Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов Советский патент 1990 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехническим устройствам в частности к устройствам для защиты трехфазных электродвигателей от аварийных режимов .

Цель изобретения - уменьшение по - требляемой мощности.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.2 - схема подключения трансформаторов (а) и векторная диаграмма (б), на фиг.З - принципиальная развернутая схема устройства.

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов содержит два измерительных трансформатора 1 и 2 тока с двумя первичными обмотками. Первая первичная обмотка 3 измерительного трансформатора 1 тока(включена в одну фазу, вторая первичная обмотка 4 того же трансформатора соединена встречно с первичной обмоткой 5 измерительного трансформатора 2 и включена во вто- , рую фазу, а вторая первичная обмотка 6 второго измерительного трансформатора тока 2 включена в третью фазу. К выводам вторичных обмоток 7 и 8 присоединен элемент 9 сравнения и конт- роля перегрузок (ЭСКП) а к средним выводам вторичных обмоток - тиристор- ные оптрпары JO и J1. К среднему выводу вторичной обмотки 7 измерительного трансформатора 1 тока-присоединен анод входного диода тиристорной оптопары 10, катод этого диода присоединен к среднему выводу вторичной обмотки 8 измерительного трансформатора 2. К этому выводу присоединен и анод входного диода тиристорной оптопары 11, катод которого присоединен к среднему вьюоду вторичной обмотки 7 измерительного трансформатора 1 тока.

Катодные цепи обоих тиристоров ти- ристорных оптопар 10 и 11 соединены встречно и подключены к одному выводу вторичной обмотки второго измерительного трансформатора тока.

Анодные цели этих тиристоров сое- динены между собой и через исполни - тельный элемент 12 присоединены к второму выводу вторичной обмотки измерительного трансформатора 2 тока.

Измерительные трансформаторы 1 и 2 (фиг.2) предназначены для формирования из трехфазной системы питания электродвигателя двух напряжений tJ и Uu9 величина которых пропорциональ

5 0 5 0 .Q

5

Q

.,

5

на токам нагрузки электродвигателя, с углом сдвига между ними близким или равным 90°.

ЭСКП 9 состоит из двух частей: диодной схемы сравнения двух электрических величин, выполненной в виде фазочувствительного детектора на диодах 13-16 и резисторах 17-20. Эта часть схемы служит для контроля аварийных режимов, при которых нарушается симметрия и фазовый сдвиг трехфазной системы, питающей электродвигатель, (неполнофазные режимы и короткие замыкания).

Вторая часть схемы - элемент контроля перегрузок (ЭКП) - содержит диод 21, тринистор 22, динистор 23, конденсатор 24 и резисторы 25-29. Эта часть предназначена для контроля аварийного режима ненарушающего трехфазной симметрии, т.е. симметричной перегрузки, когда ток во всех фазах изменяется одинаково.

Рассмотрим принцип действия каждой из частей,

В защитном устройстве применяются два одинаковых измерительных трансформатора 1 и 2 (фиг.). Каждый трансформатор имеет две первичные обмотки 4 и 5 (3 и 6) с разным числом витков w( wu и одну вторичную обмотку 7 (8) со средним выводом (Wj).

i e

Фазовые токи создают в сердечниках

трансформаторов магнитные потоки, величина магнитных потоков которые г создаются отдельными фазными токами в сердечниках трансформаторов, показана на фиг,26„ Величина магнитного потока $Эд пропорциональна величине тока и количеству витков в фазе А, соответственно образуются и другие магнитные потоки, а в фазе В в результате противовключения магнитный поток Фь будет направлен в противоположном направлении.

Таким образом, для образования общего магнитного потока в сердечнике трансформатора 1 суммируются магнитные потоки, создаваемые потоками фаз С и В. Магнитные потоки 9 и Фв пропорциональны току нагрузки электродвигателя и числу витков w( и w. Суммарный магнитный поток Ф р сердечнике трансформатора 1 равен геометрической сумме магнитных потоков фс и Ф8 (фиг,26):

Ъ-Щ+ЪЪ+П

- К-1ИЛ| , K-TMwnp.

