Способ защиты синхронного электропривода насоса Советский патент 1992 года по МПК F04D15/00 

СО

с

Использование: для проектирования гидротранспортных систем. Сущность изобретения: измеряют ток и напряжение электродвигателя и сравнивают измеренные параметры и их составляющие с соответствующими контрольными значениями. При совпадении сравниваемых величин формируют исполнительный сигнал на изменение режима или включения электродвигателя. Для сравнения измеряют ток статора и одновременно амплитуду и частоту переменной составляющей тока ротора. Исполнительный сигнал формируют в случае совпадения сравниваемых величин в течение дополнительно заданного временного интервала. В случае совпадения напряжения статора с контролируемым значением блокируют формирование исполнительного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к насосострое- нию, в частности к способам защиты элект- ропривода насоса, и может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем.

Известен способ обнаружения кавитации по снижению потребляемой двигателем активной мощности до заданного значения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты электродвигателя центробежного насоса от работы в режиме срыва подачи, когда на вход насоса прекращается поступление откачиваемой жидкости. При данном способе в качестве сигнала используют активные составляющие электрических параметров. Попытки настроить уставку защиты на начало кавитации приводят к ложным срабатываниям, в частности, при колебаниях напряжения в питающей сети. Положение усугубляется, если в качестве

приводного использовать синхронный электродвигатель (СД). Указанные электродвигатели обладают способностью выпадать из синхронизма в результате технологического перегруза, кратковременных нарушений электроснабжения, связанных с короткими замыканиями в питающей сети, работой сетевой противоаварийной автоматики и пр. Асинхронный же ход СД сопровождается существенными колебаниями электрических параметров и частоты вращения ротора.

Недостатком данного способа является низкая надежность из-за широкого диапазона изменения по величине этих параметров.

Таким образом, известные способы не обеспечивают в полной мере надежность защиты электродвигателя центробежного насоса.

VJ VI о

vj Ч OJ

Цель изобретения - повышение надежности защиты при использовании в качестве привода СД.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе защиты электродвигателя центробежного насоса, при котором измеряют ток и напряжение электродвигателя и сравнивают измеряемые параметры, а также их составляющие с соответствующими контрольными значениями, а при совпадении сравниваемых величин формируют исполнительный сигнал на изменение режима или выключение электродвигателя, дополнительно для сравнения с контрольными значениями измеряют ток статора и одновременно амплитуду и частоту переменной составляющей тока ротора, а исполнительный сигнал формируют в случае совпадения сравниваемых величин в те- чение дополнительно заданного временного интервала.

С целью исключения ложных отключений электродвигателя в случае совпадения напряжения статора с его контролируемым значением блокируют формирование исполнительного сигнала.

Неоднозначность определения режима кавитации по изменениям параметров могут быть вызваны и другими причинами, не связанными с кавитационными процессами, например, колебаниями напряжения в питающей сети. Если же в качестве приводного двигателя использовать СД, то колебания параметров статора неизбежно сопровождают всякие, сколь-нибудь существенные отклонения в электроснабжении, поскольку последние способны вызывать выпадение СД из синхронизма. Устойчивый или самоустраняющийся со временем выход СД из синхронизма возможен при кратковременных понижении или полном исчезновении питающего напряжения, снижении его частоты, перегруза. В результате проворотов возбужденного ротора в поле статора модулируются с частотой скольжения амплитуды токов статора и ротора, потребляемой мощности, электромагнитного момента. Так амплитуда тока статора обычно колеблется от 0,5...0,7 до 1,2...3,0 номинальной. В такой ситуации весьма вероятны ложные срабатывания защиты от кавитации. Не исключены ложные срабатывания указанной защиты и непосредственно при снижении питающего напряжения, сопровождающемся соответственно снижением тока и потребляемой мощности. Поскольку в рассмотренных случаях должна действовать противоаварийная автоматика, обеспечивающая восстановление электроснабжения и нормального режима работы СД (ресинхронизацию), защита от кавитации при этом работать не должна. Тем более, что при выпадении СД из синхронизации частота вращения его ротора, а следовательно, и

производительность насоса снижаются.

Возникновение кавитации в насосе приводит к колебаниям нагрузки СД и вместе с тем к снижению ее среднего значения. Последний реагирует на это, с одной сторо0 ны, снижением тока статора (потребляемой мощности), и колебаниями токов в контурах ротора, в частности возникновением переменной составляющей тока возбуждения, с другой стороны. Частота и амплитуда ука5 занной составляющей характеризуют соответственно цикличность и интенсивность кавитационных процессов, зависят от характеристики жидкости, параметров гидросистемы и в каждом конкретном случае

