Устройство для защиты электродвигателя от работы на двух фазах Советский патент 1982 года по МПК H02H7/08 

1

Изобретение относится к электроэнергетике, а более конкретно к релейной защите, и предназначено в первую очередь для отключения злектродвигателей строительных механизмов мощностью до 100 кВт с номинальным напряжением 380 В при исчезновении одной фазы питания.

Устройство может найти применение для защиты электродвигателей собственных нужд электростанций, а также электродвигателей предприятий различных отраслей промьшшённости и сельского хозяйства с напряжением 380 В и любых других напряжений.

Известно реле контроля фаз ЕЛ-8, использующее фильтр напряжения обратной последовательности, предназначенное для защиты асинхронных двигателей от однофазщлх режимов. Реле срабатывает при асимметрии напряжений трехфазной системы и может срабатьшать при обрыве одной фазы питания электродвигателя 111.

2

Недостаток реле - оно может отказать при обрыве одной фазы питания, если ABHraTejTb находился в работе, из-за наличия индуктированной ЭДС в обмотке электродвигателя поврежденной фазы, близкой по абсолютной величине к номинальному напряжению.

Для защиты электродвигателе { строительных механизмов оно.вообще непригодно не только из-за возможности отказа, но и по самому принципу действия, так как они реагируют на нарушение симметрии трехфазного питания, а также нарушения на строительствах очень часты н при отсутствии повреждений вследствие неравномерного распределения однофазной нагрузки, например сварочных аппаратов. Снижение напряжения при этом (или несимметрия токов) может превы.сить уставку реле и они отключат большое .число неповредившихся злёкт.родБигателей ложно, чтоПриведет к, нарушению технологического процесса, . Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является защита трехфазных двигателей однофазного режима. Эта защита содержит три трехобмоточных трансформатора тока с сердечниками с прямоугольной петлей гистерезиса на ферритовых кольцах, являю1диеся пик-трансформаторами, выпрямители и пороговый элемент - одновибратор с усилителем и реле на выходе. Посредством сравнения импульсов достигается вьшвление фазы пика 21. Недостатками этой защиты являются ее относительная сложность, невысокая помехоустойчивость, большие неудобства в эксплуатации, так как для исключения ложной работы защиты при появлении одиночных импульсов, которые могут возникать при коротких замыканиях в сети, коммутации мощных электродвигателей, сварке, требуется в условиях эксплуатации очень точная настройка порогового элемента для чего необходим высококвалифицирован- 2S ньй персонал и наличие сложной ради технической аппаратуры. Цель изобретения - упрощение конструкции и технологии изготовления и повышения помехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электродвигателя от работы на двух фазах, содержащее три промежуточных трехобмоточных трансформатора тока с сердечниками, первичные обмотки которых включены в цепь питания электродвигателя, вторичные обмотки, зашунтировайные резисторами, функцио нально связаны с однополупериодными выпрямителями, к выходу которых через резисторы, .соединенные в звезду. Функционально присоединен пороговый элемент с выходным реле, дополнитель но введены конденсаторы и элемент И-НЕ, вторичные обмотки трансформаторов каждой из фаз соединены между собой попарно согласно-последователь но на сумму ЭДС, соответственно, од на вторичная обмотка первой фазы со единена с одной из.вторичных обмото второй фазы, а вторая вторичная обмотка первой фазы - со вторичной об моткой третьей фазы, при этом конденсаторы шунтируют упомянутые резисторы, между которыми и входом по рогового элемента включен элемент И-НЕ. 9 64 Трансформаторы вютолиеим с сердечниками из трансформаторной стали. На фиг. I изображена схема устройства, на фиг. 2 - векторные диаграммы токов и напряжений и аварийного режимов. Устройство для защиты электродвигателя (фиг.) состоит из трех промежуточных трехобмоточных трансформаторов 1-3 тока с сердечниками из трансформаторной стали, первичные обмотки которых включены последовательно в фазы статора защищаемого электродвигателя 4. Для мощных электродвигателей первичные обмотки промежуточных трансформаторов тока включают через обычные измерительные трансформаторы тока. Вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока соединены между собой попарно согласно-последовательно на сумму ЭДС. Все вторичные обмотки зашунтированы резисторами 5-10; соответственно. Каждая пара обмоток , через однополупериодные выпрямители 11-13 подключена на один из трех вводов диодов 14-16 элемента И-НЕ. Между выпрямительными диодами и диодами элемента И-НЕ включены резисюры 17-19jоткрывающие элемент И-НЕ цепей. Все эти резисторы включены одним концом на общий нулевой провод вторичных обмоТок трансформаторов и землю схемы. Параллельно каждому резисторуj соответственно, включены конденсаторы 20-22 для создания временной задержки. Элемент И-НЕ своим общим проводом включен на пороговый элемент 23, который Б свою очередь включен на промежуточное выходное реле 24. , Пороговый элемент может быть применен любой, самый простой, например двухкаскадный усилитель постоянного тока на двух транзисторах или триггер Шмитта, или любой другой моностабильный триггер с реле на выходе, контакт которого включен в цепь .