Устройство для защиты трехфазного погружного электродвигателя от перегрузки,обрыва фазы и"сухого хода Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных погружных электродвигателей от перегрузки, обрыва фазы и «сухого хода в условиях эксплуатации их в сетях с глухо заземленной нейтралью.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения кабеля связи между датчиком «сухого хода и станцией управления и чувствительности защиты при обрыве фазы.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эскиз магнито- провода с расположенными на нем обмоттеля 40, силовые контакты 41 которого включены в цепь обмотки 36 статора электродвигателя, а замыкающий контакт 42 щунтирует кнопку 43 включения, подсоединенную последовательно с кнопкой 44 отключения в цель катушки магнитного пускателя 40.

В основу принципа действия устройства заложено явление генерации высших гармоник магнитной индукции в нелинейной

магнитной среде. Причем для организации защиты от перегрузки и обрыва фазы используется явление генерации третьей гармоники в трансформаторе тока, а от «сухого хода - явление генерации третьей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных погружных электродвигателей от перегрузки, обрыва фазы и «сухого хода в условиях эксплуатации их в электрических сетях с глухо заземленной нейтралью. Цель изобретения - повышение надежности путем исключения кабеля связи между датчиком «сухого хода и станн о f Л J ,Т цией управления и чувствительности зашиты при обрыве фазы. При перегрузке электродвигателя выпрямленное напряжение на потенциометре 20, пропорциональное напряжению третьей гармоники, возрастает и при достаточной продолжительности перегрузки через пороговые элементы 21, 22 и 25, 26, а также времязадаюший конденсатор 23 на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 подается единичный сигнал. При обрыве одной из двух фаз напряжения третьей гармоники на клеммах 12, 13 и 13, 14 и выпрямленное напряжение на резисторе 20 отсутствуют, поэтому на входе инвертора 31 будет нулевой сигнал, а на входе 32 элемента ИЛИ-НЕ 28 единичный сигнал. При снижении уровня воды в скважине ниже допустимого контакт 35 датчика «сухого хода замыкается и нейтральная точка обмотки статора 36 заземляется, а на клеммах 13, 14 появляется суммарная ЭДС всех вторичных обмоток. На вход 34 элемента ИЛИ-НЕ 28 поступает единичный сигнал. При появлении на любом входе элемента ИЛИ-НЕ 28 единичного сигнала на выходе последнего появляется нулевой сигнал. Тиристор 29 открывается, реле 30 срабатывает и своим размыкающим контактом 39 отключает катушку магнитного пускателя 40, отключая электродвигатель. 4 ил. i (Л 58 сд Ш 2SJ7 г Риг.1

ками и картина направления токов и маг- с гармоники в самом электродвигателе,

нитных потоков при симметричном режимеУстройство работает следующим образом,

работы двигателя; на фиг. 3 - то же,В симметричном режиме при токах элекпри обрыве одной из фаз; на фиг. 4 - притродвигателя, не превышающих номиналь25

замкнутом состоянии контакта датчика «сухого хода.

Устройство состоит из трансформатора 1 тока, через центральное окно которого проходят все три жилы силового кабеля 2 (фиг. 1), а через три других симметрично расположенных под углом 120° окна проходят жилы 3-5 фаз А, В и С (фиг. 2). На внешних и внутренних ярмах трансформатора 1 намотаны вторичные обмотки 6-8 и 9-11 соответственно, образующие первый и второй разомкнутые треугольники, соединенные между собой последовательно и согласно, между средней точкой 12 которых о и их выводными клеммами 13 и 14 подключены выпрямители 15 и 16, а между клеммами 13 и 14 подключен третий выпрямитель 17. Емкость 18 подключена к выходам выпрямителей 15 и 16, а емкость

ного значения, и при наличии воды в скважине (контакт 35 датчика «сухого хода- 20 разомкнут) суммарная магнитодвижущая сила всех трех жил 2 силового кабеля, проходящего через центральное окно, равна нулю, а магнитодвижущие силы жил 3-5, проходящих через другие окна, возбуждают три магнитных потока ФА, ф в, фс (фиг. 2). Магнитопровод насыщается и в магнитном потоке каждой фазы помимо основной гармонической возникает значительная третья гармоническая, наводящая в обмотках каждой фазы ЭДС тройной частоты. Обмот- 6-8 и 9-11 соединены в разомкнутые треугольники, поэтому на их зажимах 12, 13 и 12, 14 действуют напряжения тройной частоты в противофазе, так как обмотки, расположенные на двух противоположных ярмах (например, 6 и 9), пере19 - к выходу выпрямителя 17. Выхо-35 секаются магнитным потоком (Фл) в проды выпрямителей 15 и 16 через потенцио-тивоположных направлениях. При последометр 20, первый пороговый элемент, состоя-вательном и согласном соединении трещий из тиристора 21 и стабилитрона 22,угольников на их зажимах 13, 14 ЭДС

