Способ защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления
Использование: в области электротехники позволяет уменьшить массу и габариты защиты электродвигателя. Сущность изобретения: новым является режим операций , в частности измерение сигнала тока на 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 11 и асинхронного 8 триггеров, счетчика 15, логического элемента НЕ 16, двух дифференцирующих цепочек 12 и 17 и реле времени 18 позволяет уменьшить массу и габариты устройства для защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил, /-} Асинхронмш I двигатем ел с
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1817185 Al (! 9у ((! ) (st)s Н 02 Н 7/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
4 иа2
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899303/07 (22) 08.01.91 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков и А.Г.Лохматов (56) Авторское свидетельство СССР
N. 658649, кл. Н 02 Н 7/09, 1968, Авторское свидетельство СССР
1Ф 1394321, кл, Н 02 Н 7/08, 1985. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВА ФАЗЫ
АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ(57) Использование: в области электротехники позволяет уменьшить массу и габариты защиты электродвигателя. Сущность изобретения. новым является режим операций, в частности измерение сигнала тока на 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 дифференцирующих цепочек 12 и 17 и реле времени
18 позволяет уменьшить массу и габариты устройства для защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя, 1 з.п. ф-лы, 5 ил, 1
1817185
40 тельный орган 13 с управляющим входом 45 силового выключателя 5.
Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использоВВНо 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,3 — 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 S-входу асинхронного триггера 8, R-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 l u
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.3 приведена эквивалентная схема замещения включения нагрузки (двигателя) при питании от трехфазного автономного инвертора напряжения, где 2, Z, Zc — 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 устройства на фиг,2, 5
На фиг.4 и фиг.5 используются следующие обозначения:
1,1" — соответственно, сигнал тока на входе инвертора и значения минимальной токовой уставки; Бт — выходной сигнал компаратора 7; 0з, 0в-> — выходные сигналы асинхронного триггера 8; U 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 -входом и через логический элемент НЕ 16 -- с К-входом синхронного триггера 11, выход которого через первую дифференцирующую цепочку 12 подключен к S-входу асинхронного триггера 8 и R-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 R-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 Uiq. х контролируют моменты времени коммутации фазных токов инвертора. При отсутствии обрыва фазы асинхронного двигателя, 1817185 5 6 . входной ток инвертора 1 характеризуется компараторе 7 с заданным минимальным формой (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 ниже заданного мизначение уставки 1* компаратор 7 (напри-.; нимального зйачения в предкбммутационмер, выполненный в виде двухуровневого ный интервал времени (в интервале между компаратора напряжения) формирует на:: соседними коммутациями в инверторе}, что своем выходе сигнал От, равный лог,О. При 10 определяет обрыв фазы, после чего через :этом на первом выходе асинхронного триг- дифференциальную цепочку 12 и исполнигера.8 устанавливается сигнал Оз-t, равный: тельный орган 13 снимают напряжение с лог.".1" (на атором выходе триггера 8 форми-:: электродвигателя (посредством силового ": руется инверсный сигнал Us-1). 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 1р системы управле-:: работает следующим образомпосредством ния инвертором 10 синхронный триггер 11 .,силового выключателя 5 подается сетевое . устанавливается выходным сигналом в:- : напряжение на вход управляемого выпря лог.1. При отсутствии обрыва фазы триггер " мителя 4, выходное напряжение которого 11 находится постоянно с выходным сигна- 20 сглаживается силовйм фильтром 3. Посредлом лог.1, при этом исполнительный орган: ством управляемого выпрямителя 4 и авто13.обеспечивает включенные состояния си-..: номного инвертора напряжения 2 лового выключателя 5 и преобразователя ..регулйруются, соответствейно,амплитуда и частоты 1 в целом.::::;::, ::::-: частота выходного напряженйя преобразоВ режиме обрыва одной из фаз асинх.-. 25 вателя частоты. 1, йитающего асинхронный ронногодвигателя входнойток.1 инвертора:.- электродвигатель, Датчик тока 6 измеряет 2 изменяет своюформу;.а именносодержит -: ток. 1, на входе автономного инвертора 2, . длительностью П/3- интервалы, характери- :который выпрямляется посредством схемы зуемые:нулевым значением. тока; Напри-::: .. вйпрямления.14 и выпрямленное значение мер, при обрыве фазы С двйгателя на двух 30, сравнйвается с заданйым минимальным межкоммутационных интервалах, для кото- : : значением 1* на входах компаратора 7, Дирых справедлива эквивалентаня схема . аграммы работы элементов предложенного включения 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 од мотки Zq =. ), При поступлении с выхода 35 HoM èç своих выходов сигналы управления системы управления инвертором 10 сигнала .:силовыми ключами инвертора 2, а на другом Ою через элемент задержки 9 íà R-вход::.— импульсный сигнал U>oчастотой 6f(ãäå f асинхронного триггера 8; выходной сигнал ... выходная частота инвертора 2), поступаюU8-> триггера 8 устанавливается равным:: —: щий на С-входы счетчика 15 и синхронного лог."