Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ.ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ ПУСКЕ, содержащее датчик тока, выпрямитель , пороговый элемент и импульсное реле.времени, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по механической или электрической причи. не , в него дополнительно введены второе импульсное релв. времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, элемент ПАМЯТЬ, элемент И и замыкакмций блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход порогового элемента подключен к блокирующему входу элемента ;11АМЯТЬ, выход которого соединен с |элемен ом И, а блок-контакт выключателя соединен с объединенными входами обоих импульсных реле вреW мени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элес мента ПАМЯТЬ, а выход другого - к элементу И.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) 4(s)) Н 02 Н 7/08

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛ6СТВУ (Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

:(21 ) 3677313/24-07 (22 ) 22. 12.83 (46) 23. 02.85. Бюл, Ф 7 (,72 ) В, B. Бурыкин, Л.В. Ковязин, Г.M.Ïàâëoâ и В.А.Савельев (71 ) Ивановский ордена "Знак Поче- .

:та" энергетический институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок. Изд, 2-ое, перераб. и доп. М., "Недра", 1978- с. 349.

2, Авторское свидетельство СССР

1Ф 210935, кл. Н 02 Н 7/09, 1965. (54}(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ ПУСКЕ, содержащее датчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и импульсное реле времени, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что., с целью повышения быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по механической или электрической причи.— не, в него дополнительно введены второе импульсное реле. времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, элемент ПАМЯТЬ, элемент

И и замыкающий блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход порогового элемента подключен к блокирующему входу элемента

ПАМЯТЬ, выход которого соединен с элементом И, а блок-контакт выключателя соединен с объединенными входами обоих импульсных реле вре.мени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элемента ПАМЯТЬ, а выход другого — к элементу И.

1141502

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть исполь зовано для защиты электродвигателей переменного тока от перегрузки при неуспешном пуске из-за приводимого механизма, заклинивания подшипников или приводимого механизма, задевания.,ротора о статор, примерзания Механизма (например, водяного насоса), завала механизма (например, из-за завала топливом дробилок и мельниц системы топливоприготовления электростанций),из-за обрыва фазы, при глубоких присадках напряжения на питающих шинах, при внут- 15 ренних коротких замыканиях и в других случаях, когда при включении двигателя в работу он не разворачивается.

Для отключения электродвигателя в перечисленных ситуациях используотся фильтровые защиты обратной последовательности (11, Однако они реагируют только на обрыв фазы и несимметричные короткие замыкания.

Известна максимальная токовая защита, содержащая датчик тока, реле тока и реле времени, предпочтительно с зависимой выдержкой време1ж (2).

Известная защита охватывает все перечисленные повреждения, однако действует со значительной выдержкой времени, что часто приводит к развитию аварии из-за черезмерного,. З5 нагрева обмоток статора и ротора пусковыми токами.

Цель изобретения — повышение быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по ме- 4О ханнческой или электрической причине, Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик тока, выпрямитель, порого- .45 вый элемент и импульсное реле времеви, дополнительно введены второе импульсное реле времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, логический элемент 50

lIAMHTh, элемент И и" замыкающий блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход по- 55 рогового элемента подключен к блокирующему входу элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с элементом

И, а блок-контакт выключателя связан с объединенными входами обоих импульсных реле времени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элемента ПАМЯТЬ, выход другого — к элементу И.

На,фиг.! изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — характерная кривая изменения пускового тока мощного электродвигателя (огибающая кривая) при успешном пуске; на фиг,3 — то же, при неуспешном пуске (двигатель заторможен ).

Устройство содержит датчик тока, полосовой фильтр 2 инфранизкой частоты, выпрямитель 3, пороговый элемент 4, блок-контакт 5,выключателя двигателя, импульсное реле 6 времени, логический элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим а и блокирующим b входами, импульсное реле 8 времени и логический элемент И 9. Элементы 14 соединены последовательно, причем выход порогового элемента 4 подключен к блокирующему входу Ь элемен-. та ПАМЯТЬ 7. Ьлок-контакт 5 запус-. кает оба импульсных реле 6 и 8 време« ни» например» путем подачи "ппюса" от шин питания. Выход реле 6 времени соединен с запускающим входом а элемента ПАМЯТЬ 7, Выходы элемента

ПАМЯТЬ 7 и реле 8 времени объединены через элемент И 9.

