Способ защиты электрической машины от витковых замыканий и устройство для его осуществления

 

1. Способ защиты электрической машины от ВИТКОВЫХ замыканий, по которому измеряют параметры индукции магнитного поля рассеяния обмоток , сравнивают их с заданными значениями и в случае их отличия формируют сигнал запхиты, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления защиты от изменения чередования фаз, асимметрии напряжения падающей сети, короткого замшкания обмоток на корпус и при обрыве обмоток, в качестве измеряемого параметра используют фазу индукции относительно любой ТОЧКИ в плоскости, перпендикулярной оси магнитной сикйлетрии машины, и по результатам измерений строят топограмшу фазы в указанной плоскости . со ел оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН ц51) Н 02 Н 7 8

Ю

Ж

СЛ

CQ

Ю

4Р;

) )

Фиа. р (21) 3446798/24-07 (22) 03.06.82 (46) 30.05.84, Бюл. Р 20 (72) В,В.Бурлов, A.A.Ïÿñòîëîâ и A.Â.×àcòîâñêèé (71! Головной проектный институт гражданского строительства, планировки и застройки городов и поселков "Челябннскгражданпроект" и

Челябинский ордена Трудового Красного Знамени институт механизации и электрификации сельского хозяйства (53) 621.316.925(088.81 (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 678582, кл. Н 02 Н 7/08, 1977.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2994712/24-07, кл. Н 02 Н 7/08, 1976. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ ОТ BNTKOBbIX ЗАМЫКАНИИ И УСТР0АСТВ0 ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

„„SU„„0 А (57) 1. Способ защиты электрической машины от витковых замыканий, по которому измеряют параметры индукции магнитного поля рассеяния обмоток, сравнивают их с заданными значениями и в случае их отличия формируют сигнал защиты, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления защиты от изменения чередования фаз, асимметрии напряжения падающей сети, короткого замыкания обмоток на корпус и при обрыве обмоток, в качестве измеряемого параметра используют фазу индукции относительно любой точки в плоскости, перпендикулярной Е оси магнитной симметрии машины, H по результатам измерений строят топограмму фазы в указанной плоскости, 1095300

2. Устройство для защиты электрической машины от витковых замыканий, содержащее два преобразователя индукции магнитного поля рассеяния в электрический сигнал, исполнительный блок, выход которого включен в цепь коммутации питания электрической машины, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, исполнительный блок содержит преобразователь разности фаз в напряжение, :два предварительных усилителя и усилитель мощности, вход каждого из предварительных усилителей соединен с выходом соответствующего преобразователя индукции магнитного

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области релейной защиты и автоматики потребителей, и может быть использовано, например, для отключения электродвигателей при 5 асимметрии питающей сети, изменении чередования фаэ, при коротком замыкании обмоток íà корпус, при обрыве обмотки и витковых замыканиях.

Известен способ и устройство для защиты электрической машины от разрушения путем отключения от сети при возникновении витковых замыканий электрической машины, заключающийся в измерении амплитуды индукции магнитного поля рассеяния обмоток сравнения ее с заданной величиной и формированием сигнала защиты при превышении амплитуды индукции заданной величины, Магнитное поле рассеяния обмоток машины зависит от числа вит- 2О ков, силы тока в обмотке, конфигурации и взаимного расположения обмоток в пространстве. При витковом замыкании происходит изменение амплитуды индукции в определенной области пространства. Преобразователь индукции магнитного поля, помещенный в эту область, формирует на его выходе

ЭДС или ток, абсолютное значение которых сравнивают с заданным 3 13. М

Однако известный способ и устройство не обеспечивают защиту электрической машины от изменения чередования фаз асимметрии питающих напряжений, коротком замыкании обмоток на 35 корпус и при обрыве обмоток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спо соб защиты электрической машины от витковых замыканий, заключающийся щ в измерении.амплитуды индукции магнитполя рассеяния, а выходы предварительных усилителей подключены соответственно к входам преобразователя разности фаэ в напряжение, выход которого соединен с входом усилите ля мощности, 3, Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что предварительные усилители выполнены на транзисторах.

4. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь разности.фаэ содержит выпрямительный мост, транзисторный усилитель и фильтр нижних частот, соединенные последовательно. ного поля рассеяния обмоток электрической машины s нескольких точках пространства в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, cpasненни суммарной амплитуды с заданным значением и формировании сигнала защиты при превышении суммарной амплитуды заданного значения 2 .

