Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН за) Н 02 Н 7/08 ГОСУДАРСТВ:ННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТ(71) Оренбургскийрудового Красного Знамени с зяйственный институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 245200, кл. Н 02 Н 7/08, 1969.2. Авторское свидетельство СССР " 729729, кл. Н 02 Н 7/08., 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АНОРИАЛЬНЫХ РЕЖИИОВ, содержащее установленные в фазах сети два трансформатора тока, к вторичным обмоткам которых подключены блоки выделения сигналов прямой и обратной последовательностей, связанные с исполнительным органом,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты, в него дополнительнс введены формирователь управляющего сигнала, инверсный усилитель, источник стабилизированного опорного напряжения, два переменных резистора, каждый из которых подключен к вторичной обмотке трансформатора, при этом блоки выделения сигналов прямой и обратной последовательностей выполнены в виде двух фильтров напряжений;прямой и обратной последовательностей, каждый состоящий из одинаковых КС-цепей из последовательно включенных конденсатора и двух резисторов с отношением сопротивлений ГЗ: 1:2, точки соединения двух резисторов являются выходами фильтров и соответордена Т ельскохо Р Зюга ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ( С801120441 ственно пЬдключены к первому и второму входам формирователя управляющихсигналов, состоящего из пяти диодов,восьми резисторов, двух конденсаторов и усилителя, точка соединения катода и анода первого и второго диодовявляется первым входом формирователяуправляющих импульсов, точка соединения катода третьего и анода четвертого диодов является вторым входомформирователя управляющих импульсов,анод первого диода соединен с первымрезистором, другой вывод которогоподключен к первому конденсатору, ка.тоду пятого диода и выводу второгорезистора, другой вывод которого является третьим входом формирователяуправляющих импульсов, и к третьему. резистору, катодвторого диода соединен с 11 етвертым и пятым резисторами, второй вывод пятого резисторасоединен с вторым конденсатором, ано.дом пятого диода и входом усилителя,выход которого через шестой резисторсоединен с входом усилителя, анодтретьего диода соединен через седьмой резистор с анодом пятого диода,катод четвертого диода соединен сточкой соединения третьего и восьмого резисторов, вторые выводы четвертого, восьмого резисторов и первогои второго конденсаторов объединеныи подключены к общей точке вторичныхобмоток трансформаторов тока, третийвход формирователя управляющих сигналов соединен с выходом источникастабилизированного опорного напряжения, а выход через инверсный усилитель соединен с исполнительным элементом,1 1120ИзЬбретение относится к автоматике, в частности к устройствам длязащиты трехфаэных электродвигателей,и может быть использовано для защитытрехфазных электродвигателей от анормальных режимов.5Известно устройство для токовойзащиты трехфазных электродвигателей,содержащее фильтр напряжения обрат"ной последовательности, трансреактоЮры, нелинейный элемент и исполнитель-ный орган-реле и .Недостатками данного устройстваявляются его низкие чувствительностьи надежность, что обусловлено наличием лишь одного фильтра напряжения15обратной последовательности, которыйне позволяет исполнительному органу - реле - реагировать на перегрузку электродвигателя, вызванную суммойтоков сииметричйых составляющих пря 20мой и обратной последовательностей,которая превышает допустимый фазныйток электродвигателя, когда каждыйиз токов симметричных составляющих25прямой и обратной последовательностейменьше допустимого фазноЬо тока элек.тродвигателяНаиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов,содержащее два трансформатора тока,исполнительный орган - реле, а такжеустройство выделения сигналов прямойи обратной последовательностей, выполненное в виде фильтров тока прямой и обратной последовательностей,один из которых подключен к одномувыпрямительному мосту, а другой черезразделительный трансформатор - к 40другому выпрямительному мосту, двареле с различными времятоковыми характеристиками, одно из которых - реле нагрузки - подключено к выпрямительному мосту фильтра тока прямой 45последовательности, а второе - чувствительные реле обратной последовательности - подключено к выпрямительному мосту фильтра тока обратной последовательности, причем оба реле од 50,ноименными выводами через вновь введенные встречновключенные диоды присоединены к идентичному выводу исполнительного реле, выполненного с времятоковой характеристикой мгновенного 55действия 21,Недостатками известного устройстваявляются его низкие чувствительность 441 2и надежность защиты, обусловленныесхемным решением устройства, котороене позволяет исполнительному органуреле - реагировать на перегрузкуэлектродвигателя, вызванную суммойтоков симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей,которая превышает допустимый фазныйток электродвигателя, когда каждыйиз токов симметричных составляющихпрямрй и обратной последовательностейменьше допустимого фазного тока электродвигателя.