Датчик тока служит для преобразования тока статора защищаемого электродвигателя .в пропорциональное ему напряжение и может быть выполнен, например, в виде шунта, трансреактора, специального измерительного преобразователя и т.п. Полосо« вой пропускающий фильтр 2 инфранизкой частоты служит Для выделения составляющей инфранизкой частоты (несколько Герц) в токе статора двигателя и отстроен, с одной стороны, от апериодической составля|ощей тока статора.и, с другой стороны, от тока промышленной частоты (50 Гц), Наиболее успешно справляются с этой задачей активные

R-С-фильтры. Выпрямитель 3 выпрямляет переменное напряжение инфранизкой частоты на выходе фильтра 2, Сигнал на выходе порогового элемента (компаратора) 4 появляется, если выходной сигнал превышает некоторый заданный уровень. Поро1141502

Принцип действия . защиты основан " на выделении и фиксации факта налиговый элемент служит для исключения влияния небаланса фильтра 2, который возникает, например, из-за того, что любой реальный фильтр не;может полностью подавить апериопическую составляющую и ее "остатки" проходят на выход фильтра. Блок-контакт

5 выключателя двигателя замыкается спустя интервал времени после включения выключателя двигателя и.осу- 1п .ществляет запуск импульсных реле 6 и

8 времени, Сигналы на выходах реле

6 и 8 времени в виде кратковременных однократных импульсов появляются спустя выдержки времени t< и соответственно. Реле времени могут быть построены на различных принципах, например на принципе зарядаразряда . — R-С-контуров, на принципе подсчета числа тактовых импульсов 2О тактового генератора, на основе электромагнитного реле времени с проскальзывающими контактами и т.п.Элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим входом а, на который подан сигнал х с выхода реле б времени, и бло° кирующим входом Ь, на который подан .сигнал х4 с выхода порогового элемента 4, Сигнал х 7 на выходе элемента

ПАМЯТЬ 7 появляется при наличии хотя бы кратковременного сигнала на запускающем входе (х„. =1 ) и отсутствии сигнала на блокирующем входе (х = О, х = 1 ) . Это состояние сохраняется как угодно долго до момента появления сигнала на блокируI

I ющем входе (х =1, х = О ), после

I чего сигнал на выходе элемента ! ПАМЯТЬ исчезает (х = 0) и это новое состояние сохраняется. При одновре-. О . менном наличии сигналов на обоих входах (хе = 1; х = ; х = О) на выВ ходе сигнал отсутствует (х = О), В исходном положении (при подаче напряжения питания на элемент

ПИИТЬ и отсутствии обоих входных сигналов) состояние элемента ПАМЯТЬ произвольно, т,е, выходной сигнал х > равновероятно может появиться или не появиться. Реализация элемента

ПАМЯТЬ 7 возможна на различного рода триггерах. Сигнал на выходе логического элемента И 9 появляется только при одновременном наличии -сигналов на обоих его входах. чия или отсутствия в пусковом токе двигателя . составляющей инфранизкой частоты. Наличие в пусковом токе асинхронного и синхронного двигателей затухающей составляющей инфраиизкой частоты при успешном пуске подтверждается данными на фиг. 2. Физически наличие составляющей инфракрасной частоты обусловлено существованием в начальный момент пуска. апериодической слагаемой в токе ротора. При успешном пуске разворачивающий двигатель упо.добляется ускоряющемуся генератору, у которого в качестве тока возбуждения выступает апериодическая слагаемая тока ротора, а частота генерируемых колебаний увеличивается пропорционально скорости вращения двигателя. Амплитуда низкочастотных ко» лебаний сначала возрастает от О (при t = О ротор не подвижен и вращающегося магнитного поля ротора нет) до .некоторого максимального значения (хотя апериодическая составляющая ротора затухает, но поскольку ротор ускоряется, то в обмотке статора наводится большая

ЭДС, которая пропорциональна скорости вращения). После наступления максимума амплитуда низкочастотных колебаний затухает до О. Уровень тока инфранизкой частоты и продолжительность существования этого тока достаточна для того, чтобы выявитьфакт появления составляющей инфранизкой частоты в токе статора при пуске.

Если двигатель по любой причине не разворачивается, то в токе статора может существовать только периодическая (50 Гц}.и апериодпческая составляющие, а составляющая инфра-, низкой частоты отсутствует (фиг.З ).

Таким образом, факт наличия или отсутствия в пусковом токе двигателя в начальный момент составлчющей инфранизкой частоты слу ит качественным признаком успешного или неуспешного пуска соответственно.

Устройство работает след-,вщим образом.

При успешном пуске .на выходе полосового филь ра 2 инфранизкой частоты появляется сигнал-х

\ (фиг. 2), Настроила фипьтра в полнена таким образом, что он подавляет периодическую составляющую 50 Гц

1141502 и алериодическую составляющую тока статора, которые присутствуют в пусковом токе как исправного, так и поврежденного (заторможенного ) двигателя, а инфранизкая частота (единицы Герц), свободно проходит на выход фильтра.. На кривую изменения выходного сигнала х> выпрямителя 3 наложен уровень срабатывания (х

1О порогового элемента 4. Последний необходим для отстпойки от возможного небаланса на выходе фильтра 2.

Блок-контакт 5 выключателя защищаемого двигателя замыкается спустя интервал времени t и запускает реле

6 и 8 времени, Импульсные сигналы х и х на выходах реле 6 и 8 времени появляются спустя выдержки времени t< и Сэ соответственно.

Причем, при успешном пуске двигателя возможны два случая (фиг.2)..

