Устройство для защиты асинхронного электропривода от аварийных токов Советский патент 1989 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от токов короткого замыкания, а также замыкания через сопротивление, например, электрической дуги сетей, содержащих асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, для защиты этих электродвигателей от опрокидывания, перегрузки, затянувшегося или несостоявшегося пуска, кроме того, для защиты асинхронного электропривода шахтных машин и механизмов от аварийных токов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия защиты при пуске асинхронного электропривода.

На фиг,1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы изменения уставки защиты при вращающемся роторе двигателя привода; на фиг. 3 - диаграммы изменения уставки защиты при несостоявшемся пуске электродвигателя

Устройство содержит два датчика 1 и 2 тока, включенные в разные фазы трехфазной сети и подключенные выходами к входу трехфазного мостового вьшрямителя 3. При этом впервые выводы датчиков тока соединены между собой. Выход выпрямителя 3 нагружен соединенными параллельно конденсатором 4 и потенциометром 5. Средний вывод потенциометра 5 подключен к неинвертирующему входу компаратора 6 выход которого соединен с входом исполнительного элемента 7 защиты. Устройство содержит источник 8 питания, соединенньш выходом с входом блока 9 управления защиты. Положительный вывод источника 8 питания соединен с первыми вьгоодами первого 10 и второго 11 резисторов. Отрицатель- ньй вывод источника питания является общим выводом 12 устройства и подключен к вторым выводам третьего резистора 13 и первого потенциометра 14, а также к общим анодам диодов мостового вьтрямителя 3. Первые точки резистора 13 и потенциометра 14 соединены с вторыми выводами резисторов соответственно 10 и 11 и подключены к анодам диодо1з соответственно 15 и 16. Катод диода 16 соединен с анодом третьего диода 17, Между катодом диода 16 и общим выводом 12 устройства включены соединенные

0

5

0

5

0

5

0

5

параллельно первый конденсатор 18 и четвертый резистор 19. Параллельно резистору 13 включен первый ключевой элемент 20. Между средним выводом первого потенциометра 14 и общим выводом 12 устройства подключен второй ключевой элемент 21. Входы ключевых элементов 20 и 21 соединены с выходом блока 9 управления защиты

Блок 9 управления защиты содержит датчик 22 тока привода, соединенньш вторым выводом с об1чим выводом 12 устройства Первый вывод датчика 22 скорости соединен через диод 23 с не- инвертирукн-чим входом первого компаратора 24 блока 9 управления и через интегрирующую цепь 25 с неинвертирующим входом второго компаратора 26 блока 9 управления Выходы обоих компараторов 24 и 26 через логический элемент ЮЖ 27 подключены к выходу блока 9 управления. При этом выход компаратора 24 соединен с его неинвертирукя-чим входом через диод 28 и резистор 29. Инвертирунщие входы компараторов 24 и 26 соединены со средними выводами потенциометров соответственно 30 и 31, крайние выводы которых подключены к выходу источника 8 питания. При этом величины сопротивлений резисторов 10 и 11 равны между собой. Потенциометр 14 выбирается из расчета, что сопротивление соединенных параллельно резистора 19 и потенциометра 14 равно сопротивлению резистора 13.

Устройство работает следукл щм образом.

При включении устройства на резисторе 13 устанавливается напряжение и 13, соответствующее верхнему уровню установки На конденсаторе 18 напряжение и 18 экспоненциально повышается до уровня и 13 по мере заряда конденсатора 18. Поскольку устройство включается одновременно с включением защищаемого электропривода, то при . состоявшемся пуске датчик 22 скорости формирует импульсы, амплитуда и частота которых пропорциональны частоте вращения ротора электродвигателя защищаемого привода. Эти импульсы подеются на анод диода 23 и на вход интегрирующей цепи 25. (В качестве ин- тегрирую1чей цепи 25 может служить цепь, состоящая из соединенных последовательно резистора и конденсатора; при этом параллельно конденсатору

31А

подсоединен ключевой транзистор, база которого является входом интегрирующей цепи)о Положительные полуволны выходного напряжения датчика 22 скорости сбрасывают интегрирукнцую цепь 25. В результате, на ее выходе формируются пилообразные импульсы U 25, которые сравниваются компаратором 26 с напряжением U 31 снимаемым с потенциометра 31. При вращающемся роторе двигателя величина импульсов и 25 не достигает напряжения U 31, поскольку амплитуда их обратно пропорциональна- частоте вращения ротора В результате, на выходе компаратора 26 установлен О.