Кроме того, использование в уст-.ройстве контактных элементов - чувствительного реле, реле перегрузки,чувствительность и надежность которых невелика, также обусловливаетнизкие чувствительность и надежностьвсего устройства для защиты.Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности устройствазащиты.Поставленная цель достигаетсятем что в устройство для защитытрехфазного электродвигателя отанормальных режимов, содержащее установленные в фазах сети два трансформатора тока, к вторичным обмоткам ко.торых подключены блоки выделения сиг.налов прямой иобратной последовательностей, связанные с исполнительным органом, дополнительно введеныформирователь управляющего сигнала,инверсный усилитель, источник стабилизированного опорного напряжения,два переменных резистора, каждыйиз которых подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, при этомблоки выделения сигналов прямой иобратной последовательностей выполнены в виде двух фильтров напряжений прямой и обратной последовательностей, каждый состоящий из одинаковых 1 С-цепей из последовательно включенных конденсатора и двух резисторовс отношением сопротивлений .3:1:2,точки соединения двух резисторов являются выходами фильтров и соответственно подключены к первому и второму входам формирователя управляющих сигналов, состоящего из пятидиодов, восьми резисторов, двух конденсаторов и усилителя, точка соединения катода и анода первого и второго диодов является первым входом формирователя управляющих импульсов, точка соединения катода третьего и анода четвертого диодов является втоз 11рым входом формирователя. управляющихимпульсов, анод первого диода соединен с первым резистором, другой вывод которого подключен к первому кон.денсатору, катоду пятого диода и выводу второго резистора, другой выводкоторого является третьим входомформирователя управляющих импульсов,и к третьему резистору, катод второго диода соединен с четвертым и пятым резисторами, второй вывод пятогорезистора соединен с вторым конденсатором, анодом пятого диода и входомусилителя, выход которого через шес"той резистор соединен с входом усилителя, анод третьего диода соединенчерез седьмой резистор с анодом пятого диода, катод четвертого диода соединен с точкой соединения третьегои восьмого резисторов, вторые выводычетвертого, восьмого резисторов ипервого и второго конденсаторов объе.динены и подключены к общей точкевторичных обмоток трансформаторовтока, третий вход Формирователя управляющих сигналов соединен с выходом источника стабилизированногоопорного напряжения, а выход черезинверсный усилитель соединен с исполнительным элементом,На чертеже приведена функциональная схема устройства для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов.Устройство содержит два трансформатора 1 и 2 тока, два переменныхрезистора 3 и 4, фильтр 5 напряженияпрямой последовательности, включающий последовательно соединенные дварезистора 6 и 7 и конденсатор 8, выходом фильтра 5 является точка соединения резисторов,6 и 7, а-входамидругой вывод резистора 6 и конденсатора 8, стабилизированный источник9 опорного напряженияподключенный .на фазное напряжение трехфазной сети. Фильтр 10 напряжения обратной последовательности, включающий после. довательно соединенные два резистора 11 и 12 и конденсатор 13, выходомФильтра 10 является точка соединения резисторов 11 и 12, входами -другой вывод резистора 11:и конденсатора 13, инверсный усилитель 14, вынолненный на тиристорах, исполнитель.ный орган 15, выполненный на магнитном пускателе, управляющий вход ко.тороро (обмотка) соединен с выходоминверсного усилителя 14, формирова- . 20441 4тель 16 управляющего сигнала, включающий восемь резисторов 17-24, пять диодов 25-29, два конденсатора 30 и . 31 и усилитель 32, выход которогоподключен к точке соединения входа инверсного усилителя 14 и, одного иэ выводов резистора 24. При этом один вывод резистора 19, являющийся одним из входов формирователя 16, подключен к выходу стабилизированного источника 9 опорного напряжения, а второй вывод соединен с конденсатором 30, подключенным к общей шине устройства, катодом диода 27 и точкой.