В первом случае сигнал х появляется одновременно с сигналом х4, т.е. на обоих входах элемента ПАМЯТЬ появляются сигналы что приводит к

l исчезновению выходного сигнала х (если по какой-то причине в предшествующий момент времени на выходе элемента ПАМЯТЬ сохраняется сигнал).

Далее элемент ПАМЯТЬ сохраняет это 30 состояние (х = О), что обеспечивает несрабатывание выходного элемента И 9 при успешном пуске. Второй случай, который может иметь место при успешном пуске, наблюдается тогда, когда импульсный сигнал на выходе реле 6 времени появляется в момент. отсутствия сигнала х1. На фиг.2 эта ситуация условно иллюстI рируется положением импульса х 40 (пунктир), т.е. импульс х поступает н .тот момент, когда мгйовенное значение напряжения на выходе фильтра равно нулю или близко к переходу через нуль, и пороговый элемент .не срабатывает (хц = О). При таком

I сочетании сигналов (x4 = О, хь =1)

1 на выходе элемента ПАМЯТЬ 7 появляt ется сигнал х =1 на фиг.2 пока— зан пунктиром). Однако как только 50 мгновенное значение напряжения на . выходе фильтра превысит порог срабатывания х порогового элемента 4, на блокирующем входе элемента ПАМЯТЬ появится сигнал, что приведет к ис1 чезновению выходного сигнала х Выдержка времени t< реле 8 времени выбирается достаточной для того, чтобы к моменту появления импульса хз сигнал х, на выходе элемента

ПАМЯТЬ. 7 в описанной ситуации исчез, т.е. выдержка времени t должна превышать выдержку t6 на время,за которое мгновенное значение сигнала х снизится от х „ до О и вновь возрастет до хд,р,„ (фиг. 2 ) .

Таким образом, при успешном пуске двигателя сигналы на входах логического элемента И могут появиться только неодновременно, и защита не срабатывает (фиг.2 ), При неуспешном пуске по любой причине ток статора не содержит составляющей инфранизкой частоты и сигналы на выходах элементов 2-4 в ицеале отсутствуют (фиг.З). При срабатывании реле б времени на запускающий вход элемента ПАМЯТЬ 7 поступает. импульс х6, что обуславлива ет появление сигнала х (если по какой-то причине сигнал х су-. ществовал и до момента поступления импульса х, то состояние элемента ПАМЯТЬ не изменится), При последующем срабатывании реле 8 времени на второй вход элемента И 9 поступает импульс х, что приводит.к срабатыванию защиты. Таким образом, ри идеальном подавлении фильтром 2 апериодической составляющей в токе статора защита обеспечивает отключение электродвигателя при неуспешном пуске, Реальный фильтр пропус-, кает на выход "остатки" апериодической слагающей, что может восприниматься -устройством как наличие инфранизкой частоты в токе, статора, и в итоге приведет к отказу защить) при неуспешном пуске.Для предупреждения отказа защиты в этом случае в устройство дополнительно введен .пороговый элемент 4 с порогом срабатывания х .Однако черезмерно высокий уровень порога срабатывания х ®,может привести к загрублению защиты и, как следствие, к ложному ! ее срабатыванию при успешном пуске двигателя. Поэтому в предлагаемое устройство введено реле 6 времени с выдержкой t1,. Выдержка времени и уровень порога срабатывания .: х р„, порогового элемента 4 выбираются совместно таким образом, чтобы х,„0 бып заведомо меньше амплитудного значения тока инфранизкой частоты при успешном пуске после пос1141502

ВЩЩПБ Заказ 508 41 . Типаж 620 Подписное

ППП Патент, r, Ужгород, ул.Проектная,4 тупления импульса х, на запускаюЩий вход элемента ЩВИХЬ 7. С другой стороны, уровень порога срабатывания х должен быть больше небаланса на выходе фильтра 2 при неуспешном пуске в момент поступления импульса х . Таким образом, благодаря применению порогового элемента 4 и реле 6 времени и совместному выбору (координации ) их уставок (t< и x»g) уровень порога срабатывания может быть принят меньшим. При этом достигается повышение надежности функционирования защиты, т.е. обеспечивается четкое ее срабатывание 35 при неуспешном пуске.и исключается ее ложное действие при успешном пуске.

Устройство может быть выполнено на различных известных элементных 20 базах (полупроводниковые приборы, логические н линейные интегральные микросхемы, магнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса ипи электромеханические реле ). 25

По сравнению с известными устройствами (фильтровые защиты, максимальные токовые защиты) предлагаемое техническое решение отличается более высоким быстродействием и способностью осуществлять защиту электродвигателей от неуспешного пуска по любой причине механического или электрического характера, т.е. расширением функциональных возможностей.

Экономический эффект от применения предлагаемого. устройства заключается прежде всего в уменьшении затрат на восстановительный ремонт электродвигателей за счет более бы строго его отключения и сокращения масштаба разрушения, а также эа счет увеличения срока службы электродвигателя.

Изобретение может быть использовано для защиты крупных электродвигателей различных отраслей промышленности: металлургической, химиче ской, энергетической, топливной и др °