Устройство для токовой защиты асинхронного электродвигателя

пряжения, пропорционального производной принужденного тока асинхронного двигателя. Выходы блоков 14 и 15 через компаратор 6 соединены с исполнительным,органом 17 устройства защиты. При этом блок 14 многоконтурного ЯС-аналога теплового состояния связан с выходом триггера-компаратора 11.Устройство работает следуюгцим образом.Ток статора защищаемого электродвигателя преобразуется трансформатором 2 тока к уровню первичного номинального тока промежуточного трансформатора, который вместе с регулировочным резистором в цепи его вторичной обмотки образует преобразователь ток - напряжение 3. Его выходное напряжение после гашения стабилитроном ограничителя 4 (ограничитель гасит часть напряжения, численно равную 0,750,85, где У - паспортное значение пуско гого тока электродвигателя) преобразует ял цоцолупериодными выпрямителями 5 ц 6 со глаживающими конденсаторами в наири.кения, пропорциональные амплитудам соответственно положительной и отрицательной полу- волн тока статора защищаемой машины за вычетом заданного значения (уровця 1),75 - -0,85 У), что позволяет уменьшить долю сигнала, пропорционального принужденной составляющей пускового тока частотой 50 Гц). Кроме того, выходное цац)хяжсцие измерителя 1 тока без ограничения преобразуется выпрямителями 7 и 8 в напряжения, пропорциональные амплитудам соответственно положительной и отрицательной полу- волн тока статора машины.Каждый из полупериодов принужденной составляющей пускового тока частотой 50 Гц действует вместе со свободными составляющими: апериодической Уи низкочастотной периодической У,. На интервалах в" емеци, когда суммарный свободный ток по.цжителен, амплитуда положительной пол) олны принужденного тока увеличивается, а амплитуда отрицательной уменьшается. Следовательно, напряжения на выходах выпрямителей 5 и 7 отличаются от напряжений выходов 6 и 8 на величину, пропорциональную свободному току машины.Напряжения выпрямителей 5 и 6 имеют различные знаки и суммируются операционным усилителем инерционного звена 9. В результате суммирования значения свободных составляющих удваиваются, а принужденных - компенсируются, Поэтому выходное напряжение инерционного звена 9 (имеющего постоянную времени 20 - 25 мс) пропорционально свободной составляющей тока машины г,8=У,+1,р. Так как составляющая 4,Я появляется только при разгоне машины, то она является признаком успешного пуска. Ее выделение поэтому необходимо для идентифицикации разгона машины. Следует отметить, что точной компенсации принужден 5 О 15 )О 25 30 Э 40 45 50 ББ ного тока частотой 50 Гц получить на неинвертирующем входе операционного усилителя органа 9 не удается, хотя компенсируются сигналы, пропорциональные не амплитудам пускового тока, а только его части (в 0,75 - 0,85) У= (0,25 - 0,15) У. Для подавления сигнала небаланса частотой 50 Гц орган 9 и выполняется в виде инерционного звена с постоянной времени 20 - 25 мс, что придает ему свойства частотного фильтра и увеличивает отношение полезного низкочастотного сигнала к сигналу небаланса на его выходе.Для разделения результирующего свободного тока, выделяемого инерционным звеном 9, на периодическую и апериодическую составляющие в первые 25 - 28 мс после подключения двигателя к сети (увеличеция тока до пускового значения) выход звена 9 нагружается ключом 12 на элемент 10 выделения апериодического тока. Разделение свободных апериодических и периодических составляющих основано на зависимости периодических составляющих от частоты вращения ротора юв частности генераторном характере их возникновения, а следовательно, равенстве нулю при заторможенном роторе. В момент подключения электродвигателя к сети как раз и имеет месте равенство нулю частоты вращения. Поэто; в данный момент измеряемый ток, а слдовател ьно, напряжение на выходеинерционногого звена 9 це содержат свободной периодической составляющей. То же относится к первым десяткам миллисекунд разгона двигателя, когда частота вращения ротора пренебрежимо мала. Следует отметить, что первый после включения машины отрезок времени в 25 - 28 мс ключ2 соединяет блок 10 выделения апериодической составляющей с