Способ защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления

(71) Всесоюзный научно-исследователский, проектно-конструкторский и технолгический институт силовыполупроводниковых устройств(56) Авторское свидетельство СССРМт 658649, кл. Н.02 Н 7/09, 1968,Авторское свидетельство СССРВ 1394321, кл, Н 02 Н 7/08, 1985.(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВА ФАЗАСИ НХРОН НОГО ЭЛ Е КТРОДВ И ГАТЕЛЯУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛНИЯ ь 4 00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(57) Использование: в области электротехники позволяет уменьшить массу и габариты защиты электродвигателя. Сущность изобретения. новым является режим операо- ций, в частности измерение сигнала тока на х входе автономного инвертора напряжения,а в процессе сравнения фиксируют момент времени. коммутации и снижение сигнала тока ниже заданного минимального значения в предкоммутационный интервал времени. Введение в устройство синхронного 1.1 и асинхронного 8 триггеров, счетчика 15, логического элемента НЕ 16, двух диффе- Ы ренцирующих цепочек 12 и 17 и реле времени И 18 позволяет уменьшить массу и габаритыустройства для защиты от обрыва фазы асин хронного двигателя, 1 з.п. ф-лы, 5 ил,35 40 тельный орган 13 с управляющим входом 45силового выключателя 5. 50 Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты асинхронных электродвигателей, питаемых от преобразователей.частоты, при обрыве одной из фаз электродвигателя,Цель предлагаемого способа - упрощение.Цель предлагаемого устройства - уменьшение массы и габаритов.На фиг,1 приведена функциональная схема варианта устройства реализации предложенного способа; на фиг.2 - функциональная схема предлагаемого устройства для защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигаеля; на фиг,З - эквивалентная схема включения фаз нагрузки при питании от инвертора напряжения; на фиг,4 - временная диаграмма работы устройства, приведенного на фиг,1; на фиг,5 - временная диаграмма работы устройства, приведенного на фиг,2.Функциональная схема(фиг,1) варианта устройства для реализации предложенного способа защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты 1, состоящего из последовательно соединенных автономного инвертора 2 с широтно-импульсным регулированием напряжения, силового фильтра 3, выпрямителя 4 и силового выключателя 5, содержит датчик тока 6, подключенный через компаратор 7 к Я-входу асинхронного триггера 8, Я-вход которого подключен через последовательно соединенные элементы задержки 9 и систему управления инвертором 10 с управляющим входом автономного инвертора напряжения 2, выходы асинхронного триггера 8 подключены к 3 и К-входам синхронного триггера 11, счетный вход которого подключен ко входу элемента задержки 9, а выход синхронного триггера 11 связан через последовательно соединенные дифференцирующие цепь 12, исполниНа фиг,З приведена эквивалентная схема замещения включения нагрузки (двигателя) при питании от трехфазного автономного инвертора напряжения, где Еа,Е, Е - йолные сопротивления фаз А, В, С асинхройного двигателя.На фиг.4 приведены временные диаграммы работы устройства, изображенного на фиг.1, реализующего предлагаемый способ.На фиг.5 приведены временные диаграммы работы предложенного устройствана фиг,2,5 10 15 20 25 ЗО На фиг.4 и фиг.5 используются следующие обозначения:1,1" - соответственно, сигнал тока на входе инвертора и значения минимальной токовой уставки; От - выходной сигнал компаратора 7; Оз, Ов- выходные сигналы асинхронного триггера 8; 01 о и О - выходные сигналы системы управления инвертором 10 и синхронного триггера 11, соответственно; 01 и Оп - выходные сигналы первой 12 и второй 17 дифференцйрующих цепочек; О - выходной сигнал счетчика 15; и, К- целые числа; в и т - соответственно, выходная частота инвертора 2 и текущее время.