0 могут быть установлены экспериментально или расчетным путем. Согласно предлагаемому способу исполнительный сигнал, свидетельствующий о наличии кавитации, вырабатывают при выполнении двух усло5 вий: снижении ниже заданного уровня параметров статора, например амплитуды тока или среднего значения полной мощности (т.е. активной мощности), и возникновении переменной составляющей тока возбужде0 ния заданной частоты и амплитуды. Во всех случаях оба эти условия одновременно выполняться не будут. Так, асинхронные режимы (пуск, самозапуск, асинхронный ход, ресинхронизация) характеризуются как на5 личием переменной составляющей тока ротора, так и увеличением амплитуды тока статора. Характер возникновения переменной составляющей в режиме кавитации иной, чем в других режимах. Если в асинх0 ронном режиме она вызвана полными про- воротами ротора в поле статора (скольжение больше нуля), то при кавитации - колебаниями угла вылета ротора (рабочего угла) СД, работающего с синхронной скоро5 стью. Во избежание ложных отключений при электромагнитных переходных процессах, при колебаниях нагрузки или в тех случаях, когда кавитация самоустраняется, предусматривается следующее. Во-первых,

0 наличие сформированных выше условий (наличие переменной составляющей тока ротора с заданными параметрами и понижение тока или мощности статора до заданной величины) контролируют в течение

5 заданного времени, по истечении которого и формируют исполнительный сигнал, если указанные условия продолжают существовать. Во-вторых, при снижении амплитуды или частоты питающего напряжения ниже заданных значений формируют сигнал запрета на формирование исполнительного сигнала. Запрет снимается после восстановления параметров напряжения.

Для СД в качестве контролируемого параметра статора вполне может быть использован его ток. При синхронной работе реактивная составляющая тока статора СД отсутствует или весьма незначительна, и практически не зависит от нагрузки. Поэтому ток без большой погрешности можно считать чисто активным, пропорциональным активной мощности.

Простейшее устройство, реализующее предложенный способ, может быть выполнено следующим образом.

Для выделения переменной составляющей тока возбуждения в цепь обмотки возбуждения включается трансформатор тока с воздушным зазором, к его вторичной обмотке подключают реле частоты и токовое реле, срабатывающие при появлении сигнала заданной частоты и амплитуды Еще одно токовое реле подключают к вторичной обмотке трансформатора тока в цепи статора Это реле настраивается на возврат - при снижении тока статора ниже номинального (или рабочего, при котором нормально эксплуатируется установка). Размыкающий контакт последнего реле и замыкающие контакты двух остальных включают по логической схеме И, т.е последовательно в цепь питания обмотки реле времени, которое соответственно подает исполнительный сигнал после отсчета своей выдержки времени (при запуске оно мгновенным контактом дает сигнал на предупредительную сигнализацию), В цепи исполнительного сигнала также по схеме И включены контакты еще двух реле - напряжения и частоты, подключенных к секционному трансформатору напряжения. При понижении частоты или амплитуды питающего напряжения ниже заданных уставок эти реле, размыкая свои контакты, блокируют прохождение исполнительного сигнала. Исполнительный сигнал используют для извлечения режима работы или отключения агрегата, для сигнализации.

На чертеже изображена схема, на примере которой раскрывается реализация способа защиты

Схема содержит логический блок 1, осуществляющий формирование исполнительного сигнала при достижении контролируемыми параметрами заданных значений (уставки значений параметров ранее вводятся в логический блок), подключенные к нему через согласующие устройства 2-5 входные и выходные цепи, масляный выключатель 6, трансформатор

тока 7, обмотки статора синхронного двигателя 8, возбудитель 9, подключенный к обмотке ротора СД 8. шунт 10, включенный в цепь трансформатора тока 7. шунт 11, включенный в цепь возбудителя 9, а также трансформатор напряжения 12, включенный в цепь фазы обмотки статора СД 8.

Схема работает следующим образом, На логический блок 1 подаются электрические сигналы об изменении на статоре СД 8 тока от трансформатора тока 7 через шунт 10 и согласующее устройство 4 и напряжения от трансформатора напряжения 12 через согласующее устройство 2, а также тока

ротора через шунт 11 и согласующее устройство 5. Эти сигналы непрерывно сравниваются с заданными значениями уставок, введенных в логический блок 1.

При наличии кавитации перечисленные

выше параметры меняются и логический блок 1 формирует исполнительный сигнал в течение заданного времени, при наличии переменной составляющей тока ротора заданной частоты и амплитуды, а также достижении параметрами статора заданных значений тока и напряжения. Исполнительный сигнал от логического блока 1 через согласующее устройство 3 подается в цепи сигнализации и на масляный выключатель 6.

По достижении параметрами напряжения статора (амплитуда, частота) заданных значений формируется сигнал запрета на создание исполнительного сигнала с целью исключения ложных отключений электродвигателя.

Формула изобретения

сравниваемых величин формируют исполнительный сигнал на изменение режима или выключение электродвигателя, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности при использовании синхронного электродвигателя за счет исключения перехода на асинхронный ход при возникновении кавитации, для сравнения с контрольными значениями измеряют ток статора и одновременно амплитуду и частоту переменной составляющей тока ротора, а исполнительный сигнал формируют в случае совпадения сравниваемых величин в те- чение дополнительно заданного временного интервала.

-Ш. Г7Г

и

Q

Ь си

ю

жли

О1Эния напряжения статора с его контролируемым значением блокируют формирование исполнительного сигнала.

и

Ь цепа сигнали.Шиди.

г

{