выходом инерционного звена 9: это время необходимо для выделения апериодической составляющей тока выпрямителями 5 и 6. Первый период - полтора осуцествляется сопоставление амплитуд положительной и отрицательной полуволн тока, формирование разности их модулей, т. е. выделение апериодической составляющей,Напряжением, пропорциональным апериодической составляющей тока, заряжается конденсатор элемента 10, подсоединяемый при запуске электродвигателя ключом 2 к земле и потенциальному выходу инерционного звена 9, Через 25 - 28 мс ключ 12 дешуцтирует вход триггера-компаратора 1 . При этом конденсатор элемента 10 оказываетсяя подключенным последовательно с выходом блока 9, причем его напряжение, пропорциональное апериодической составляющей переходного тока, вычитается из суммарного свободного тока на выходы блока 9. Следовательно, ца входе триггера-компаратора1 действует только свободная периодическая составляющая переходного пускового тока.1661898 Компаратором 11 с положительной обратной связью осуществляется сравнение текущего значения свободного периодического тока с заданным значением (как при положительном его знаке, так и при отрицательном). Ненулевое значение опорного напряжения компаратора исключает возможность его срабатывания от небаланса частотой 50 Гц, Компаратор отстраивается от сигнала небаланса частотой 50 Гц при кратности первичного тока, равной пусковой в заторможенном роторе.Триггер-компаратор 1 при наличии низкочастотного периодического тока переключается и удерживается за счет положительной обратной связи в состоянии положитель. ного выходного сигнала, отпирая транзистор ИС-аналога теплового состояния двигателя. Транзистор подключает дополнительную емкость к йС-аналогу нагрева машины, увеличивая до максимального значения время достижения ее выходным напряжением порога соабатывания выходного компа ратора 16. Питание йС-аналога осуществляется от последовательно соединенных однополупериодных выпрямителей 7 и 8, Многоконтурный тепловой ЯС-аналог эквивалентирует нагрев каждого из разнородных в тепловом отношении элементов машины: обмоток статора, стали, обмоток ротора. Каждому из перечисленных элементов машины соответствует отдельная емкость и резистивная связь с измерителем тока машины, а также взаимные резистивные связи, характеризующие взаимную теплопередачу нагревающихся элементов машины, Пропорциональные температурам обмоток напряжения конденсаторов подаются на компаратор 11.Если по истечении времени, равного длительности разгона машины, ее ток не снизил своего значения до уровня номинального или меньшего значения, напряжение выхода тепловой модели вместе с дополнительным конденсатором достигает порога переключения компаратора, который вырабатывает сигнал на срабатывание исполнительного органа 17, а соответственно отключение электродвигателя.В том случае, когда низкочастотный периодический ток отсутствует, т. е. ротор машины не разворачивается, триггер-компаратор 11 не переключается, транзистор РС- аналога теплового состояния заперт, дополнительный конденсатор исключен из контура заряда. Постоянные времени заряда основных конденсаторов тепловой модели при этом много меньше и, следовательно, при пусковой кратности измеряемого тока, но заторможенном роторе выходное напряжение достигает порога переключения выходного компаратора с ускорением, обеспечивая отключение электродвигателя при несостоявшемся пуске с меньшей выдержкой времени,Выходное напряжение выпрямителей 7 и 8, кроме того, преобразуется формировабтелем 15 в напряжение Уь=К / +КН.//й, где Кь К - вещественные коэффициенты, определяющие соотношение тока и егопроизводной в рабочем сигнале отсечки; (, -действующее значение принужденной составляющей тока частотой 50 Гц. Это напряжение также сравнивается компараторомс опорным, обеспечивая срабатывание защиты при сверхтоках без выдержки времени,т. е. отсечку по току.Короткие замыкания, к которым нечувствительна отсечка, вызывают срабатываниевыходного компаратора за счет быстрогонарастания напряжения блока 4. Так каксубгармонические составляющие в этом случае отсутствуют, то транзистор блока 14заперт, дополнительный конденсатор отключен, постоянные времени заряда конденсаторов блока 14 существенно уменьшены.