времязадающий конденсатор 23, потенцио-отсутствует, на выходе выпрямителя 17 наметр 24, второй пороговый элемент, состоя-пряжение равно нулю, на входе 34 элещий из тиристора 25 и стабилитрона 26, мента ИЛИ-НЕ 28 сигнал отсутствует, подключен на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28,

Выпрямители 15 и 16 соединены последовательно и согласно. При номинальных токах двигателя выпрямленное напряжение, пропорциональное напряжению третьей гар15 и 16 через инвертор 31 соеди- 45 моники, снимаемое с потенциометра 20,

регулируется так, чтобы оно было ниже напряжения порогового элемента 21, 22, поэтому на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 подается нулевой сигнал. Сигнал, снимаемый с потенциометра 20, преобразуется щий контакт 35, разомкнутый при нали- 50 инвертором 31 в нулевой и подается на чии воды и замкнутый при ее отсутствии, вход 32 элемента ИЛИ-НЕ 28. Таким об- одним выводным концом соединен с землей, разом, в нормальном режиме на все вхо- а другим - с нейтральной точкой обмот- ды элемента ИЛИ-НЕ 28 поступают ки 36 статора электродвигателя. Катушка ре- нулевые сигналы, а на выходе будет сиг- ле 30 шунтирована диодом 37, а в цепь нал «Ь, тиристор 29 заперт и реле 30 управления тиристора 29 включен резис- 55 обесточено.

При перегрузке электродвигателя напряжение на потенциометре 20 возрастает и

выход которого соединен с исполнительным элементом, состоящим из тиристора 29 и реле 30. Дополнительно выход выпрямителей

нен с входом 32 элемента ИЛИ-НЕ 28. Кроме того, выход выпрямителя 17 через потенциометр 33 соединен с входом 34 элемента ИЛИ-НЕ 28. Датчик «сухого хода, находящийся в скважине и имеютор 38. Размыкающий контакт 39 реле 30 включен в цепь катушки магнитного пуска

ного значения, и при наличии воды в скважине (контакт 35 датчика «сухого хода- разомкнут) суммарная магнитодвижущая сила всех трех жил 2 силового кабеля, проходящего через центральное окно, равна нулю, а магнитодвижущие силы жил 3-5, проходящих через другие окна, возбуждают три магнитных потока ФА, ф в, фс (фиг. 2). Магнитопровод насыщается и в магнитном потоке каждой фазы помимо основной гармонической возникает значительная третья гармоническая, наводящая в обмотках каждой фазы ЭДС тройной частоты. Обмот- 6-8 и 9-11 соединены в разомкнутые треугольники, поэтому на их зажимах 12, 13 и 12, 14 действуют напряжения тройной частоты в противофазе, так как обмотки, расположенные на двух противоположных ярмах (например, 6 и 9), пересекаются магнитным потоком (Фл) в пропри достижении значения порога элемент 21 (22) открывается и начинает заряжаться конденсатор 23. Если по длительности перегрузка электродвигателя кратковремен- на, конденсатор 23 не успевает зарядиться до напряжения порога второго гюрогового элемента 25, 26, а если перегрузка продолжительна, пороговьж элемент 25, 26 открывается, на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 поступает сигнал на выходе - сигток и их соединение между собой позволяют использовать явление генерации высших гармоник магнитной индукции в нелинейной магнитной среде для выполнения в одном устройстве трех видов защит, дающих воз- можность исключить кабель связи между датчиком «сухого хода и станцией управления, что повышает надежность работы электродвигателя, а также чувствите.тьность защиты при обрыве фазы благодаря

гическии характер и не зависящей от загрузки электродвигателя.

нал «О, тиристор 29 открывается, реле 30 10 использованию информации, имеющей ло- срабатывает и своим размыкающим контактом 39 обесточивает цепь катущки магнитного пускателя 40. Электродвигатель отключается от сети силовыми контактами 41. При обрыве одной из фаз, например В, токи в первичных обмотках трансформатора 1 и магнитные потоки направлены в со- ofвeтcтвии с фиг. 3. Магнитные потоки в оставщихся двух фазах, например А и С, пересекают вторичные обмотки на внещних

15

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного погружного электродвигателя от перегрузки. обрыва фазы и «сухого хода, содержащее насыщающиеся трансформаторы тока.

и внутренних ярмах магнитопровода (6, 9 и, 20 первичные обмотки которых снабжены клемсоответственно, 8, 11) в противоположных направлениях и при последовательном соединении последних отсутствуют напряжения третьей гармоники на выводах 12, 13 и 13, 14 и выпрямленное напряжение на резисторе 20, поэтому на входе инвертора 31 будет кулевой сигнал, а на входе 32 элемента ИЛИ-НЕ 28 - единичный сигнал, на выходе будет нулевой сигнал, тиристор 29 открывается, реле 30 срабатывает и электродвигатель отключается от сети.