Аналогично токами фаз А и В дается магни ный поток

P.-K+ e J-K-lJ V.+W

к

где

1ь W

ПП

/

К IK w«pкоэффициент пропорциональности;

ток нагрузки электродвигателя;

произведение первичных витков трансформаторов, определяющее суммарные магнитные потоки.

Из векторной диаграммы (фиг,2б) видно, что суммарные магнитные потоки сдвинуты на определенный угол tf)e , который зависит от отношения числа первичных витков w4/wu измерительных трансформаторов тока (соответственно, и длины вектора в по сравнению с длиной векторов Фд и Фс ) Следовательно, изменяя число первичных - витков измерительных трансформаторов так,,чтобы менялось их соотношение, можно изменять суммарные магнитные потоки Р, и Фг и угол между ними. Такой же угол V образуется и межДУми

величинами магнитными

ЭДС Е, и К2, созданны- потоками Ф, и Ф , Соответственно под таким углом образуются и напряжения U( и 112 .

Описанный способ подбора колич.ест ва витков w и w и их взаимное соединение выбраны с определенной целью, которая приводит к следующему: меняя количество первичных витков, можно менять чувствительность устройсва, а также величину сдвига (уголС ) между Е i и К и, соответственно, между U( и II г. При определенном соотношении количества витков w и w2 получаем угол (jf , близкий или равный 90°, между U ,, и 11г .

В итоге из трехфазной системы питания электродвигателя при помощи . двух измерительных трансформаторов 1 и 2 выделяются два напряжения U и U величина которых пропорциональна токам нагрузки электродвигателя со .. сдвигом между ними на угол, близкий или равный 90°,

Данный принцип используют для контроля аварийных режимов электродвигателя.

1557623

0

0

5

Известно, что стабильным парапет-, ром трехфазной сети является угол сдвига между напряжениями (токами) При нормальной работе электродвигателя фазы напряжения (тока) сдвинуты на угол 120°, а при обрыве одного m фазных проводов или при коротком замыкании фазовый угол между напряжениями (токами) в двух остальных и становится равным О или

0

изменяется

180°с Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки, то можно защитить

5 Р-Гр от неполнофазного режима и коротких замыканий.

Для контроля изменения угла фазового сдвига применяется схема сравнения двух синусоидальных электричес-0 ких величин по фазе, например схема фазочувствительного детектора, входящая в ЭСКП (фиг.З) и содержащая диоды 13-16 и резисторы 17-20о

К выводам (w) вторичных обмоток

5 7 и 8 трансформаторов 1 и 2 подключен ЭСКП состоящий из диодной схемы срав нения двух электрических величин, вы полнено в виде фазочувствительной детекторной схемы, иЭКП, который вьтолг нен в виде бесконтактного реле времени. ЭКП содержит диод 21, резистор- ный делитель напряжения на элементах 26-29, конденсатор 24, динистор 23 и т ринистор 22 (резистор 25 - токоогра- ничивающий). Переменным резистором 29 устанавливают порог срабатывания, соответствующий максимально допустимой перегрузке- электродвигателя.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе электродвигателя напряжения II j и U одинаковы по величине, но сдвинуты относительно друг друга на угол, близкий

с или равный 90°. Установленный порог срабатывания Un (фиг.З) больше напряжения II,, Схема фазочувствительного детектора находится в состоянии равновесия, и между средними выводами вторичных обмоток измерительных трансформаторов 1 и 2 сигнал отсутствует, следовательно, сигнала нет и на входных диодах оптопар 10 и J. При обрыве одной фазы угол сдвига между токами трехфазной ется вместо угла,

становится равным 0°или 180°, изменяется и угол сдвига между напряжениями U i и Uд Нарушается также равенстf