О". На интервале П/3, в котором при- 40 триггера 11. сутствуетнулевоезначениетока1,компара-.:, . -- . При отсутствии обрыва фазы асинхронтор 7 формирует сигнал U7 равный лог,"1".:: ного двигателя входной ток инвертора 1 При этом триггер 8 до очередной коммута-:: имеет форму, при которой в каждом длиции находится с выходным сигналом Оз-1 - тельностью П/3 — интервала между сосед- равным лог.О. При очередной коммутации:45 нимикоммутациямиприсутствуютзначения по изменению фронта из логЛ в лог.0 сигна- амплитуд тока, превышающие заданное ми- - .. ла 0ю системы 10, синхронный триггер 11 .: нимальное значение 1*, При превышении формирует на выходе сигнал U 11, равнйй током(выпрямленным значением !) величилог, "О", При этом через дифференцирую- . ны уставки 1*, компаратор 7 формирует на щую цепь 12 и исполнительный орган 13 50 своем выходе сигнал От, равный лог.1, а отключается силовой выключатель 5 и через: -. логический элемент НЕ 16 — сигнал лог.0, преобразователь частоты 1 снимается на-: поступающие на и К-входы синхронного пряжение с асинхронного двигателя, Эле- . триггера 11, мент задержки 9 осуществляет разнесение Как известно, в автономном инверторе во времени (на 0,1 — 1 мкс) фронтов сигналов 55 напряжения, нагруженном на асинхронный U>o и Оз-1 на выходах синхронного трйггера - двигатель, предкоммутационное значение 11 для исключения сбоев. этого триггера (из- - . входного тока инвертора имеет наибольза "гонки" фронтов), Таким образом, по- шуювеличинунаинтервалемеждусоседнисредством датчика 6 измеряют сигнал тока " ми коммутациями(вследствие индуктивного 1 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 S-вход асинхронного преобразователь частоты 1, снимая напрятриггера 8 и R-вход счетчика 15 поступает жение с электродвигателя. Реле времени 18 10 сигнал лог.1. С приходом каждого фронта предназначено для исключения ложной раизменения сигнала U>o 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 R-вход триггера 8 поступает узкий обрыв фазы электродвигателя; Схема высигнал лог.О, триггер 8 устанавливается вы- . прямления 14служитдля формирования одходным сигналом Оз в лог.1. При этом через " нополярного сигнала; пропорционального реле времени 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 тормозном стояние выключателя 5 и преобразователя: : режимах работы двигателя, ".частоты 1 в целом, .::.:.-.. -.:--:;::,, Предлагаемое техническое решение по 25 способу обеспечивает. уйрощение способа В режйме обрыва одной из. фаз асйнхронного двигателя входной ток инвертора 2 изменяет свою форму, а именно содержит защиты от обрыва фазы асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя часдлительностыоП/3 — интервалы,характери- тоты на основе автономного инвертора зуемые нулевым значением тока (в частно-: напряжения. Упрощение способа достигну30 то за счет сокращения количества операций сти, в предкоммутационные в инверторе измерения токов до одной (вместо трех one-. моменты времени на двух длительностью П/3 — интервалах в периоде выходной час-:: раций в способе-прототипе). Это сокращает тоты), Наличие нулевыхучастков во входном - количество сложных в"технической реализатоке инвертора при обрыве фазы объяснено ции узлов, а именно гальванических развя35 элемента НЕ 1б формируются сигналы лог.О 40 жение массы и габаритов достигнуто за счет и лог,1, соответственно. По изменению фронта йз лог.1 в лог.О сигйала U >o, синхронсокращения количества датчиков тока (с трех до одного), С учетом завышенной устаный триггер 11 устанавливается в состояние с выходным сигналом лог.0, через новленной мощности токовых трансформаторов, используемых в устройстве-прототипе в дифференцирующую цепочку 12 триггер 8 45 качестве датчиков тока, в предложенном устустанавливается в состояние с выходным - ройстве достигается уменьшение габаритов и сигналом 0з, равным лог,О, а счетчик 15 по массы в 2 — 3 раза. R-входуустанавливается вначальноесосто- ; Ф о р м ул а и з о б р е те н и я яние. На остальных четырех участках пери- 1, Способ защиты от обрыва фазы асинода, характеризуемых превышением 50 хронного электродвигателя, питаемого от входноготока1инвертора2надуставкой1* преобразователя частоты на основе автов предкоммутационные моменты. времени, номного инвертора напряжения, заключаюсостояние выходных сигналов компаратора щийся в том, что измеряют ток на входе 7, 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 U 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 массы 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 шийся тем, что, с целью расширения области применения, в процессе сравнения сигналов фиксируют моменты времени ком1817185 10 мутации фазных токов инвертора и фиксируют снижение сигнала тока ниже заданного минимального значения в предкоммутационный интервал времени, что определяет обрыв фазы, после чего сни- 5 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- 15 ключения своим входом к входу автономногоинвертора,отличающееся тем,что, с целью расширения области применения, в него введены синхронный и асинхронный 20 триггеры, счетчик, логический элемент НЕ, две дифференцирующие цепочки и реле времени, при этом компаратор соединен выходом непосредственно с 1-входом и через логический элемент НŠ— с Р-входом синхронного триггера, выход которогО через первую дифференцирующую цепочку подключен к S-входу асинхронного триггера и R-входу счетчика, соединенного своим Свходом 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 R-входу асинхронного триггера, подсоединенного своим выходом через реле времени к входу исполнительного органа. 1817185 ф/5 2))/ä з(r)7Ç ()(з1) Щ (yr2)< 010 Составитель А,Волков Техред М,Моргентал Корректор М.Куль Редактор Н.Козлова Заказ 1728 Тираж Подписное BHVlNllVI Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 70 Â-7 Vyz Llyg ///s и (м)Т(м) i (//тсупк3уяп ревами цфцфг ЩЦы ь/1 Т> — " и (пв)7З (пей) l (пт 2) — ) -,апзазп) айрыйа ())азпз Маг.5