Функциональная схема (фиг,2) устройства для защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты 1 на основе автономного инвертора напряжения 2, содержащее датчик тока 6, схему выпрямления 14 и компаратор 7, последовательно соединенные между собой, исполнительный орган 13, синхронный 11 и асинхронный 8 триггеры, счетчик 15, логический элемент НЕ 16, две дифференцирующие цепочки 12 и 17, реле времени 18, при этом датчик тока 6 своим входом подключен ко входу автономного инвертора напряжения 2, компаратор 7 соединен выходом непосредственно с 1-входом и через логический элемент НЕ 16с К-входом синхронного триггера 11, выход которого через первую дифференцирующую цепочку 12 подключен к Я-входу асинхронного триггера 8 и й-входу счетчика 15, соединенного своим С-входом с одним из выходов системы управления инвертором 10, задающим момент времени коммутации фазных токов в инверторе 2, и С-входом синхронного триггера 11, счетчик 15 подключен выходом через вторую дифференцирующую цепочку 17 с В-входом асинхронного триггера 8, подсоединенного своим выходом через реле времени 18 ко входу исполнительного органа 13, выход которого соединен с управляющими входами силового выключателя 5 и выпрямителя 4 преобразователя частоты 1, выход выпрямителя 4 через силовой фильтр 3 связан со входом автономного инвертора напряжения 2.Предложенный способ (фиг.1) функционирует следующим образом; датчик тока 6 измеряет ток 1 на входе автономного инвертора 2, компаратор 7 измеренный сигнал тока сравнивает с заданным минимальным значением 1, по выходному сигналу 01 вхконтролируют моменты времени коммута.ции фазных токов инвертора, При отсутствии обрыва фазы асинхронного двигателя,1817185 5 6входной ток инвертора 1 характеризуется компараторе 7 с заданным минимальнымформой (фиг.4), при которой в каждом дли-, значением 1, с помощью системыуправлетельностью П/3 - интервале присутствуют ния 10 фиксируют моменты времени коммузначения амплитуд тока, превышающие за- тации фазных токов инвертора,данное минимальное значение 1 . При пре-: 5 посредством триггеров 8 и 11 фиксируют. вышении амплитудой тока инвертора 1 снижение сигнала тока нижезаданного мизначение уставки 1 компаратор 7 (напри-; нимального зйачения в предкбммутационмер, выполненный в виде двухуровневого ный интервал времени (в интервале междукомпаратора напряжения) формирует на,: соседними коммутациями в инверторе)чтосвоем выходе сигнал О 7, равный лог,.О. При 10 определяет обрыв фазы, после чего черезэтом на первом выходе асинхронного триг-. дифференциальную цепочку 12 и исполнигера.8 устанавливается сигнал Оз-, равный: тельный орган 13 снимают напряжение слог."1". (на втором выходе триггера 8 форми- электродвигателя (посредством силового: руется инверсный сигнал Оз-). В .момент выключателя 5 преобразователя 1),коммутации в инверторе 2 по фронту из 15 -:Предложенное устройство (см, фиг,2)лог,"1" в лог.О сигнала О 1 о системы управле- работает следующим образомпосредствомния инвертором 10 синхронный триггер 11 .,силового выключателя 5 подается сетевое. устанавливается выходным сигналом в:-": напряжение на вход управляемого выпрялог.1, При отсутствии обрыва фазы триггер "мителя 4, выходное напряжение которого11 находится постоянно с выходнымсигна сглаживается силовйм фильтром 3. Посредлом лог.1, при этом исполнительный органством управляемоговыпрямителя 4 и авто 13 обеспечивает включенные состояния си-. номногоинвертора напряжения 2лового выключателя 5 и преобразователя регулйруются, соответствейно,амплитудаичастоты 1 в целом,. : частота выходного напряжения преобразоВ режиме обрыва одной из фаз асинх.-. 25 вателя частоты.1, йитающего асинхронныйронного двигателя входной ток.1 инвертора. электродвигатель, Датчик тока 6 измеряет2 изменяет своюформу;.а именносодержит : ток. 1, на входе автономного инвертора 2,, длительностью П/3- интервалы, характери-:который выпрямляется посредством схемызуемые:нулевым значением тока; Напри-выпрямления 14 и выпрямленное значениемер, при обрыве фазы С двйгателя на.