Способ защиты асинхронного электродвигателя от перегрузки

(51)5 Н 02 Н 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СИИДГПИЬСТВУ и ональ 0 ГОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТПО ИЭООатЕНИЯМ И ОЮН ЫтИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЗЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ(57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты асинхронного электродвигате 801 42548 А 1 2ля от перегрузки. Цель изобретения - повышение чувствительности защиты электродвигателя к перегрузкам, вызываемым механическими дефектами, возникающими при повреждении подшипников и нарушении центровки валов электродвигателя и механизма. Цель достигается тем, что в способе защиты электродвигателя от перегрузки, при котором контролируют температуру электродвигателя по току статора с помощью теплового аналога защищаемого электродвигателя, дополнительно из тока статора выделяют составляющие с частотами, отличными от частоты источника питания, Измеряют величину этих составляющих и по ней выявляют механические дефекты в начальной стадии развития. 5 ил.5 гдеи- ток намагничивания и2ток ротора электродвигателя0 - амплитуда напряжения1питания;Х Х - индуктивные сопротивле 2ния обмоток статора иротораК и Кактивные сопротивления2обмоток статора и ротора,- скольжениеЯ 1 - частота питающего на- .пряжения.Как видно, ток статора определя ется не только напряжением питания-ММр Изобретение относится к электротехнике н предназначено для защитыасинхронного электродвигателя отперегрузки,5Цель изобретений состоит в повышении чувствительности защиты асинхронного электродвигателя к перегрузкам, вызываемым механическими дефектами, возникающими при повреждении подшипников и нарушении центровки валов электродвигателя и механизма,На фиг. 1 представлена механическая характеристика асинхронного 1электродвигателя и изменение скольжения при периодическом изменениимомента сопротивления; на фиг.2 Г-образная схема замещения асинхронного электродвигателя, все параметры которой приведены к обмоткестатора; на фиг. 3 - структурнаясхема устройства защиты асинхронногоэлектродвигателя от перегрузки, реализующего предложенный способ; на ., 25фиг. 4 пример выполнения режекторного фильтра; на Фиг. 5 - амплитудно-частотная характеристика фильт,ра.При повреждении подшипника или на"-"3рушении центровки валов электродвигателя и механизма момент сопротивления, прикладываемый к валу электродвигателя, периодически изменяется счастотой, пропорциональной частотевращения вала, Периодическое измене"ние момента сопротивления вызываетпоявление в токе статора электродвигателя составляющих с частотой, пропорциональной частоте вращения вала. 40Отделение этих составляющих тока отсоставляющих тока основной частоты иконтроль их уровня позволяют выявить,механические дефекты, развитие которых может привести к аварии, на ран- ,45ней стадии и тем самым предотвратитьвозможное обширное повреждение защищаемого электродвигателя,Связь величин отдельных составляющих тока статора асинхронного электродвигателя с характером перегрузки при возникновении механическихдефектов можно установить, пользуясь общепринятой эквивалентной схемой защения асинхрннго электро-.двигателя, приведенной на фиг.2.Ток фазы статора асинхронного электродвигателя в соответствии со схе.мой замещения при синусоидальном напряжении питания определяется следующим образом: Скольжение асинхронного электродвигателя зависит от вращающего момента, а следовательно, от мо, мента сопротивления. На линейном участке механической. характеристики электродвигателя связь скольжения и момента может быть выражена тако гдеи М - средние значения сколь 1 о . ожения и момента электродвигателяМвращающий момент электродвигателя,Момент сопротивления при возникновении механического дефекта в подшипнике или нарушении центровки валов зависит от угла, поворота валадвигателя и периодически изменяется с частотой вращения вала Ь, Тогда для вращающего момента электродвигателя можно записать следующеесоотношение:М М + М, е 1 п 1.й,) =00+ вдпЬ,Мф Периодическое изменение скольжения, как видно из выражения (1), вызывает периодическое изменение эквивалентного сопротивления электродвигателя. Изменение этого сопротивления в свою очередь вызывает изменение тока статора с частотой Ь. Однако, источник питания имеет частоту У отличную от 1, и, следовательно, в токе статора появляются составляющие не только с частотой сд, но и с частотой 1.ц в 1 пйд,с "Ц) Яфгде 3= М.Соотношениедвигателей обыч)Кх, +х,. - ,Поэтому с целью полученизависимостей при приемлести описания можно принять= К= О, тогда для токабудем иметьПъ4 До+ Подставив в это уравнение значение тока йамагничивания и разложив произведение синусоидальных функций на две составляющие, получим, что- амплитуда и фаза тока намагничивания, видно, ток статора при ме их повреждениях электродви одержит составляющие с час 10 15 20 25 30 тами, равными частоте источника питания У, разности частот источникапитания и вращения ротора= И, - Ьи сумме= (д) +1Величины составляющих тока статора с частотами, отличными от частоты источника питания, определяются,главным образом, как следует иэ(2), амплитудой переменной составляющей скольжения, а также напряжением питания и параметрами электродвигателя,В нормальным эксплуМчациоиных режимах момент серротиваения, а следовательно, и вращающнй момент электродвигателя не зависит от угла поворота вала и не содержат переменнойсоставляющей момента. Поэтому скольжение не изменяется периодически и втоке статора отсутствуют составляющие с частотамии, отличнымиот Я.