Устройство для защиты обмоток статора электродвигателя переменного тока от аварийных режимов

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических двигателей от перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы, применяемых в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности защиты электродвигателей переменного тока. Цель достигается тем, что устройство для защиты обмоток электрической 1^ашины от перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы содержит обмотку 1 в качестве датчика, трансформатор 2 тока, генератор 3 резонансной частоты. Новым в устройстве является использование обмотки 1 в качестве резонансного датчика, включение трансформатора 7, позволяющего ввести сигнал резонансной частоты в цегть обмотки 1 и одновременно исключить влияние силовой части на измерительные блоки и выделить чувствительный полезный сигнал для изменения состояния обмотки. 2 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 Н 7/08, 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .> «? () ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 )

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758000/07 (22) 15.11.89 (46) 23.02.92. Бюл. М 7 (71) Московский автомеханический институт (72) А.Ф. Данилова, О.В. Девочкин, Э.Н. Куфа и В.M. Безлепкин (53) 62 l.316.925(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1203627, кл. Н 02 Н 7/085, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1187234, кл, Н 02 Н 5/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1436175, кл. Н 02 Н 7/08. 1987. г (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ 06МОТ0К СТАТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА OT АВАРИЙНБ|Х

РЕЖИМОВ (57) Изобретение относится к электротехни.ке, в частности к защите электрических двиИзобретение относится к электротехнике, в частности кдиагностированию, контро-, . лю технического состояния и защите промышленных электрических машин переменного тока, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где применяются подобные машины, например в металлургии и станкостроении.

Целью изобретения является повышеwe быстродействия и надежности защиты электродвигателей переменного тока.

На фиг. 1,приведена структурно-функциональная схема устройства защиты обмоток статора электрической машины от,,5U„„1714743 А1 гателей от перегрева, межвиткового замыкания.и обрыва фазы, применяемых в различных отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение чувствител ьности и надежности защиты электродвигателей переменного тока. Цель достигается тем, что устройство для защиты обмоток электрической Машины от перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы содержит обмотку 1 в качестве датчика. трансформатор 2 тока, генератор 3 резонансной частоты. Новым в устройстве является использование обмотки 1 в качестве резонансного датчика, включение трансформатора 7, позволяющего ввести сигнал резонансной частоты в цепь обмотки 1 и одновременно исключить влияние силовой части на измерительные блоки и выделить чувствительный полезный сигнал для изменения состояния обмотки. 2 ил. перегрева, межвиткового замыкания и обрыва фазы; на фиг. 2 — резонансные характеристики двигателя при различных температурах.

Устройство защиты статорных обмоток электродвигателя содеркит обмотку защищаемого двигателя 1, в каждую фазу которого последовательно включены три вторичных низкоомных обмотки трансформатора 2 тока. Генератор 3 резонансной частоты через усилитель 4 и буферный каскад

5 подключен к первичной обмотке трансформатора 2 тока, связанной с элементом 6 выделения сигнала, выход которого соеди1

1714743

Поэтому в цепи обмотки статора на различных частотах возникают резонансы токов или напряжений. На резонансной характеристике электрической машины 1 Щ получают до 10 экстремумов. Использовать для целей защиты можно каждый из них, но 40 предпочтительно в целях повышения чувствительности выбрать экстремум с наиболее выраженным броском тока, частота которог по тексту обозначена квк резонансная.

1 Резонансная частота эл.машины, сня- 45 тая в номинальном режиме, значительно отличается от резонансной частоты той же эл.машины в аварийном режиме, так как при любой перегрузке происходит повышение,температуры обмоток, что приводит к 50 изменению проводимости проводников обмотоМ. диэлектрической проницаемости межвюковрй и др. видов изоляции. В связи с этим изменяются емкости обмоток элмашины и соответственно резонансная часто- 55 та. Если ввести фиксированную резонансную частоту, соответствующую номийельному режиму, то с изменением температуры полное сопротивление обмотки ремо увеличивается, ток в измерительной нен с одним из входов амплитудно-фазового детектора 7, второй вход которого подключен к генератору 3. Выход амплитудно-фазового детектора через пороговов устройство 8 и блок 9 защиты сое- 5 динен с исполнительным органом 10. устройство работает следующим образом.

Генератор 3, вырабатывающий синусоидальное напряжение, частота которого со- 10 ответствует одной . из собственных резонансных частот работающего двигателя, соединен последовательно через усилитель 4 и буферное устройство 5 с трансформатором 2 тока, позволяющим 15 ввести сигнал резонансной частоты в статорную обмотку защищаемого электродвигателя. Трехфазная система токов вторичных обмоток трансформатора промышленной частоты от работающего двига- 20 теля.не создает токов в первичной обмотке трансформатора и не наводит напряжение в элементе 6 выделения сигнала, одновременно выделяя большую часть мощности генератора резонансной. частоты в обмот- 25 ках двигателя.