двух 30, сравнйвается с заданным минимальныммежкоммутационных интервалах, для кото-: значением 1 на входах компаратора 7, Дирых спрааедлива эквивалентаня схемааграммы работы элементов предложенноговключения фаз нагрузки на фйг.3 ток 1 ин-: устройства приведены на фиг.5. Система упвертора 2 равен нулю (сопротивление об- " равления инвертором 10 формирует на одмотки Е =. оо), При поступлении с выхода 35 номиз своих выходов сигналы управлениясистемы управления инвертором 10 сигнала,:силовыми ключами инвертора 2, а на другом01 о через элемент задержки 9 на й-вход. - . импульсный сигнал Оо частотой 61(где 1 асинхронного триггера 8; выходной сигналвыходная частота инвертора 2), поступаюОзтриггера 8 устанавливается равным - щий на С-входы счетчика 15 и синхронноголог."0". На интервале П/3, в котором при триггера 11,сутствует нулевое значение тока 1, компара-.: При отсутствии обрыва фазы асинхронтор 7 формирует сигнал Оу равный лог,"1".: . ногодвигателя входной ток инвертора 1При этом триггер 8 до очередной коммута-:имеет форму, при которой в каждом длиции находится с выходным сигналом Ов- тельностью ПУЗ - интервала между сосед-равным лог.О. При очередной коммутации:45 нимикоммутациямиприсутствуютзначенияпо изменению фронта из логЛ в лог.0 сигна- амплитуд тока, превышающие заданное ми- "ла Оо системы 10, синхронный триггер 11нимальное значение 1. При превышенииформирует на выходе сигнал О 11, равнйй током(выпрямленным значением ) величилог, "0", При этом через дифференцирую- . ны уставки 1, компаратор 7 формирует нащую цепь 12 и исполнительный орган 13 50 своем выходе сигнал О 7, равный лог.1, аотключается силовой выключатель 5 и через: . логический элемент НЕ 16 - сигнал лог.0,преобразователь частоты 1 снимается на-: поступающие йа и К-входы синхронногопряжение с асинхронного двигателя, Эле-. триггера 11,мент задержки 9 осуществляет разнесениеКак известно, в автономном инверторево времени (на 0,1 - 1 мкс) фронтов сигналов 55 напряжения, нагруженном на асинхронныйОо и Озна выхадах СинхРонногО тРйггеРа двигатель, предкоммутационное значение11 дляисключениясбоев,этоготриггера(из- входного тока инвертора имеет наибольза "гонки" фронтов), Таким образом, по- шуювеличинунаинтервалемеждусоседнисредством датчика 6 измеряют сигнал тока " ми коммутациями(вследствие индуктивного1 на входе инвертора 2 и сравнивают его на характера нагрузки),1817185 крывает управляемый выпрямитель 4 и отключает посредством выключателя 5 постоянно таким во время всего указанного режима, При этом через дифференцирующую цепочку 12 на Я-вход асинхронного преобразователь частоты 1, снимая напрятриггера 8 и В-вход счетчика 15 поступает жение с электродвигателя, Реле времени 18 10 сигнал лог.1, С приходом каждого фронта предназначено для исключения ложной раизменения сигнала 01 о из лог,1 в. лог.О на боты устройства в, интенсивных пуско-торС-вход счетчика 15 последний изменяет последовательно свое состояйие и при перемозных режимах., для которых при переходах из режима разгона в торможение йолнении (например, поСле десятого и обратно в предкоммутационные моменты фронта) формирует на своем выходе сигнал 15 времени возможны нулевые значения входлог.О, Через дифференцирующую цепочку ного тока инвертора при отсутствии режима 17 на В-вход триггера 8 поступает узкий обрыв фазы электродвигателя; Схема высигнал лог.О, триггер 8 устанавливается вы- . прямления 14 служитдля формирования одходным сигналом Оз в лог.1. При этом через " нополярного сигнала; пропорционального релевремени 18 и исполнительный орган 13 20 амплитуде входного тока инвертора, котона вход силового выключателя 5 поступает рый характерйзуется разнополярными знасигнал, обеспечивающий включенное со- чениями тока в двигательном и тормозномстояние выключателя 5 и преобразователя режимах работы двигателя,.частоты 1 вцелом, . ., :.:; . Предлагаемое техническое решение по25 способу обеспечиваетупрощение способа В режйме обрыва одной из. фазасйнхронного двигателя входной ток инвертора 2 изменяет свою форму, а именно содержит защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя часдлительностыоП/З-интервалы,характери- тоты на основе автономного инвертора зуемые нулевым значением тока (в частно-: напряжения. Упрощение способа достигну 30 то за счет сокращения количества операций сти, в предкоммутационные в инверторе измерения токов до одной (вместо трех опе-. моменты времени на двух длительностью П/3 - интервалах впериоде выходной час- раций в способе-прототипе). Это сокращает тоты), Наличие нулевыхучастков во входном количество сложныхв"технической реализатоке инвертора при обрыве фазы объяснено ции узлов, а именно гальванических развя 35 элемента НЕ 16 формируются сигналы лог.