Устройство для защиты электродвигателя от неудавшегося пуска Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к защите электродвигателей от ненормальных режимов.

При пуске двигателя возможно возникновение ненормальных режимов, таких как заклинивание ротора, неразвернувшийся ротор, затянувшийся пуск.

Известен способ защиты асинхронного двигателя от перегрузки, обрыва фазы и незапуска, реализованный на применении датчика тока, фотоэлектрического датчика и программируемого контроллера. Защита вводится в действие через заданный промежуток времени, соответствующий времени нормального пуска, и на oct овании замера тока и скорости вращения электродвигателя анализируется режим пуска.

Недостатком данного способа защиты является отсутствие оперативного контроля за режимом разворота двигателя в течение всего пуска и, как следствие, в случае неудачного пуска двигатель пгдвергается значительным тепловым и динамическим воздействиям.

Известны способ защиты электродвигателя от перегрузки и сверхтока и устройство

для его осуществления. Устройство содержит датчик тока, два формирователя сигналов, пропорциональных значению полуволн положительной и отоицательной полярности, формирователи с/ммы и разности сигналов полуволн тока, компаратор. Способ выполнения защиты основан на фиксации ин- франизкой частоты, возникающей в начальный момент нормального пуска (t 1-2 с).

Основной недостаток - возможность несрабатывания защиты в режиме затянувшегося пуска или неразвернувшегося ротора.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для защиты синхронного двигателя от асинхронного режим, и затянувшегося пуска, содержащее преобразователи тока и напряжения, блок контроля, вход которого соединен с выходом преобразователя тока, блок выдержки времени и исполнительный блок. Кроме того, устройство содержит два усилителя-формирователя, четыре инвертора, четыре логических элемента И-НЕ, второй блок выдержки времени, второй исполнительный блок, формирователь моСО

с

XJ

ел

00 VI

ел VI

дуля тока, ограничители минимального и максимального тока. При затянувшемся пуске электродвигателя, когда момент приводного механизма превышает электромагнитный момент, на выходе логического элемента формируется сигнал на включение блока выдержки времени, сигнал с выхода блока выдержки времени поступает на исполнительный блок, который производит отключение электродвигателя.

Недостатком известной защиты является отсутствие контроля за режимом пуска. Учет фактора увеличения тока, на время, достаточное для разворота двигателя, при не- успешном пуске приводит к дополнительному износу двигателя за счет высоких тепловых и динамических нагрузок и увеличивает вероятность его повреждения.

Цель изобретения - повышение быстродействия защиты от неудавшегося пуска за счет сравнения скорости нарастания по требления активной мощности с заданным значением.

Для реализации указанной цели устройство, содержащее преобразователи тока и напряжения, блок контроля, вход которого соединен с выходом преобразователя тока, блок выдержки времени и исполнительный блок, дополнительно снабжено первым и вторым масштабными усилителями, пороговым элементом, блоком сравнения, интегратором, при этом выход преобразователя напряжения через перв;/й масштабный усилитель соединен с первым входом формирователя активной мощности, второй вход которого подключен к выходу второго масштабного усилителя и через последовательно соединенные пороговый элемент, блок выдержки времени и интегратор к второр у входу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом формирователя активной мощности, выход блока сравнения соединен с первым входом исполнительного блока, второй вход которого подключен к выходу блока контроля, выход преобразователя тока подсоединен к входу второго масштабного усилителя, элемент индикации фазировки входом подключен к выходу формирователя активной мощности.

Введение новых блоков в указанной связи позволяет повысить эффективность действия защиты, расширить ее возможности как по сравнению с известным, так и с другими техническими решениями за счет контроля скорости потребления активной мощности электродвигателем в процессе разворота.

Из теории электрических машин известно, что скорость изменения электромагнитного момента при неуспешном пуске из-за заклинивания ротора, зависания скорости вращения электродвигателя или затянувшемся развороте меняется по сравнению с нормальным пуском.

Электромагнитный момент

Мэм Рмх/2тгп, где Мэм - электромагнитный момент;

2 я п -угловая скорость вращения элек- тродвигателя;

Рмх Ра-Р1-Р2 Рз механическая мощность, развиваемая на валу ротора;

Рч потери в сердечнике статора;

Р2 - потери з обмотке статора; Рз - потери в роторе;

Ра mUlcos p- активная мощность, потребляемая из сети.

Из приведенных выражений следует, что если пренебречь потерями в электро- двигателе, то функция Ра f(t) повторяет механическую характеристику Мэм f{t), и, следовательно, контролируя скорость изменения потребления активной мощности из сети, можно однозначно контролировать скорость изменения электромагнитного момента.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства защиты электродвигателя от неудавшегося пуска; на фиг,2-5 - диаграммы работы защиты при успешном пуске и аварийных режимах: заклинивании ротора, затянувшемся пуске, неразвернувшемся роторе.