управления электродвигателя, например магнитного пускателя. Устройство защиты электродвигателя работает следующим образом. До включения электродвигателя промеууточные трансформаторы 1-3 тока током не обтекаются, устройство не действует и разрешает производить включение электродвигателя (цепь управления пускового аппарата электродвигателя, например магнитного пус кателя, заводится через размыкающийс контакт выходного реле 24). После включения электродвигателя первичные обмотки промежуточных трансформаторов 1-3 тока обтекаются токами фаз статора электродвигателя (векторная диаграмма нормального режима на фиг.2,СХ). Токи первичных обмоток преобразуются в синфазные с ними синусоидальные ЭДС во вто,ричных обмотках ГдЪЕд; 1е,ЬЁь; .bEc. как вторичные обмотки промежуточных тра сформаторов тока разных фаз включен попарно согласно-последовательно, то на выходе каждой пары обмоток получаются суммарные ЭДС Ед + Ее,; Ее- В, ЕС -ь Ед. Полученные ЭДС выпрямляются выпрямителями 11-13, сглаживаются конденсаторами 20-22 и поступают на диоды 14-16 элемента И-НЕ, запирая все входы элемента, порЬговый элемент 23 остается в закрытом состоянии, выходное реле 24 ке срабатывает, электродвигатель остается в работе. При аварийном режиме - обрьше какой-либо фазы питания в процессе эксплуатации или до включения элект родвигателя (например, обрыв провод нарушение контакта перегорания предох ранителя в одной из фаз) ток в повредив шейся фазе исчезает,а в двух других фа зах вне зависимости от схемы со единени обмоток электродвигателя токи изменяют свое направление на взаимно противоположное, т.е. сдвинуты на 180 (векторная диаграмма аварийного режима для случая обрьша фазы А на фиг.2,Г). Как видно из векторной диаграммы ток 1д отсутствует, токи Ig, и 1с равны по абсолютной ве:личине и противоположны по фазе. Соответствующие этим токам синфазные с ними ЭДС Eg, и ЕС. также равны между собой по абсолютной величине и противоположны по направлению. Суммарная ЭДС этой пары равна нулю. Это дает возможность выделить получающийся однофазный режим от всех других несимметричных режимов, Благодаря равенству нулю суммарной ЭДС сигнал запрета с одного из входов элемента И-,НЕ будет снят (в данном примере вход 15), элемент И-НЕ, а вместе с ним и пороговый элемент 23 откроются, выходное реле 24 сработа вт и своими размыкающимися контакта 9 6 ми разорвет цепь управления (например, цепь катушки магнитного пускателя) . Двигатель отключится. Вторая пара замыкающихся контактов подаст импульс сигнала аварии. При обрыве других фаз действие устройства диалогично. Так достигается своевременное выявление обрыва одной из фаз питания и отключение электродвигателя от сети, что предотвращает его сгорание от токов перегрузки. Устройство не критично к оче{)едности вк.гаочения фаз, благ.одаря чему проверка чередования- фаз при наладке устройств и при эксплуатации не требуется. Устройство не реагирует на все другие виды несимметричных режимов, т.е. обладает абсолютной селективностью. Предлагаемое устрЬйство защиты электродвигателей отличается от известного своей простотой, надежностью, помехоустойчивостью, облегчением эксплуатации и наладки, что достигается благодаря применению промежуточных трансформаторов тока с сердечниками из обычной трансформаторной стали и метода выявления фазы тока посредством простого суммирования синусоидальных ЭДС без применения элементой импульсной техники, требующих при наладке применения сложной радиотехнической аппара туры. Ожидаемая экономическая эффективн сть от внедрения устройства только за счет экономии на ремонте электродвигателей весьма высока. В действительности она еще вьше, если учесть экономию на ликвидации простоев строительных механизмов из-за необходимости замены повредивщихся электродвигателей и ликвидации простоев строительных бригад. При использовании предлагаемого устройства и в других отраслях промышленности суммарная экономичная эффективность возрастет во много §аз. Формула изобретения 1 . Устройство для запшты электро. двигателя от работы на двух фазах, содержащее три промежуточных трехобмоточных трансформатора тока с сердечниками, первичные обмотки которых включены в цепь питания электродви гатеяя, вторичные обмотки, эашунтированные резисторами, функционально связаны с однополупериодными выпрямителями, к выходу которых через резисторы, соединенные в звезду,

4 ункционально присоединен пороговый элемент с выходным реле, отличающее ся тем, что, с целью повышения надежности в работе и зшрощения конструкции, дополнительно введены конденсаторы и элемент И-НЕ вторичные обмотки трансформаторов каждой из фаз соединены между собой попарно согласно-последовательно на сумму ЭДС, соответственно, одна вторичная обмотка первой фазы соединена с одной из вторичных обмоток второй фазы, а вторая вторичная обмотка первой фазы - со вторичной обмоткой третьей фазы, при этом конденсаторы

шунтируют упомянутые резисторы, между которыми и входом порогового элемента включен элемент И-НЕ.

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, трансформаторы выполнены с сердечниками из трансформаторной стали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Федун А.Н., Вакуленко К.Н. Защита асинхронных двигателей от однофазных режимов. Электромашиностроение и электрооборудование. Республиканский межведомственный науч,тех. сб. № 20, Киев, Техника, 19.75

2.Проценко Р.Д. Защита трехфазных дввдателей от однофазного режима. - Промышленная энергетика, 1964, № ,

.4