0

сети изменя- равного 120 , он

О, 1 опб

во величин этих напряжений, вследствие этого разбалансируется равновесие фазочувствнтельиой детекторной схемы и между средними точками вторичных об моток 7 и 8 (фиг.З) измерительных J трансформаторов тока появляется сигнал срабатывания. Так как-одна фаза, например фаза В по отношению к двум остальным, подключена в противовключе- нии, то направление сигнала срабатывания UOB , протекающего между средними точками (выводами) вторичных обмоток, в этом случае противоположно по отношению к двум остальным фазам и0д и U06, поэтому соответствующим образом подключены входные диоды опто пар 10 и 11, В зависимости от напряжения сигнала срабатывания бткрывает- ся соответствующий входной диод опто- пары, фотодиод этой оптопары открывается и в цепи исполнительного элемента 12 появляется сигнал срабатывания. Исполнительный элемент 12 отключает цепь управления электродвигателя

При коротких замыканиях устройство срабатывает так же, как при неполно- фазных режимах так как при появлении коротких замыканий тоже нарушается си симметрия фазового сдвига трехфазной системы, питающей электродвигатель,.

С увеличением нагрузки электродвигателя, не нарушающей фазовой симметрии, растут и магнитные потоки г, и $Ј в сердечниках трансформаторов 1 и 2, увеличиваются и величины напряжений U и 1ТД на вьюодах w вторичных обмоток 7 и 8, Величина одного из напряжений, например U,, контролируется ЭКП. При увеличении напряжения U, сверх установленного порога Un через некоторое время выдержки открывается динистор 23, вслед за ним тиристор 22, замыкая балластный резистор-, 25 фазочувствительного детекто- ра. Равновесие детектора нарушается и между средними выводами вторичных обмоток трансформаторов ,1 и 2 появляется сигнал, который возбуждает диод оптопары, фотодиод оптопары откры- вается и исполнительный элемент 12 срабатывает. Этот режим представлен на фиг.З,

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным отличается уменьшенными значениями собственной потребляемой мощности, массогйба- ритных показателей, повышенной надежностью и обеспечивает защиту трехфазных двигателей от неполнофазных режимов и перегрузок.

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов содержащее два измерительных трансформатора тока с двумя первичными обмотками с разным числом витков, причем первые первичные обмотки имеют клеммы для включения в разноименные фазы, а вторые - в третью фазу питания электродвигателя, исполнительный орган, элемент сравнения и контроля перегрузок, отличаю щее- с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, в него дополнительно введены первая и вторая тирис- торные оптопары, при этом анод входного диода первой тиристотшой оптопары подключен к среднему выводу вто - ричной обмотки первого измерительного трансформатора тока, а катод - к среднему выводу вторичной обмотки второго измерительного трансформатора тока и к аноду входного диода второй ти- ристорной оптопары., катод которого подсоединен к среднему выводу вторичной обмотки первого измерительного трансформатора тока, катодные цепи обоих тиристоров тиристорных оптопар соединены между собой встречно и присоединены к одному выводу вторичной обмотки второго измерительного трансформатора тока, анодные цепи тиристоров тиристорных оптопар соединены между собой и через исполнитель - ный орган присоединены к второму вы - воду вторичной обмотки второго измерительного трансформатора тока, а выводы вторичных обмоток обоих измерительных трансформаторов тока присоединены к соответствующим входам элемента сравнения и контроля перегруЗОК0

а и л ив ис

& &

Ъ

-т

Изобретение относится к электротехническим устройствам, в частности к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов. Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности. Цель достигается введением в устройство первой 10 и второй 11 тиристорных оптопар. При обрыве одной фазы угол сдвига между токами трехфазной сети изменяется. Он становится равным 0° или 180°. Изменяется и угол между напряжениями U₁ и U₂. В зависимости от напряжения сигнала срабатывания открывается соответствующий входной диод оптопары и в цепи исполнительного органа 12 появляется сигнал срабатывания. 5 ил.

фигЗ