Устройство для защиты электродвигате- ля от неудавшегося пуска (фиг,1) содержит преобразователь 1 напряжения и преобразователь 2 тока, к. выходам которых соответственно подключены первый 3 и второй 4 масштабные усилители, выходы которых со- единены с первым и вторым входами формирователя 5 активной мощности, причем выход второго масштабного усилителя одновременно подключен к пороговому элементу 6, зыход которого через последовательно соединенные блок 7 выдержки времени и интегратор 8 соединен с вторым входом блока 9 сравнения, выход блока сравнения подключен к первому входу исполнительного блока 10, второй вход которого соединен с выходом блока 11 контроля, а к выходу формирователя активной мощности подключены первый вход блока сравнения и элемент 12 индикации фазировки,

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя на входы формирователя 5 активной мощности, представляющего собой фазокомпенсационный перемножитель, подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению, а с выхода снимается сигнал, пропорциональный активной мощности, потребляемой двигателем: Upa КРДВ. При уве- личении тока до значения, соответствующего срабатыванию порогового элемента 6, последний срабатывает и через время t3 - 2-5 с подает команду на запуск интегратора 8, Время интегрирования выбирается равным времени пуска электродвигателя за вычетом времени задержки. Сигнал с выхода интегратора UHHT поступает на второй вход блока сравнения., в котором происходит сравнение двух электрических величин - сигнала с выхода формирователя активной мощности и с выхода интегратора. Если Upa-U m 0, то на выходе порогового элемента появляется положительный сигнал, при Upa-Uiwm 0 схема сравнения своего состояния не меняет. При появлении положительного сигнала исполнительный блок формирует команду на отключение.

Нормальный пуск (фиг.2).

При увеличении пускового тока In до значения (4-5)ц срабатывает пороговый элемент 6 и через блок выдержки времени запускает интегратор. За время пуска tn напряжение на выходе интегратора UHHT не успевает выравняться с напряжением на выходе с;. рмирователя активной мощности Upa и при уменьшении пускового тока до значения iycm, соответствующего напряжению срабатывания порогового элемента Una, происходит сброс интегратора. Схема сравнения своего состояния не меняет.

Заклинивание ротора (фиг.З).

Увеличение тока вызывает срабатывание порогового элемента и запуск интегратора, Поскольку в этом случае активная мощность, потребляемая двигателем, постоянна, напряжения Upa и иикт совпадают по величине, что приводит к изменению состояния схемы сравнения, и исполнительный блок подает команду на отключение двигателя.

Неразвернувшийся ротор и затянувшийся пуск (фиг.А и 5).

Устройство работает аналогично описанному для режима заклинивания ротора, только с другими временами срабатывания.

Защиту электродвигателя от неудавшегося пуска целесообразно использовать для двигателей с временем пуска более 5 с.

Пример конкретного выполнения устройства показан на фиг.1. Реализация выполненанасовременноймикроэлектронной основе с использованием известных схемотехнических решений. В качестве преобразователей 1 и 2 используются трансформаторы тока и напряжения, выполненные на тороидальных ферритовых 5 сердечниках и нагруженные на резисторы, в масштабных усилителях 3 и 4, пороговом элементе 6, блоке выдержки времени использованы операционные усилители типа К140УД20, формирователь активной мощ0 ности выполнен на базе интегрального перемножителя К525ПС2, двойного Т-образного фильтра низких частот, усилителя К140УД20. Интегратор выполнен на микросхеме типа К140УД14 с включением в

5 обратную связь высокостабильного конденсатора с коммутационным элементом на базе полевого транзистора. В блоке сравнения используется компаратор 521 САЗ. Выходной блок реализован на

0 транзисторах, индикация - на светодиодах, память - на фототиристоре. Коммутацион- ные-элементы блока контроля выведены на лицевую панель устройства.

Предлагаемое устройство позволяет

5 своевременно и надежно фиксировать режимы заклинивания ротора, затянувшегося пуска, неразвернувшегося ротора и снизить вероятность повреждения электродвигателя в процессе эксплуатации.

0Фор мул а изобретения

1. Устройство защиты электродвигателя от неудавшегося пуска, содержащее преобразователи тока и напряжения, блок контроля, вход которого соединен с выходом

5 преобразователя тока, блок выдержки времени и исполнительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства за счет сравнения скорости нарастания потребления ак0 тивной мощности с заданным значением, дополнительно введены первый и второй масштабные усилители, пороговый элемент, блок сравнения, формирователь активной мощности, интегратор, при этом

5 выход преобразователя напряжения через первый масштабный усилитель соединен с первым входом формирователя активной мощности, второй вход которого подключен к выходу второго масштабного усилителя и

0 через последовательно соединенные пороговый элемент, блок выдержки времени и интегратор - к второму входу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом формирователя активной мощности,

5 выход блока сравнения соединен с первым входом исполнительного блока, второй вход которого подключен к выходу блока контроля, выход преобразователя тока подсоединен к входу второго масштабного усилителя.

2. Устройство по п. 1,отличающее фазировки, входом подключенный к выходу с я тем, что, с целью контроля фазировки, формирователя активной мощности, дополнительно введен элемент индикации

Сущность: сравнение активной мощности, потребляемой двигателем из сети, с активной мощностью, которая должна потребляться двигателем при нормальном пуске, позволяет на стадии пуска повысить эффективность работы защиты от неудавшегося пуска. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Iyer

(/ее

Фнг.

маоахл.

С /ИУ С/ихт За

/

. -, т

/

. V / Л

все

п

Фнг.З

/Vu#r м f#

Фиг. 4

i/cc

П .

Pur.5