соединения резисторов 18 и 21.Второй вывод резистора 18 соединен с анодом диода 26. Катод диода 26, являющийся другим входом формирователя 16 управляющего сигнала, подключен к выходу фильтра 5 напряжения прямой последовательности и аноду диода 25, Катод диода 25 подключен к точке соединения резистора 17, подключенного к общей шине устройства, и резистора 20, ко торый соединен вторым выходом с конденсатором 31, подключенным к общей шине устройства, анодом диода 27, точкой соединения второго вывода резистора 24 и одного иэ выводов резис тора 22 с входом усилителя 32. Второй вывод резистора 22 соединен с входом усилителя 32 и анодом диода 28. Катод диода 28, являющийся третьим входом формирователя 16 управляющего сигнала, подключен,к аноду дио 35да 29 и выходу фильтра 10 напряженияобратной последовательности (точка соединения резисторов 11 и 12). Катод диода 29 соединен с одним из выводоврезистора 23 и вторым выводом резис 41 тора 21Второй вывод резистора 23подключен к общей шине устройства. Входы фильтров 5 и 10 напряженийсоответственно прямой и обратной последовательностей со стороны конденсатора 8 и резистора 11 подключенык одному иэ выводов переменного резистора 3 и одному иэ выводов вторичной обмотки трансформатора 1 тока, вторые выводы резистора 3 и вторич 50ной обмотки трансформатора 1 тока подключены к.общей шине устройства.Входы фильтров 5 и 10 напряженийсоответственно прямой и обратной последовательностей со стороны кой-.55денсатора 13 и резистора 6 подключены к одному из выводов переменного резистора 4 и одному из выводов вторичной обмотки трансформатора 2 тока,5 11204вторые выводы резистора 4 и вторичнойобмотки трансформатора 2 тока подклю 1чены к общей шнче устройства.Первичные обмотки трансформаторов1 и 2 тока одними выводами через ис 5полнительный орган 15 подключены кфазам А и С трехфазной сети, а вторыми выводами - к электродвигателю(не показан).Переменные резисторы 3 и 4, равные по величине, предназначены дляплавной настройки устройства для защиты на номинальный ток электродвига.теляИнверсный усилитель 14 предназначен для формирования переменного на"пряжения на выходе при нулевом сигнале на его входе.Формирователь 16 унравляющего сиг"нала предназначен для формированияуправляющего сигнала на исполнительный орган 15 в случае появления аиор.мальных режимов электродвигателя,Фильтр 5 напряжения прямой после"довательности предназначен для выделениь из напряжения, поступающего наего входы, симметричной составляющейпрямой последовательности и формирования на его выходе переменного напряжения, пропорционального величинесимметричной составляющей прямой последовательности.Фильтр 10 напряжения обратной последовательности предназначен для вы.деления их напряжения, поступающегона его входы, симметричной составля 35ющей обратной последовательности и формирования иа его выходе переменного напряжения, пропорционального величине симметричной составляющей обратной последовательности.40С целью обеспечения работоспособности формирователя 16 управляющего сигнала параметры фильтров 5 и 10 напряжений соответственно прямой и об" ратной последовательностей выбирают 45 ся одинаковыми, т.е. соответственно равны сопротивления резисторов 7 и12, сопротивления резисторов 6 исопротивления конденсаторов 8 и 13. Параметры формирователя 16 управляющего сигнала подобраны таким образом,. что его входное сопротивление со сто" роны фильтра 5 напряжения прямой последовательности В Е 1 пр и входное сопротивление со стороны фильтра 10 напряжения обратной последовательнос" ти О,ьр, равны, а сопротивления резисторов 20, 18 и 17 соответственно 41 б равны сопротивлениям резисторов 21- 23. Кроме того, параметры резисторов 17 и 20 подобраны таким образом, что выполняется соотношение где Ооп " допустимая кратность токаобратной последовательности по отношению к токупрямой последовательности.Сопротивление резистора 19 выбирается таким образом, что через негопод действием напряжения источника 9опорного напряжения протекает (1- пц)часть тока, пропорционального допустимому току электродвигателя т.е.1 м Мпоо 1 дод ргде К - коэффициент пропорциональности;ф- допустимый ток электродвигателя.Устройство работает следующим образом.На клеммы А, В и С с помощью рубильника (не показан) подается напряжение.