Если уровень воды в (кважине падает ниже допустимого, контакт 35 датчика «сухого хода замыкается и нейтральная точка обмотки 36 статора заземляется. По обмоткам двигателя, силовому кабелю, вторичным обмоткам трансформатора системы электроснабжения и нулевому проводу протекают токи третьей гармоники 1з, являющиеся токами нулевой последовательности. На фиг. 4 показаны направления этих токов в первичных обмотках трансформа25

мами для включения в фазы обмотки статора электродвигателя, а вторичные обмотки соединены последовательно и образуют первый разомкнутый треугольник, три выпрямителя, два пороговых элемента, элемент задержки, делитель напряжения, датчик «сухого хода, один вывод которого имеет клемму для соединения с землей, и исполнительное реле, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем исклю- 30 чения кабеля связи между датчиком «сухого хода и станцией управления и чувствительности защиты при обрыве фазы, в устройство введен инвертор, элемент ИЛИ-НЕ и тиристор, второй вывод датчика «сухого хода имеет клемму для соединения с нейтральной точкой обмотки статора, магнитопровод трансформаторов тока выполнен единым и имеет центральное окно, через которое проходят все три жилы силового кабеля, и три окна, симметрично расположенные под углом 120°,

35

тора 1 и направления магнитного потока 40 через которые проходят соответственно по

Ф 3, создаваемого токами третьей гармоники (не показанные на фиг. 4 направления токов IA, IB, 1с первой гармоники создают картину, аналогичную фиг. 2). Магнитный поток Фз, замыкающийся по внутреннему и внещнему ярмам магнитопровода трансформатора 1, индуцирует во вторичных обмотках 6-8 и 9-11 ЭДС утроенной частоты и, так как обмотки 6-8 и 9-11 соединены последовательно и согласно

45

одной жиле силового кабеля, на внещних ярмах расположены указанные вторичные обмотки, образующие первый разомкнутый треугольник, а на внутренних ярмах дополнительно расположены три вторичные обмотки, образующие второй разомкнутый треугольник, соединенный с первым разомкнутым треугольником последовательно и согласно, каждый из двух разомкнутых треугольников подключен соответственно к пер(фиг. 1), то на зажимах 13, 14 выде- о вому и второму упомянутым выпрямителям, ляется суммарная ЭДС всех вторичныхкоторые соединены между собой последообмоток. На входе 34 элемента ИЛИ-НЕвательно и согласно, а выход выпрямителей

28 появляется единичный сигнал, на выходе- через делитель напряжения подключен к инвертору, выход которого подсоединен к элементу ИЛИ-НЕ, а также через два выщеТаким образом, совмещенная конструк- 55 указанных пороговых элемента и элемент ция магнитопровода трансформатора тока, задержки подключен к второму входу эле- расположение первичных и вторичных обмо- мента ИЛИ-НЕ, кроме того, выход двух ранулевой, тиристор 29 открывается и электродвигатель отключается от сети.

ток и их соединение между собой позволяют использовать явление генерации высших гармоник магнитной индукции в нелинейной магнитной среде для выполнения в одном устройстве трех видов защит, дающих воз- можность исключить кабель связи между датчиком «сухого хода и станцией управления, что повышает надежность работы электродвигателя, а также чувствите.тьность защиты при обрыве фазы благодаря

10 использованию информации, имеющей ло-

гическии характер и не зависящей от загрузки электродвигателя.

использованию информации, имеющей ло-

10 использованию информации, имеющей ло-

15

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного погружного электродвигателя от перегрузки. обрыва фазы и «сухого хода, содержащее насыщающиеся трансформаторы тока.

20 первичные обмотки которых снабжены клем5

мами для включения в фазы обмотки статора электродвигателя, а вторичные обмотки соединены последовательно и образуют первый разомкнутый треугольник, три выпрямителя, два пороговых элемента, элемент задержки, делитель напряжения, датчик «сухого хода, один вывод которого имеет клемму для соединения с землей, и исполнительное реле, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем исклю- 0 чения кабеля связи между датчиком «сухого хода и станцией управления и чувствительности защиты при обрыве фазы, в устройство введен инвертор, элемент ИЛИ-НЕ и тиристор, второй вывод датчика «сухого хода имеет клемму для соединения с нейтральной точкой обмотки статора, магнитопровод трансформаторов тока выполнен единым и имеет центральное окно, через которое проходят все три жилы силового кабеля, и три окна, симметрично расположенные под углом 120°,

5

0 через которые проходят соответственно по

40 через которые проходят соответственно по

45

одной жиле силового кабеля, на внещних ярмах расположены указанные вторичные обмотки, образующие первый разомкнутый треугольник, а на внутренних ярмах дополнительно расположены три вторичные обмотки, образующие второй разомкнутый треугольник, соединенный с первым разомкнутым треугольником последовательно и согласно, каждый из двух разомкнутых треугольников подключен соответственно к вому и второму упомянутым выпрямителям, которые соединены между собой последо1410175

зомкнутых треугольников подсоединен к тре-мента ИЛИ-НЕ, подсоединенного выходом

тьему упомянутому выпрямителю, выход ко-к управляющему тиристору и исполнительторого соединен с третьим входом эле- ному реле.

12

12