частоты, применяемом для питания группы высокоскоростных асинхронных двигателя прецизионных обрабатывающее станках, позволит получить значительный экономический эЛЛект.

Формула изобретения

20

Устройство для защиты трехфазного асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты, от работы на двух фазах, выполненное в виде последовательно соединенных управляемо- 25 го выпрямителя, силтового фильтра и

инвертора напряжения, содержащее ддт- чик тока с клеммами для включения в контролируемую цепь, выход которого подключен через блок выделения модуля к фильтру, логический элемент И, входную и выходную клеммы, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности путем контроля входного тока инвертора и исключения ложного срабатывания защиты в момент пуска электродвигателя, оно дополнительно снабжено пороговым элементом и блоком задержки, при этом клеммы датчика тока предназначены для подключения к силовому фильтру и инвертору напряжения, первый вход, логического элемента И подключен через пороговый элемент к выходу фильтра, второй вход - через блок задержки к входной клемме, подключенной к выходу блока управления преобразователем частоты, а выход логического элемента И подключен к выходной клемме, соединенной с -входом блока управления преобразователем частоты.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьшение надежности путем контроля входного тока инвертора и исключения ложного срабатывания защиты в момент пуска электродвигателя. Устройство состоит из преобразователя 1 частоты, в который входит управляемый выпрямитель 2, подключаемый через силовой фильтр 3 и датчик 4 тока к инвертору 5 напряжения. К выходу инвертора 5 напряfe/n Зоваяае жения подключен асинхронный двигатель 6. Вход управления инвертора 5 напряжения подключен к первому выходу блока 7 управления, второй выход которого подключен к входу управления выпрямителя 2. На первый вход блока 7 управления подается напряжение задания частоты вращения асинхронного , двигателя 6. Выход датчика 4 тока подключен к входу блока 8 выделения модуля, выход которого через последовательно соединенные фильтр 9, пороговый элемент 10 и логический элемент 11 связан с выходной клеммой 14. При обрыве одной из фаз асинхронного двигателя 6 последовательность импульсов с датчика 4 тока изменяется существенно. За время бестокового интервала напряжение порогового элемента достигает порогового значения, и на выходе ,формируется импульс положительной полярности.. Этот импульс через элемент И проходит на блок управления, в результате чего токи асинхронного двигателя 6 уменьшаются до нуля. % ил. г с & (Л со со 4 00 to