О 40 жение массы и габаритов достигнуто за счет и лог,1, соответственно. По изменению сокращения количества датчиков тока (с фронта из лог.1 влог О сигнала 31 о, синхрон- . трех до одного), С учетом завышенной устаный триггер 11 устанавливается в состоя- новленной мощноститоковыхтрансформатоние с выходным сигналом лог;О, через ров, используемых в устройстве-прототипе в дифференцирующую цепочку 12 триггер 8 качестве датчиков тока, в предложенном устустанавливается в состояние с выходным . ройстве достигается уменьшение габаритов исигналом Оз, равным лог,О, а счетчик 15 по массы в 2 - 3 раза.й-входуустанавливается вначальноесосто- ; ф о р м ул а и з о б р е те н и яяние. На остальных четырех участках пери, Способ защиты от обрыва фазы асинода, характеризуемых превышением 50 хронного электродвигателя, питаемого отвходноготока 1 инвертора 2 надуставкой 1 преобразователя частоты на основе автов предкоммутационные моменты. времени, номного инвертора напряжения, заключаюсостояние выходных сигналов компаратора щийся в том, что измеряют ток на входе7, элемента. НЕ 16, триггера 11 и дифферен- автономного инвертора напряжения и сравВ предшествующей коммутацйи в инверторе момЕнт времени, контролируемый по изменению фронта из лог,1 в лог,0 сигнала 01 о, синхронный триггер 11 устанавливается выходным сигналом в лог.1 и остается при описании работы предложенного способа. В предкоммутационные моменты времени на указанных двух участках периода, характеризуемых нулевыми значениями то. ка, на выходах компаратора 7 и логического цирующей.цепочки 12 соответствует режи му, описанному для отсутствия обрыва фазы двигателя, При этом счетчик 15 не достигает состояния переполнения (отсутствует сигнал лог,0 на выходе счетчика 15) и триггер 8 в режиме обрыва фазы двигателя находится постоянно в состоянии с выходнь 1 м сигналом лог,О,С выдержкой времени, равной. 5 - 15 с (после поступления сигнала лог,О на реле), реле 18 через исполнительный орган 13 зазок силовых цепей от цепей управления,Предлагаемое техническое решение по устройству обеспечивает уменьшение мас-. сы и габарйтов устройства для защиты от обрыва фазы асийхронного двигателя. Снинивают его с заданным минимальным значением, при обрыве фазы снимают напряжение с электродвигателя, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения, в процессе сравнения сигналов фиксируют моменты времени коммутации фазных токов инвертора и фиксируют снижение сигнала тока ниже заданного минимального значения в предкоммутационный интервал времени, что определяет обрыв фазы, после чего сни мают напряжение с электродвигателя,2, Устройство для защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигателя, питаемого от преобразователя частоты на основе 10 автономного инвертора напряжения, содержащее исполнительный орган, последовательно соединенные между собой датчик тока, схему выпрямления и компаратор, причем датчик тока предназначен для под ключения своим входом к входу автономногоинвертора,отличающееся тем,что, с целью расширения области применения, в него введены синхронный и асинхронный20 триггеры, счетчик, логический элемент НЕ, две дифференцирующие цепочки и реле времени, при этом компаратор соединен выходом непосредственно с 1-входом и через логический элемент НЕ - с Р-входом синхронного триггера, выход которого через первую дифференцирующую цепочку подключен к Я-входу асинхронного триггера и В-входу счетчика, соединенного своим С- входом с одним из выходов системы управления инвертором преобразователя частоты, задающим моменты времени коммутации фазных токов в инверторе, и С-входом синхронного триггера, счетчик подключен выходом через вторую дифференцирующую цепочку к В-входу асинхронного триггера, подсоединенного своим выходом через реле времени к входу исполнительного органа.