По уровню составляющих тока статора с частотами, отличными от Я 1оценивают уровень периодической составляющей момента двигателя и, следовательно, выявляют механические дефекты, которые вызывают появлениеэтих периодических составляющих момента сопротивления.Способ реализуется с помощью устроства, схема которого показана нафиг.З. Устройство содержит защищаемыйэлектродвигатель 1, датчик 2 тока,включенный в цепь статора электродвигателя, квадратор 3, тепловой аналог 4 защищаемого электродвигателя ипороговый элемент 5, включенные каскадно, логический элемент ИЛИ 6, первый вход которого подключен к выходупорогового элемента, исполнительныйорган 7, вход которого соединен свыходом логического элемента, режекторный фильтр 8, предназначенный дляподавления сигналов с частотой, равной частоте источника питания, входом подключенный к выходу датчикатока, формирователь модуля 9,фильтр нижних частот 10 и второйпороговый элемент 11, соединенныекаскадно, Выход второго пороговогоэлемента подкаееьен ко второму входулогического замеента.Устройство работает следующимобразом.На вход квадратора 3чика 2 подается сигнал, 164254810 нальный току обмотки статора защищаемого двигателя 1. Квадратор 3 формирует сигнал, пропорциональный квадрату тока статора, который подаетсяна вход теплового аналога 4. В неммоделируются тепловые процессы, происходящие в защищаемом электродвигателе и формируется сигнал, пропорциональный температуре электродвигателя, который подается на входпервого порогового элемента 5. Приувеличении нагрузки двигателя уровень этого сигнала повышается и нридостижении им предельно допустимогоуровня пороговый элемент 5 вырабатывает сигнал, который через логическийэлемент 6 поступает на вход исполнительного органа 7. Исполнительныйорган вырабатывает сигнал, по которому двигатель разгружается илиотключается от сети,При повреждении подшипников илинарушении центровки валов нагрузкаэлектродвигателя увеличивается, но 25уровень выходного сигнала тепловогоаналога может оставаться в пределахдопустимого, Для предотвращениязначительных повреждений электродвигателя при перегрузках, вызванных развитием этих дефектов, целесообразно отключать его, не допускаяразвития дефектов.Предлагаемое устройство содержитузлы, позволяющие выявлять незначительные механические перегрузки периодического характера по току статора защищаемого электродвигателя.С помощью режекторного фильтра 8,подключенного к выходу датчика,тока 2, подавляются составляющие токастатора с частотой, равной частотеисточника питания. Выходной сигналрежекторного фильтра 8 выпрямляется формирователем модуля 9 и сглаживается фильтром нижних частот 10.Второй пороговый элемент 11 сравнивает выходной сигнал фильтра ниж; них частот 10 с предельно допустимым значением. При возникновениидефектов, вызывающих увеличение пе-,риодической составляющей момента,входной сигнал порогового элемента11 повышается, и при достижении импредельно допустимого значения пороговый элемент формирует второй сиг"55нал, информирующий о возникновениимеханического дефекта, который через логический элемент 6 поступает на вход исполнительного органа 7,Выделение сигналов с частотами,отличными от частоты источника питания, из тока статора осуществлятся режекторым фильтром, который подавляет сигналы с частотой, равнойЦ и пропускает сигналы с частотами, отличными от Я 1,Режекторный фильтр с максимальным ослаблением сигналов на частотеЯ = 314,6 сболее, чем в 100 разможет быть выполнен по известнойсхеме (Л 2), показанной на фиг,4.На фиг.5 приведена амплитудночастотная характеристика этого фильтра, полученная при следующих параметрах фильтра: С 1 = С 2 = 0,047 мкФ, Ка =1000 Ом, К 1 = 50 кОм, Кщ 67,725 кОм, К = 677,25 кОм,Применение предлагаемого способазащиты электродвигателя обеспечиваетвыявление механических дефектов наранней стадии их развития и не допускает обширных разрушений защищаемойэлектрической машины в аварийных ситуациях, Это позволяет значительноуменьшить производственный ущерб ототключения электродвигателя и снизить ремонтно-эксплуатационные затраты, так как для устранения незначительных дефектов, выявляемых предлагаемым способом и устройством, нетребуется выполнения больших объемовремонтных работ.Формула изобретенияСпособ защиты асинхронного электродвигателя от перегрузки, при котором измеряют ток фазы.статора электродвигателя, получают сигнал, пропорциональный квадрату этого тока, используя сигнал, пропорциональный квадрату тока фазы статора электродвигателя, определяют величину, характеризующую температуру электродвигателя, и при превышении ею критического значения формируют первый сигнал, информирующий о перегрузке электродвигателя, по которому электродвигатель отключают от сети, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности защиты электродвигателя к перегрузкам, вызываемым механическими дефектами, дополнительно из тока статора вьделяют все составляющие тока с частотами, отличными от частоты источникапитания, измеряют величину этих составляющих тока и при превышении этойвеличиной критического значенияформируют второй сигнал, информирующий о перегрузке электродвигателя, вызванной механическими деФектами, и при появлении любогоиз упомянутых сигналов, информирующих о перегрузке, отключают электродвигатель.