Сопротивления обмотки эл.машины на промышленной частоте носят активно-индуктивный характер. При повышенных частотах до 10 Гц проявляет себя емкостное 30 сопротивление эл.машины, соизмеримое с индуктивным, за счет межвитковых емкостей, емкостей между соседними обмотками, между обмоткой и корпусом, и т.д. цепи уменьшается. Таким образом, защищаемая статорная обмотка одновременно служит датчиком изменения тока от температуры.

Например, для двигателей 4АА5082УЗ установлено, что резонансная характеристика имеет наибольшие резонансные экстремумы на частотах 4, 13 и 15 .кГц.

Наиболее ярко выраженный пик тока прихо-. дится на частоту 13 кГц. При нагреве двигателя до 115 С резонансная частота изменялась с 13 до 11,5 кГц. В эксперименте контрольные токи в обмотках статора Ip<> =

=10 мА. При фиксированной частоте fp<> изменение тока с изменением температуры обмотки двигателя от номинальной 75ОС до повышенной (но допустимой) 115 С составило 0,25! риаз, Чтобы с помощью ограниченного по мощности источника ввести сигнал резонансной частоты в статорную обмотку эл. машины предлагается включить низкоомную обмотку трансформатора тока последовательно с обмоткой an. машины сопротивлением Z>M и внутренним сопротивлением источника промышленной частоты Zc. Так как Z M» Z, то большая часть мощности источника резонансной частоты будет расходоваться на Z>M.

Только при этом условии можно получить в обмотке статора контролируемый ток на порядок выше всех возможных высокочастотных наводок. При изменении температуры Z>M увеличивается, контрольный ток в.статорной обмотке (датчике) и низкоомной обмотке трансформатора тока уменьшается, что приводит к умейьшению тока и в высокоомной обмотке трансформатора тока и-на элементе выделения сигнала.

Изменения тока на элементе выделения сигнала фиксируются измерительной частью электрической схемы и через пороговое устройство поступают на исполнительный орган, Чувствительным элементом датчика является изоляция, у которой контролируются изменения диэлектрической проницаемости непосредственно в зоне повышенной температуры, что способствует увеличению быстродействия и надежности, так как фиксируется локальное изменение температуры в отличие от интегрального изменения температуры обмотки при других видах защиты электрических машин. Это сохраняет качество изоляции и продлевает срок службы, так как изоляция является наиболее слабым звеном в активной части электрической машины.

Измерительная схема на резонансных частотах порядка 1О кГЦ практически без 1714743 инерционна и не может оказывать какоголибо влияния на быстродействие защиты.

Безопасность защиты обеспечивается за счет гальванической развязки силовой и измерительной частей, а также слаботочно- 5 сти измерительной цепи.. 8 случае выхода из строя какого-либо элемента измерительной схемы или замены предлагаемого устройства защиты, аварийной ситуации в работе контролируемой эл.машины не на- 10 ступает.

При перегреве, межвитковом замыкании в обрыве фазы за счет изменения резонансной частоты двигателя в элементе 6 выделения сигнала изменяется ток (напря- 15 жение), который подается на первый вход амплитудно-фазового детектора 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора 3. Разностный сигнал с выхода амплитудно-фазового детектора по- 20 ступает через пороговое устройство 8 на блок 9 защиты, который сигнализирует о неисправности и отключает работающий двигатель от сети.

На фиг. 2 приведены частотные характе- 25 ристики двигателя для двух значений температуры обмоток Т1 > Тг.

Экспериментальные испытания предлагаемого устройства для защиты обмоток электрических машин от перегрева, меж- 30 виткового замыкания и обрыва фазы показали. что по сравнению с известным— предлагаемое устройство за счет использования резонансных характеристик позволя. ет. повысить быстродействие устройства 35 защиты, не оказывая влияния на работу самого двигателя. Экономическая целесообразность применения изобретения определяется увеличением срока службы электродвигателей между капитальными ремонтами, уменьшением общего числа отказов электрооборудования за счет сохранения целостнрсти изоляциИ обмоток двигателя.

Формула изобретения

Устройство для защиты обмоток статс ра электродвигателя переменного тока от аварийных режимов, содержащее трансформатор тока, пороговый элемент, исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействия и надежности, трансформатор тока выполнен с тремя первичными обмотками, которые имеют клеммы для подключения в соответствующие,фазы статора электродвигателя, его вторичная обмотка через вновь введенный элемент выделения сигнала резонансной частоты подключена к выходам вновь введенного буферного каскада, к входу которого подключены последовательно соединенные вновь введенные генератор резонансной частоты и усилител, при этом выходы генератора резонансной частоты и элемента выделения сигнала резонансной частоты подключены к входам вновь. введенного амплитудного детектора, выход которого через последовательно соединенные пороговый элемент и вновь введенный блок защиты соединен с входом исполнительного органа.

1714743

Составитель К.Иилан

Редактор Т.Куркова Техред M.Ìððråíòàë Корректор O.Êóíäðèê, Заказ 701 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101