Одновременно питающее напряжениепоступает на стабилизированный источник 9 опорного напряжения и на усилителе 32 и 14, На входе источника9 формируется положительное напряжение, лод действием которого черезрезистор 19 протекает ток 11 , пропорциональный части допустимого токаэлектродвигателя( -К (1- п) 1 я иконденсаторы 30 и 31 заряжаются положительно относительно общей шиныустройства. На вход усилителя 32 поступает лоложитедьное напряжение кон.дейсатора 31, на выходе которого формируется напряжение, равное нулю. Этонулевое напряженке поступает на входинверсного усйлителя 14, .на выходекоторого формируется переменное напряжение, поступающее на обмоткумагнитного пускателя (исполнительного органа 15). " Контакты магнитногопускателя замыкаются, и электродвигатель подключается к трехфазной сети.При нормальной режиме работы электродвигателя, характеризующимся тем,что сумма действующих значений составляющей прямой последовательности1120441 9порциональный составляющей прямойпоследовательности тока электродвигателя 1 (1-пд1 р . При этомконденсатор 30 перезаряжается отрицательно относительно общей шийы уст;ройства, что следует из условия технологической перегрузки 11 вр 1 доп)Одновременно под действием отрица.тельной полуволны напряжения с выхода фильтра 10 через диод 28 и резистор 22 протекает ток 1 разряда конденсатора 3 1, пропорциональный составляющей обратной последовательности тока электродвигателя 17=11"14 од"1 орТок 1 8 через резистор 24равен нулю, так как напряжение навыходе усилителя 32 равно нулю.. При этом конденсатор. 3 1 остаетсязаряженным положительно относительнообщей шины устройства, что следуетиз условия технологической переГРУэки Ос 10 Бр Вдов 1 дР),Таким образом, на конденсаторе30 - отрицательное напряжение, а наконденсаторе 31 - положительноенапряжение и диод 27 открывается.Через диод 27 протекает токразряда конденсатора 31, который перезаряжает конденсатор 3 1 отрицательно относительно общей шины устройства. Отрицательное напряжение конденсатора 31 поступает на вход усилителя 32, усиливается им й поступает на вход инверсного усилителя 14,, на выходе которого формируется нулевое напряжение, вызывающее размыкание контактов исполнительного органа 15 (магнитного пускателя), т.е.электродвигатель обесточивается ипрекращает работать.При этом под действием отрицательного напряжения с выхода усилителя 32 через резистор 24 протекаетток 1 , подзаряжающий конденсатор31 отрицательно относительно общейшины устройства, что исключает повторное включение электродвигателядо устранения технологической перегрузки.На время устранения анормальногорежима - технологической перегрузки,с клемм А, В и С снимается напряжение. При этом снимается питание и с.источника 9, и с усилителей 14 и 32. Конденсаторы 30 и 3 1 разряжаются через .резисторы схемы и в конечном результате напряжения на конденсаторах 30 и 31 равны нулю. 10После устранения анормального режима на клеммы А, В и С подается напряжение. Одновременно питающее напряжение поступает на источник 9 и наусилители 32 и 14, На выходе источника 9 формируется положительное напряжение, под действием которого черезрезистор 19 протекает ток 1(1,=Х 11-Одоп)"Одопа и конденсаторы 30 и 311 О заряжаются положительно относительнообщей шины устройства. Положительноенапряжение с конденсатора 31 поступает на вход усилителя 32, в результатечего на выходе инверсного усилителя15 14 формируется переменное напряжение,поступающее на обмотку магнитногопускателя (исполнительного органа15). Контакты магнитного пускателязамыкаются, электродвигатель подклю 20 чается к трехфазной сети и продолжает режим работы до возникновения какого-либо анормального режима, например симметричного короткого замыкания, характеризующегося тем, что25Х, =о;1 вр 1 оп.,г ,в положительную полуволну напряженияс выхода фильтра 5 через диод 25 изо .резистор 20 протекает ток Г зарядаконденсатора 31 (1 Кпщ 1 ПР) иподзаряжает конденсатор 31 положительно относительно общей шины устройства. Так как напряжение на выхо"35де фильтра 10 равно нулю ( 1Р, 0по условию анормального режима) равны нулю и токи 3 и 1 фПод действием отрицательной полуволны напряжения с выхода фильтра40 5 через диод 26, резистор 18 протекает ток 16 разряда конденсатора 30(1 ф1"дою ) 1 и р ), При этом конденсатор 30 перезаряжается отрицательно относительно общей шины устройства, что следует из условия симметричного короткого аамакания(1 пу 1 дол)Таким образом, на конденсаторе30 - отрицательное напряжение, а наконденсаторе 31 - положительное напряжение. Диод 27 открывается. Далееработа устройства для защиты происходит аналогично случаю технологической перегрузки. После устранениясимметричного короткого замыканияэлектродвигатель продолжает нормаль 5ный режим работы до появления какого-либо анормального режима, например перегрузки электродвигателя, выз20441 12 11 11ванной суммой симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей тока электродвигателя, ха.