Устройство для защиты от двухфазного режима электродвигателя,соединенного в звезду Советский патент 1982 года по МПК H02H7/09 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты трехфазных электродвигателей от нарушения одной из фаз питающего напряжения и обмоток двигателя. Известно устройство для защиты трехфазной электроустановки от изме нения чередования и обрыва фаз, содержащее подключенный к фазам питаю щей- сети трехфазный выпрямитель, выходом соединенный с последователь но включенными исполнительным элементом и тремя тиристорами, управляющий электрод из которых через резистор и дополнительно введенный диод подключен к соответствующей фазе и. .К. недостаткам известного устройства относится недостаточная чувствительность к двухфазным режимам трехфазных электродвигателей, враща щий момент которых при работе на фазахпревышает момент сопротивления. В этом случае при вращении ротора машины в обмотке статора, не получающей питания со стороны источника напряжения, наводится электродвижущая сила, прикладываемая к зажимам устройства защиты (величина этой электродвижущей силы может быть лишь на 20-30% меньше номинального напряжения). В результате напряжения на управляющих электродах тиристоров защитного устройства не исчезают И его исполнительный орган (реле) не срабатывает. Кроме того, устройство не обеспечивает защиту от двухфазного режима работы электродвигателя при повреждении сети за местом подключения устройства, а также при обрыве фазы электродвигателя, так как на зажимах схемы действует трехфазная симметричная система напряжения источника питания. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты трехфазной нагруз ки от изменения чередования и обрыва фаз, содержащее три тиристора, анодами подключенные к фазам питающей сети, управляющий электрод каждого из тиристоров через последо вательно включенные стабилитрон и резистор соединены с катодом тирис тора в предыдущей фазе. Катоды упомянутых тиристоров через резисторы соединены с исполнительным органом, например реле, вторым концом соединенным с нейтральным проводом . Известно, что при симметричном питающем напряжении фазные напряжения ид, и, UQ сдвинуты друг ОТНОСИ тельно друга на 120 эл.град, Ежепериодно в течение 60 эл.град. напряжения каждой пары фаз одновременно имеют положительные знаки. При пода че импульса запуска на управляющий электрод тиристора фазы А последний в положительную полуволну положительный знак имеет и напряжение ф зы В. Тиристор фазы В отпирается (запирая при этом предыдущий) и остается в этом состоянии до конца по ложительного полупериода напряжения Ug. Через открытый тиристор фазы В подается управляющее напряжение на следующий тиристор (фазы С). Он отпирается при положительном анодном напряжении и аналогично предыдущему обеспечивает отпирание тиристора фа зы А и запирание тиристора фазы В В следующий период цикл повторяется (уже при отсутствии напряжения запуска) . Поэтому при полнофазном режиме и правильном чередовании фаз после пуска схемы через тиристоры и резисторы в их катодных цепях подается выпрямленное напряжение - ис полнительный орган обтекается током замыкая цепь. питания нагрузки. При исчезновении одной из фаз питающего напряжения, например А, остается закрытым тиристор этой фаз Не подается и управляющее напряжени на тиристор фазы В. Последний также остается, закрытым. Закрыт, следовательно, и тиристор фазы С. Испол.нительный орган устройства обесточи вается, цепь питания нагрузки разры вается. . Включение стабилитронов в управл ющие цепи тиристоров необходимо для получения точной установки срабатывания (при снижении генерируемого двигателем напряжения до заданной величины). Резисторами в тех ее цепях ограничивается ток управления тиристоров до допустимой величины. Подключением исполнительного органа устройства через резисторы достигается развязка катодных цепей тиристоров, а также ограничение тока через исполнительный орган до требуемой величины 2 . Суи ественным недостатком данного устройства также является невозможность защиты электродвигателя при . повреждении фазы дети питания, происходящем за местом подключения зажимов устройства или обрыва фазы двигателя (так как защитное устройство остается подсоединенным к фазам источника питания). Цель изобретения - обнаружение двухфазного режима электродвигатепя независимо от места обрыва фазы. Для достижения указанной цели устройство для.защиты от двухфазного режима электродвигателя, соединенного в звезду, содержащее три тиристора, анодами связанные с фазами сети катодами - с нулем сети, а управляющими электродами - с катодами диодов,и исполнительный элемент, дополнительно снабжено импульсным трансформатором, первичная обмотка которого шунтирована конденсатором и включена между нулевыми точками электродвигателя и сети питания, а вторичная обмотка соединена одним концом с катодами тиристоров, а вторым - с анодами диодов в цепи управляющих электродов тиристоров. При этом исполнительный элемент образован тремя реле, включенными в анодные цепи тиристоров и зашунтированными конденсаторами. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройстваj на фиг. 2 - диаграмма U(t) зависимости первичного и вторич ного напряжений импульсного трансформатора от времени в нормальном режиме и диаграмма Ua(t) анодного напряжения тиристоров от времени. и® / первичное напряжение импульсного трен сформатора, U вторичное напряжение импульсного трансформатора, и , и , и - положительные полу,периоды напряжения фаз А, В и С сети питания соответственно. Устройство содержит импульсный трансформатор 1 , первичная обмотка которого шунт.ирована конденсатором 2 и включена между нулевыми точками электродвигателя 3 и сети питания, а вторичная обмотка соединена одним концом с катодами трех тиристоров k-() и нулевой точкой сети, авторым - с анодами диодов 7-9. катод каждого из которых присоединен к управляющему электроду.соответствующего тиристора, при этом в анодных цепях тиристоров включены три реле 10, 11 и 12, шунтированные конденсаторами 13, 1 и 5 и подключенные к фазам А, В, С сети питания. Устройство работаёт следующим образом. В нормальном режиме работы элект-родвигателя при прохождении тока каждой фазы через максимум происходит насыщение его магнитной системы Напряжение в нулевой точке двигателя при этом проходит через максимум. В целом за период питающего напряжения потенциал нейтрали защищаемого двигателя завершает три цикла своего изменения. Следует отметить, что в спектре смещения нейтрали, кроме третьей гармоники, содержатся и высшие нечетные гармоники с номерами, превышающими 20-й. Включение в схеме конденсатора 2 позволяет шунтировать более высокочастотный сигнал нейтрали двигателя. На первичной обмотке импульсного трансформатора 1 поэтому действует практически синусоидальное напряжение U (фиг.2) утроенной частоты. Его вторичное напряжение и„ но СИТ импульсный характер с интервалами следования положительных импульсо в 120 эл.град. Последние через диоды 7, 8 и 9 подаются в управляющие цепи тиристоров , 5 и 6. На их анодах действует также сдвинутые на угол 120 эл.град. фазные напряжения, положительные полупериоды Цд, Ug, U, которых показаны на фиг. 2. Так как длительность положительных полуволн ид, и, Uj составляет 180 эл.град., а интервалы следования импульсов управления - 120 эл.град., то каждый тиристор ежепериодно отпирается неiiЗависимо от фазы напряжения смещения нейтрали и через реле 10, 11 и 12 протекает ток (заштрихованные области фиг.2) , Одновременно зар чжаются конденсаторы 13, 1А и 15 (последние обеспечивают питание реле, когда тиристоры запираются), а контакты реле 10-12, соединенные последовательно, замыкаются, сигнализируя о полнофазности режима электродвигателя 3 При исчезновении тока в одной из фаз защищаемого двигателя происходит смещение его нейтрали по основной гармонике. Частота напряжения его нулевой точки, следовательно, совпадает с частотой сети питания. Поэтому за период основного напряжения импусльным трансформатором 1 формируется лишь один положительный импульс, способный отпереть даже при наличии симметричного анодного напряжения тиристоров (т.е. в случае обрыва фазы за местом подключения последних} не более двух тиристоров, потенциал анодов которых положителен. Так как один-из тиристоров закрыт, то одно из трех реле обесточено, его контакт разомкнут, чем и обеспечивается сигнализация о переходе защищаемого электродвигателя в двухфазный режим или его отключение. Применение в схеме диодов предотвращает подачу отрицательных импульсов в управляющие цепи тиристоров. Таким образом,предлагаемое устройство обеспечивает обнаружение вухфазного режима электродвигателя, соединенного в звезду, Независимо т места обрыва фазы за счет использования напряжения третьей гармоники смещения нейтрали двигателя в нормальном режиме для формировавания за период импульсов управления трех тиристоров и отпирания последних, В неполнофазном режиме напряжения нейтрали основной гармоники обеспе- . чивают формирование одного импульса правления и отпирание не более двух тиристоров, поэтому в нормальном реиме срабатывают три реле, включеные в анодные цепи тиристоров, а в вухфазном - два или одно реле. Формула изобретения Устройство для защиты от двухфазого (зежима электродвигателя, соедиенного в звезду, содержащее три

тиристора, анодами связанные с фаза ми сети, катодами - с нулем сети, а управляющими электродами - с като дами диодов, и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем о6нару)(ения двухфазного режима независимо от места обрыва фазы, оно дополнительно снабжено импульсным трансформатором, первичная обмотка которого шунтирована конденсатором и включена между нулевыми точками электродвигателя и сети питания, а вторичная обмотка соединена одним концом с катодами тиристоров, а вторым - с анодами диодов в цепи управляющих электродов тиристоров, при этом исполнительный элемент образован тремя реле, включенными в анодные цепи тиристоров и зашунтированными конденсаторами.

Источники информации, принятые- во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 1Г686117, кл. Н 02 Н 7/09, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР IP579675, кл. Н 02 Н 7/09, 1976.

о.

,fd.fd

V

t

V

S