Положительные полуволны выходных напряжений датчика скорости (U 23) с катода диода 23 подаются на неинвер- тирующий вход компаратора 24, где сравниваются с напряжением U 30, снимаемым с вькода потенциометра 30. Величина напряжения U 30 устанавливается соответствующей такой ско- рости привода, начиная с которой пусковой ток двигателя (при пуске) начинает интенсивно снижаться до величины номинального тока. При достижеНИИ импульсами U 23 величины напря- жения и 30 на выходе компаратора 24 устанавливается 1 и этот компаратор самоблокируется по цепи: резистор 29 - диод 28. Выходное напряжени компаратора 24 включает ключевые элементы 20 и 21. При этом ключ 20 шунтирует резистор 13, а ключ 21 шунтирует часть потенциометра 14 (между средним и вторым его вьгеодами). В результате конденсатор 18 начинает разряжаться через резистор 19 до величины падения напряжения на потенциометре 14 (между первым и средним его вьшодами). Интенсивность разряда конденсатора 18 определяется сопротивлением резистора 19 и не зависит от сопротивления потенциометра 14, поскольку конденсатор 18 подключен к нему через диод 16. Напряжения, снимаемые с резистора 13 и конденсатора 18 (и 13 и и 18), совместно формируют уставку срабатывания защиты. При этом на начальной стадии пуска привода, в зоне пусковых токов, уставка формируется напряжением на резисторе 13 (верхний уровень уставки)о С появлением сигнала на выходе блока 9 управления уставка формируется напряжением на конденса

5 Q

5

5

0

5

торе 18о При этом она экспоненциально снижается до величины падения напряжения на незащунтированной части потенциометра 14 (фиг.2, нижний уровень уставки).

Предлагаемое устройство позволяет изменять уставку защиты в соответствии с изменением тока исправного электродвигателя привода. Напряжение и 5, снимаемое с потенциометра 5, пропорционально реальному току двигателя (привода). Оно сравнивается с уставкой Uyj посредством компаратора 6. При отсутствии аварийной ситуации уставка Uucr. вьше напряжения и 5 и захцита не срабатывает. Закон изменения уставки, реализуе- №й предлагаемым устройством, позволяет поддерживать примерно одинаковым превычение напряжения . над напряжением U 5 в течение всего времени работы привода.

При возникновении замыкания в защищаемой сети электропривода напряжение и 5 превьшает уставку. На выходе компаратора 6 устанавливается 1, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 7 защиты. При перегрузке работающего асинхронного двигателя привода его ток возрастает, а частота вращения (амплитуда напряжения, снимаемого с датчика 22 скорости падает. Но это не приведет к исчезновению 1 на выходе компаратора 24, поскольку он самоблокирован. Поэтому уставка защиты (UacT.) остается на нижнем уровне. Повышение тока двигателя вьппе этого уровня уставки приводит к срабатыванию защиты.

В случае несостоявшегося пуска при включении двигателя, импульсы на выходе датчика скорости привода не формируются Интегрирующая цепь при этом не сбрасывается и формирует возрас- такхцее во времени напряжение U 25 (фиг.3),,которое, достигнув значения напряжения U 31, приводит к срабатыванию компаратора 26. Его выходное напряжение через элемент ИЛИ 27 включает ключевые элементы 20 и 21, чем изменяет уставку защиты до нижнего уровня, соответствующего номинальному рабочему току электродвигателя, Поскольку электродвигатель при этом обтекается повьш1енными (пусковыми) токами, понижение уставки приводит к срабатьюанию защиты;

1453513

дательному выводу источника питания являкхчемуся общим выводом устройства, первые выводы третьего резистора и первого потешщометра соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго резисторов и анодами - соответственно первого и второго диодов, катод второго диода соединен с

Положительный эффект предлагаемого устройства в сравнении с известным заключается в повьпиении чувствительности и быстродействии задциты при пуске привода. Уставка предлагаемого устройства защиты изменяется не скачкообразно, а плавно. При этом закон изменения уровня уставки приближен