рактеризующейся тем, что:1 ,11 пр. с 1 доп. ,1опр. "доп 1 пр.в положительную полуволну напряженияс выхода фильтра через диод 25 ирезистор 20 протекает ток 13 зарядаконденсатора 31 (1=К пдпп 1)и подэаряжает конденсатор 31 положительно относительно общей шины устройства.,Одновременно под действием положительной полуволны напряжения с выхода фильтра 10 через диод 29, резистор 21 протекает ток 15 зарядаконденсатора 30(15-"МплоП. 1 овр 1 иподзаряжает конденсатор 30 положительно относительно общей шины устройства.Под действием отрицательной полу-волны напряжения с выхода фильтра 5через диод 26, резистор 18 протекаетток 16 разряда конденсатора 30(16 .К(1 пдоп 11 При этом конденсатор30 переэаряжается отрицательно относительно общей шины устройства, чтоследует из условия перегрузки. (пр.боер 1 Аоп,1 овр "аоп 1 пр лпр.с 1 доп.Под действием отрицательной полуволны напряжения с выхода фильтра 10через диод 28, резистор 22 протекает ток 1 разряда конденсатора 31(17 "1 "Аод 10 Бр.Ток 1 через резистор 24 равеннулю.При этом конденсатор 31. остаетсязаряженным положительно относительно общей шины устройства, что следу,ет из условия перегрузки: (1 оБр,ПдоП пр 1Таким образом, на конденсаторе30 - отрицательное напряжения, .а наконденсаторе 30 - отрицательное на,пряжение, а на конденсаторе 31 - по,ложительное напряжение и диод 27 открывается. Далее работа устройства.для защиты происходит аналогично случают технологической перегрузки.После устранения перегрузки, вызваннойсуммой симметричных составлякщих пря.мой и обратной последовательйостейтока электродвигателя, продолжаетсянормальный режим работы электродвигателя до появления какого-либо анормального режима, например витковыхзамыканий в статорной цепи электродвигателя, неполнофаэных режимов работы или повреждений роторных стержней,характеризующихся тем, что1 р с 1 доп.;, Г пдп 1 пр.,в положительную полуволну напряженияс выхода фильтра 5 через диод 25 и100 резистор 20 протекает ток 1 заряда5конденсатора 31(1-.Кпоп 1 пр) и под.заряжает конденсатор 31 положительноотносительно общей шины устройства.Одновременно под действием положительной полуволны напряжения с выходафильтра 10 через диод 29, резистор21 протекает ток 15 заряда конденсатоРа 30(15=1 потоп 1 оьр) и подзаРЯжает конденсатор 30 положительно отно 0 сительно общей шины устройства.Под действием отрицательной полуволны напряжения с выхода фильтра 5 ,через диод 26, резистор 18 протекаетток 16 разряда конденсатора 305(16 = К(. Идоп ) 1 пр) При этом койденсатор 30 остается заряженным положительно относительно общей шины уст.ройства, что следует иэ условия витковых замыканий 1 с 130пр. Аоп.1 опр.поп 1 пр Под действием отрицательной полу-,волны напряжения с выхода фильтра10 через диод 8, резистор 22 протез 5 кает ток 1 разряда конденсатора 31.Ток 1 п через резистор 24 равен нулю,При этом конденсатор 31 перезаряжается отрицательно относительно общейшины устройства. Это отрицательное40 напряжение поступает на вход усилителя 32, Далее работа устройства длязащиты происходит аналогично случаютехнологической перегрузки, Послеустранения витковых замыканий элект 45 родвигатель продолжает нормальныйрежим работы до появления какого-либо анормального режима, напримернесимметричного короткого замыкания"Аоп 1 пр1 пр1 Аоп1 пр. ф 1 овр. ) 1 оп,5Устройство для защиты работает аналогично случаю витковых замыканий,в статорной цепи электродвигателя,но срабатывает при этом гораздо быстрее.Ю,маоюУСФХЮВФЮ Закав 7755/4 ьи д дщ атеат, г.ужгороде ул.проехтиая 13 112044Таким образом, изобретение позво" ляет с большей чувствительностью и надежностью защитить трехфазный электродвигатель от анормальных режимов. Кроме того, схема устройства позволяет управлять исполнительным органом при использовании и других виКов защиты, если дополнительно ввести схему ИЛИ, подключенную между усилителем 32 и инверсным усилителем 14. 1 О 1 14Применение предлагаемого устройства для защиты трехфазного электродви. гателя от анормальных режимов по сравнению с известным позволяет повысить чувствительность с 0,8 до 1 и надежность защиты. Ориентировочный годовой технико - экономический эффект от использования одного предлагаемого устройства составляет 7,8 руб,