Устройство для защиты обмоток статора электродвигателя переменного тока от аварийных режимов Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к диагностированию, цонтролю технического состояния и защите промышленных электрических машин hepeменного тока, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где применяются подобные машины, например в металлургии и станкостроении.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности зг1щиты электродвигателей переменного тока.

На фиг. 1, приведена структурно-функциональная схема устройства защиты обмоток статора электрической машины от

перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы; на фиг. 2 - резонансные характеристики двигателя при различных температурах.

Устройство защиты статорных обмоток электродвигателя содержит обмотку защищаемого двигателя 1, в Каждую фазу которого последовательно включены три вторичных ниЗкоомных обмотки трансформатора 2 тока. Генератор 3 резонансной частоты через усилитель 4 и буферный каскад 5 подключен к первичной обмотке трансформатора 2 тока, связанной с элементом 6 выделения сигнала, выход которого соединен с одним из входбв амплитудно-фазового детектора 7, второй вход которого подключен к генератору 3. Выход амплитудно-Лозового детектора через пороговое устройство 8 и блок 9 защиты соединен с исполнительным органом 10.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 3, вырабатывающий синусоидальное напряжение, частота/которого соответствует одной из собственных резонансных частот работающего двигателя, соединен последовательно через усилитель 4 и буферное устройство 5 с трансформатором 2 тока, позволяющим ввести сигнал резонансной частоты в статорную обмотку защищаемого электродвигателя. Трехфазная система токов вторичных обмоток трансформатора промышленной частоты от работающего двигателя-не создает токов в первичной обмотке трансформатора и не наводит напряжение В элементе 6 выделения сигнала, одновременно выделяя большую часть мощности генератора резонансной-частоты в обмотках двигателя.

Сопротивления обмотЫ эл.машины на промышленной частоте носят активно-индуктивный характер. При повышенных частотах до Ю Гц проявляет себя емкостное сопротивление зл.машины, соизмеримое с индуктивным, за счет межвитковых емкостей, емкостей между соседними обмотками, между обмоткой и корпусом, и т.д. Поэтому в цепи обмотки статора на различных частотах возникают резонансы токов или напряжений. На резонансной характеристике электрической машины 1 (f) получают до to экстремумов. Использовать для целей можно каждый из них. но предпочтительно в целях повышения чувствительности выбрать экстремум с наиболее выраженным броском тока, частота которог по тексту обозначена как резонансная.

i Резонансная частота эл.машины. снята в номинальном режиме, значительно отличается от резонансной частоты той же эл.машины в аварийном режиме, так как при любой перегрузкгё происходит повышение температуры обмоток, что приводит к иэм - е««кю проводимости проводников обмот. диэлектрической проницаемости мёжвтковрй и др. видов изоля лии. В связи с этим изменяются емкости обмоток эл.машины и соответственно ре зонансная частота. Если ввести фиксированную резонансную частоту, соответствующую ноKfttHf льному режиму, то с изменением тем пературы полное сопротивление обмотки резко увеличивается, ток в измерительной

цепи уменьшается. Таким образом, защищаемая статорная обмотка одновременно служит датчиком изменения тока от температуры.

Например, для двигателей 4АА5082УЗ установлено, что резонансная характеристика имеет наибольшие резонансные экстремумы на частотах 4. 13 и 15 кГц. Наиболее ярко выраженный пик тока приходится на частоту 13 кГц. При нагреве двигателя до резонансная частота изменялась с 13 до 11.5 кГц. В эксперименте контрольные токи в обмотках статора 1рез 10 мА. При фиксированной частоте fpea изменение тока с изменением температуры обмотки двигателя от номинальной 75°С до повышенной (но допустимой) 115°С составило 0.25 1рез. j

Чтобы с помощью ограниченного по мощности источника вверти сигнал резонансной частоты в статорную обмотку зл.машины предлагается включить низкоомную обмотку тра+1Сформатора тока последовательно с обмоткой эл.машины сопротивлв; нгчем ZSM и внутренним сопротивлением источника промышленной частоты Zc. Так как ZsM Zc, то большая часть мощности источника резонансной частоты будет расходоваться на ZSM.