Кроме того, при кратностях тока, превышающих 0,7 К,I(К - кратность пускового20 тока, (, - номинальный ток статора машины), через 25 - 28 мс срабатывает орган 7задержки, ускоряя выходным напряжениемнарастание напряжения блока 14. Достижение порога переключения компаратора 16при этом происходит за время, не превы.шающее 0,5 с.При перегрузках машины блок 14 не подвержен ни замедлению путем включения еготранзисторного ключа, ни ускорению напряжением блока 3. В этом случае время изменения его напряжения до уровня срабатывания максимально приближено к характеристике перегрузочной способности защищаемой машины, обеспечивая допустимыйтепловой режим двигателя без поврежденияизоляции его обмоток, а также максимальное использование электроприводом перегрузочных свойств двигателя,Положительный эффект, обеспечиваемыйновой совокупностью признаков, состоитв повышении чувствительности устройствак свободной периодической составляющей4 О пускового тока асинхронного электродвигателя, а ссютветственно, селективности егозащиты. Это обеспечивается выделениемсвободной низкочастотной составляющейтока статора машины не из пускового тока,4 имеющего высокую кратность принужденного тока частотой 50 Гц, - источник большогонебаланса, а из разности сглаженных напряжений, пропорциональных амплитудамполуволн тока статора различных знаковс вычитанием из каждой полуводны задано ной величины (75 - 85 Я от уровня пусковоготока) и, кроме того, - исключением апериодического небаланса путем выделения и компенсации а периодической составляющей всвободном переходном токе. Повышениечувствительности устройства и субгармоББ нической составляющей тока электродвигателя повышает селективность его защиты,а именно исключает неселективные срабатывания при использовании устройства длязащиты двигателей существенно различной мощности, а следовательно, с различными уровнями свободного периодического тока, когда в известном устройстве за счет нечувствительности возможны ускоренные срабатывания в условиях пуска машины,Кроме того, устройство имеет повышенную надежность функционирования, обеспечиваемую совмещением функций компаратора и ключа с самоудержанием одним операционным усилителем, имеющим свойства компаратора и триггера.Формула изобретенияУстройство для токовой защиты асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор тока, первичная обмотка которого предназначена для включения в одну из фаз питающей сети, вторичная его обмотка через преобразователь ток - напряжение соединена с входами двух однополупериодных выпря мителей положительной и отрицательной полуволн тока со сглаживающими конденсаторами и разрядными резисторами, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента задержки, многоконтурного РС-аналога теплового состояния электродвигателя и формирователя напряжения, пропорционального производной принужденного тока асинхронного электродвигателя, выход которого соединен с входом компаратора, другие входы которого соединены с соответствующими выходами многоконтурного ЯС-аналога теплового состояния электродвигателя, выход компаратора соединен с входом исполнительного органа, выход элемента задержки соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с входами триггера-компаратора и органа компенсации апериодического тока, другой вход которого соединен с выходом инерционного звена, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, селективности и надежности функционирования, в него дополнительно введены третий и четвертый однополупериодные выпрямители положительной и отрицательной полуволн тока, входы которых соединены с выходами вновь введенного ограничителя уровня сигнала, входом соединенного с выходом преобразователя ток в напряжен, выходы упомянутых выпрямителей подключены к соответствующим входам инерционного звена, а выходы триггера-компаратора и элемента задержки подключены к соответствующим входам многоконтурного РС- аналога теплового состояния электродвигателяя.ас иного кя итста ги изоорстсния(д 35, Мо квд, Ж 35, Рдугискдя длддс.(некии кочбиип Патент,Рслдктор Е. ПдиЗдкд. 2131311с (дрог113Прои и и ниоСоставитель К.ехред А. Кравчукирдж