Недостатком данного способа являются ограниченность функциональных возможностей, так как указанный способ не позволяет формировать сигнал защиты при возникновении таких нару» шений как изменение чередования фаз, асимметрия. напряжений питающей сети, короткое замыкание обмотки на корпус, обрыв обмотки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем осу ществления защиты от изменения чередования фазы, асимметрии напряжения питающей сети, короткого замыкания обмоток на корпус и при обрыве обмоток

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, lYQ которому измеряют параметры индукции. магнитного поля рассеяния обмоток, cpaa" нивают их с заданными значениями и в случае их отличия формируют сигнал защиты, в качестве измеряемого параметра используют фазу индукции относительно любой точки в плоскости, перпендикулярной оси магнитной симметрии машины, и по результатам измерений фазы строят топограмму фазы в укаэанной плоскости.

В устройстве для осуществления способа, содержащем два преобразователя индукции магнитного поля рассеяния в электрический сигнал, испол1095300 нительный блок, выход которого включен в цепь коммутации питания электрической машины, исполнительный блок содержит преобразователь разности фаз в напряжение, два предварительных усилителя и усилитель мощности, выход каждого из предварительных усилителей соединен с выходом соответствующего преобразователя индукции магнитного поля .рассе яния, а выходы предварительных усилителей подключены соответственно к входам преобразователя разности фаз в напряжение, выход которого соединен с входом усилителя мощности.

При этом предварительные усилители выполнены на транзисторах.

Преобразователь разности фаз .содержит выпрямительный мост, транзисторный усилитель и фильтр нижних частот, соединенные последовательно.

При возникновении таких нарушений как изменение чередования фаз, асимметрии питающей сети, коротком замыкании обмоток, обрыве обмоток, витковом замыкании в обмотках, а также при неправильном соединении катушечных групп топограмма фазы в плоскости, перпендикулярной оси магнитной симметрии машины, отличается от топограммы и нормальном режиме и при исправной машине.

При переменной нагрузке и пуске электрической машины не изменяется соотношение фазовых сдвигов в различных точках поля, топограмма фазы не изменяется, что исключает ложное формирование сигнала защиты.

На фиг.1 поивепена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 и 3 топограммы амплитуды и фазы индукции магнитного поля рассеяния асинхронного двигателя в плоскости, пер" пендикулярной его оси магнитной симметрии; на фиг.4 — временная диаграмма, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство для осуществления способа защиты содержит два преобразователя 1 и 2 индукции магнитно- го поля рассеяния обмоток (не показаны ), исполнительный блок 3, выход которого включен в цепь 4 коммутации питания. Исполнительный блок 3 содержит два усилителя-ограничителя, выполненные на транзисторах 5 и.6, базы которых подключены соответственно к преобразователям 1 и 2, а коллекторы — к соответствукнцим входам

7 и 8 преобразователя разности фаэ в напряжение 9, выход которого соединен с базой транзистора 10, на котором выполнен усилитель мощности, Преобразователь 9 разности фаз в напряжение содержит выпрямительный мост 11, выполненный на диодах 12 и 13 и резисторах 14 и 15, усилитель, представляющий собой транзистор 16, и фильтр 17 нижних частот. Входная диагональ выпрямительного моста 11 подключена между коллекторами транзисторов 5 и 6, а выходная диагональ

5 моста 11 подключена между базой и эмиттером транзистора 16, коллектор которого соединен с входом фильтра

17 нижних частот, выход которого, являющийся выходом устройства 9, подЩ ключен к базе транзистора 10. В цепь коллектора транзистора 10 включена обмотка 18 реле, размыкающий контакт 19 которого включен в цепь питания катушки 20 магнитного пускателя °

Делители, выполненные на резисторах 22-25 и конденсаторах 26 и 27, обеспечивают согласование входных цепей усилителей-ограничителей на транзисторах 5 и 6 с выходами датчиков 1 и 2. Резисторы 28 и 29 являются нагрузочными для транзисторов

5 и 6. Резисторы 14 и 15 выпрямительного моста 11 обеспечивают ограничение тока базы транзистора 16, Преобразователи 1 и 2 размещены в диаметрально противоположных точках А и Б на подшипниковом щите электродвигателя 21. Иэ характеристик, приведенных на фиг.2, видно, что

ЗО при аварии, заключающейся в обрыве одной из фаз питающей сети, топограмма амплитуды индукции магнитного поля рассеяния не изменяется.

Из характеристик, приведенных на

35 фиг 3, видно, что топограмма фазы индукции магнитного поля рассеяния изменяется как при обрыве фазы, так и при изменении чередования фаэ.