Только при этом условии можно получить в обмотке статора контролируемый ток на порядок выше всех возможных высо кочастотных наводок. При изменении температуры ZSM увеличивается, контрольный ток в статорнрй обмотке (датчике) и низкоомной обмотке трансформатора тока уменьшается, что приводит к умейьшению тока и в высокоомной обмотке трансформатора тока Ина элементе выделения сигнала.

Изменения тока на элементе выделения сигнала фиксируются измерительной частью электрической схемы и через пороговое устройство поступают на исполнительный орган.

Чувствительным элементом датчика является изоляция, у которой контролируются изменения диэлектрической проницаемости непосредственно в зоне повышенной температуры, что способствует увеличению быстродействия и надежности, так как фиксируется локальное изменение температуры в отличие от интегра ьного изменения температуры обмотки при других видах защиты электрических машин. Это сохраняет качество изоляции и продлевает срок службы, так как изоляция является наиболее слабым звеном в активной части электрической машины.

Измерительная схема на резонансных частотах порядка 10 кГЦ практически безинерционна и не может оказывать какоголибо влияния на быстродействие защиты.

Безопасность защиты обеспечивается за счет гальванической развязки силовой и измерительной частей, а также слаботочности измерительной цепи, В случае выхода из строя какого-либо элемента измерительной схемы или замены предлагаемого устройства защиты, аварийной ситуации в работе контролируемой эл.машины не наступает.

При перегреве, межвиткоаом замыкании в обрыве фазы за счет изменения резонансной частоты двигателя в элементе 6 выделения сигнала изменяется ток (напряжение), который подается на первый вход амплитудно-фазового детектора 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора 3. Разностный сигнал с выхода амплитудно-фазового детектора поступает через пороговое устройство 8 на блок 9 защиты, который сигнализирует о неисправности и отключает работающий двигатель от сети.

На фиг. 2 приведены частотные характеристики двигателя для двух значений температуры обмоток TI Та.

Эксперимент альные испытания пред лагаемого устройства для защиты обмоток электрических машин от перегрева, межвитжоврго замыкания и обрыва фазы показали, что по сравнению с известным предлагаемое устройство за счет использования резонансных характеристик позволяет, повысить быстродействие устройства защиты, не оказывая влияния на работу самого двигателя. Экономическая целесообразность применения изобретения определяется увеличением срока службы электродвигателей между капитальными ремонтами, уменьшением общего числа отказов электрооборудования за счет сохранения целостнрсти изоляци11 обмоток двигателя.

Формула изобретения Устройство для защиты обмоток статора электродвигателя переменного тока от аварийных режимов, содержащее трансформатор тока, пороговый элемент, исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействия и надежности, трансформатор тока выполнен с тремя первичными обмотками, которые имеют клеммы для подключения в соответствующие фазы статора электродвигателя, его вторичная обмотка через вновь введенный элемент выделения сигнала резонансной частоты подключена к выходам вновь введенного буферного каскада, к входу которого подключены последовательно соединенные вновь введенные генератор резонансной частоты и ycилитeл, при этом выходы генератора резонансной частоты и элемента выделения сигнала резонансной частоты подключены к входам вновь введенного амплитудного детектора, выход которого через последовательно соединенные пороговый элемент и вновь введенный блок защиты соединен с входом исполнительного органа.

А 8 С

Фиг1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических двигателей от перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы, применяемых в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности защиты электродвигателей переменного тока. Цель достигается тем, что устройство для защиты обмоток электрической 1^ашины от перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы содержит обмотку 1 в качестве датчика, трансформатор 2 тока, генератор 3 резонансной частоты. Новым в устройстве является использование обмотки 1 в качестве резонансного датчика, включение трансформатора 7, позволяющего ввести сигнал резонансной частоты в цегть обмотки 1 и одновременно исключить влияние силовой части на измерительные блоки и выделить чувствительный полезный сигнал для изменения состояния обмотки. 2 ил.слс