к закону изменения тока электродвига- 0 анодом третьего диода, катод которого теля (привода) при выходе его на соединен с катодом первого диода и естественную характеристику. В отли- подключен к инвертирующему входу ком- чие от известного устройства.уровень паратора, соединенного выходом с уставки изменяется не по команде реле входом исполнительного элемента, па15 раллельно третьему резистору подключен первый ключевой элемент, между средним выводом первого потенциометра и общим выводом устройства под- - ключен второй ключевой элемент, межЭто понижает зону низкой чувствитель- 2о ДУ катодом второго диода и общим вынести защиты при пуске, позволяет водом устройства включены соединен- реагировать на относительно невысокие ные параллельно первый койденсатор и

времени (через 6-10 с с момента начала пуска привода), а при достижении скорости привода при пуске определенного значения, начиная с которого ток двигателя интенсивно снижается

величины аварийных токов, вызванных, например, замыканиями через электрическую дугу (что представляет опасность взрыва или пожара в угольной шахте).

четвертый резистор, при этом выводы датчиков тока подключены к входу мос25 тового выпрямителя, общие аноды диодов которого соединены с общим выводом устройства, на выходе выпрямителя включены соединенные параллельно вто-- рые конденсатор и потенциометр, подФормула

изобретения

Устройство для запщты асинхронного электро1фивода от аварийных токов содержащее датчики тока с вьшодами для включения в фазы трехфазной сети и соединенные первьми выводами между собой два резистора, исполнительный элемент, блок управления защиты, подключенный входом к выходу источника питания, а выходом - к входу двух ключевых элементов, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повьше- ния быстродействия и чувствительности защиты во время пуска электропривода, оно дополнительно снабжено двумя потенциометрами, двумя конденсаторами, третьим и четвертым резисторами, тремя диодами, компаратором и трехфазным мостовым выпрямителем;, при этом первые выводы первого и второго резисторов соединены между собой и подключены к положительному выводу источника питания, вторые выводы третьего резистора и первого потенциометра подсоединены t к отри

дательному выводу источника питания являкхчемуся общим выводом устройства, первые выводы третьего резистора и первого потешщометра соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго резисторов и анодами - соответственно первого и второго диодов, катод второго диода соединен с

анодом третьего диода, катод которого соединен с катодом первого диода и подключен к инвертирующему входу ком- паратора, соединенного выходом с входом исполнительного элемента, па2о ДУ катодом второго диода и общим выводом устройства включены соединен- ные параллельно первый койденсатор и

35

четвертый резистор, при этом выводы датчиков тока подключены к входу мос25 тового выпрямителя, общие аноды диодов которого соединены с общим выводом устройства, на выходе выпрямителя включены соединенные параллельно вто-- рые конденсатор и потенциометр, под30 ключенный средним выводом к неинвертирующему входу компаратора, а блок управления защиты выполнен в виде датчика скорости,электропривода,двух диодов, резистора, двух потенциометров, интегрирующей цепи и двух компараторов, которые подключены выходами к логическому элементу ИЛИ, два потенциометра подключены к выходу источника питания, а их средние выводы соединены с инвертирующими входами соответствуклцих компараторов, при этом первый вывод датчика скорости соединен с общим вьшодом устройства, второй его вьшод подключен через первый диод к неинвертирукщему входу первого компаратора блока управления и через.интегрирующую цепь к неинвертиругацему входу второго компаратора, выход первого компаратора соединен с его неинвертирунщим входом через резистор и второй диод, при этом вькод логического элемента ИЛИ является выходом блока управления.

0

5

0

Фие,Ъ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - Повышение чзгв- ствительности и быстродействия завщты при пуске асинхронного электропривода. Устройство защиты содержит датчики тока 1,2, включенные фазы трехфазной сети, соединенные первыми выходами между собой и подключенные выходами к входу трехфазного мостового выпрямителя 3, источник питания 8, соединенный с вьшодами первого и второго резисторов 10, 11 - общим вьтодом устройства, со вторыми выводами третьего резистора 13 и первого потенциометра 5. Выход блока управления защиты 9, соединен с входами двух ключевых элементов 20, 21. При возникновении КоЗ. в защищаемой сети на выходе компаратора 6 устанавливается логическая единица, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 7. При перегрузке работающего асинхронного двигателя привода ток возрастает, а частота вращения падает и это приводит к исчезновению логической единшда на выходе компаратора 24. Уставка запреты остается на нижнем уровне,причем, повьшение тока двигателя выше этого уровня уставки приводит к срабатыванию защиты. 3 ило § (Л 4 СП 00 :п 00 . Фи.1