Экспериментальная топограмма фазы щ индукции при коротком замыкании обмоток не получена, так как нет аппаратуры для быстрой регистрации фазы в разных точках поля и возникает опасность разрушения двигателя.

45 При нормальном режиме работы фаза индукции магнитного поля рассеяния, воспринимаемая преобразователем 1 в тсчке А, отстает от фазы индукции магнитного поля рассеяния, воспринимаемой преобразователем 2 в точке Б, на 180

При обратном чередовании фаз питаккцей сети фаза индукции магнитного

1 поля в точке A опережает фазу индукции магнитного воля в точке Б на

55 210".

При обрыве фазы питающей сети фаза индукции магнитного поля в,точке

А опережает фазу индукции магнитного поля в точке Б на 70

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы питающей сети и отсутствии нарушений в самом электродвигателе разность

1095300

#pail щиы р — арыка <рию р

-- — }{Вриапбний ремом

Фиг, g фаэ индукции магнитного поля в точках A и Б, в которых установлены датчиКи 1 и 2, составляет 180 . Датчики 1 и 2 подключены к базам транзИсторов 5 и 6 такнм образом, что фазы сигналов, поступающих на базы

5 тру зисторов 5 и 6, совпадают (фиг.

4 м ю Ф - 1 На коллекторах транзисМ! i 1 2 торов 5 и 6 формирУются прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе и (фиг. 4 ь, 2. уЕ„- }поступающие на соответствующие вхорЮ 7 и 8 входной диагонали выпрямительного моста 11.

Ток в цепи базы транзистора 16 в этом режиме практически отсутствует, транзистор 16 заперт. На выходе фильтра f5

17 нижних частот напряжение равно нулю. Ток в цепи базы транзистора 10 близок к нулю, транзистор 10 заперт.

Обмотка 18 реле обесточена, контакт

19 реле замкнут, По катушке 20 магнитного пускателя протекает ток.

Электродвигатель 21 подключен к питающей сети.

B момент 1„ происходит, например, изменение чередования фаз. питающей сети. Разность фаз индукции магнитного поля в точках A и Б становится равной 210О, Появляется фазовый сдвиг сигналов на выходе датчиков

1 и 2 и усилителей-ограничителей на о транзисторах 5 и 6, равный 30 (фиг.

4 а - s после C ) . На выходной диагонали выпрямительного моста 11 появляется напряжение, иМеющее форму прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна фаэовому 35 сдвигу импульсов на выходе усилителей-ограничителей на транзисторах

5 и 6 (фиг.4 д, после tel, Э цепи коллектора транзистора 16 также появляются импульсы, длительность ко- 40 торых пропорциональна фаэовому сдвигу. Фильтр нижних частот сглаживает импульсы, преобразует их в постоянное напряжение (фиг.4 е, после

4g),пропорциональное длительности импульсов в цепи коллектора транзистора 16.Транзистор 10 открывается.

По обмотке 18 реле протекает ток.

При достижении определенного уровня напряжения на выходе фильтра 17 нижних частот реле срабатывает, размыкающий контакт 19 реле размыкается и разрывает цепь питания катушки 20 магнитного пускателя, электродвигатель 21 отключается от сети.

Постоянная времени фильтра 17 нижних частот определяет задержку срабатывания реле.

Применение предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяет расширить функциональные возможности защиты. При этом устрой/ ство позволяет защитить как статические, так н вращающиеся машины, как генераторы,,так и двигатели, как синхронные, так и асинхронные машины любой мощности, питаемые от трех и более фаз питающей сети, при потере фазы питающей сети, при обрыве обмоткИ электрической машины, при соединении обмоток как в звезду, так и в треугольник, при изменении чередования фаз питающей сети, при коротком замыкании между витками или. на корпус, при несимметрии питающих напряжений. Датчики индукции магнитного поля рассеяния обмоток могут быть расположены как внутри, так и снаружи корпуса электрической машины, могут не контактировать с корпусом защищаемой машины, что особенно важно при защите аппаратов с большим потенциалом. кроме того, устройства защиты имеют относительно малые габариты и вес по сравнению, например, с применяемыми трансформаторами.

У, 360

9У

Р грИ

О И6ИО 120ттгтагт00ЛОМО

60рптяое цередобанце джаз азы/ Фазы — — нвркааьный режим

Раг. я а) фиг. Ф

Составитель В,Орлов

Редактор A.Ãóëüêo Техред М.Надь Корректор И.Шулла

Закаэ 3685/37 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4