Устройство релейной защиты асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в релейной защите и автоматике асинхронных электродвигателей. В устройство релейной защиты асинхронного электродвигателя введены активный полосовой частотный фильтр для выделения основной гармоники вторичных токов фаз асинхронного электродвигателя и счетчик, пересчитывающий частоту питающей сети 50 Гц в частоту 1 Гц, по сигналу которого в микроконтроллере обеспечивается определение допустимого времени работы от момента появления перегрузки до остановки электродвигателя в зависимости от кратности отношения фазного и номинального токов. В результате повышается точность в работе и эффективность использования устройства защиты в нестационарных режимах. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и автоматике асинхронных электродвигателей.

Известно устройство релейной защиты электроустановки, содержащее линейные преобразователи тока и управляющую ЭВМ (см. Авторское свидетельство СССР N 947938, кл. H 02 H 7/00, 1982).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что оно не позволяет получить требуемую точность контроля параметров защищаемого объекта при высоком быстродействии защиты, что ограничивает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство релейной защиты асинхронного электродвигателя, содержащее датчики тока, коммутатор, блок преобразования тока в напряжение, микроконтроллер, блок выбора режимов, работы и управления, блок управления электродвигателем, блок индикации, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный (см. А. Е. Немировский, А. В. Булычев, Н. Д. Поздеев. Адаптивное устройство токовой защиты асинхронного электродвигателя // Техника в сельском хозяйстве, 1998, N 6, с. 21-22), принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что оно имеет низкую точность при наличии в токе статора электродвигателя апериодических и высших гармонических составляющих, что может приводить к неправильным действиям защиты.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы повысить точность определения фазных токов электродвигателя в нестационарных режимах, что позволяет исключить неправильные действия защиты.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения - это повышение точности работы защиты и расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем три датчика тока, коммутатор, блок преобразования тока в напряжение, микроконтроллер, блок выбора режимов работы и управления, блок управления электродвигателем, блок индикации, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, дополнительно снабжено активным полосовым частотным фильтром и счетчиком, при этом датчики тока подключены к соответствующим трем первым входам коммутатора, вход трансформатора напряжения соединен с одной фазой электрической сети, выход трансформатора напряжения соединен с входом блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, выход блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный соединен с четвертым входом коммутатора, выход блока преобразования тока в напряжение соединен с информационным входом микроконтроллера, первый выход микроконтроллера соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход микроконтроллера соединен с входом блока управления электродвигателем, выход блока управления электродвигателем соединен с управляющим входом выключателя, третий выход микроконтроллера соединен с блоком индикации, блок выбора режимов работы и управления соединен с управляющим входом микроконтроллера, вход фильтра подключен к первому выходу коммутатора, а выход фильтра соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, вход счетчика присоединен к выходу блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, а выход счетчика присоединен к входу внешних прерываний микроконтроллера, второй выход коммутатора соединен с информационным входом микроконтроллера.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые блоки со своими связями, позволяющими повысить точность определения фазных токов электродвигателя и дополнить устройство защитой асинхронного электродвигателя от перегрузки и заклинивания ротора.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

При проведении дополнительного поиска известных решений не были выявлены признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого устройства. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "Изобретательный уровень".

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для релейной защиты асинхронного электродвигателя.

Устройство защиты содержит датчики тока 1, коммутатор 2, активный полосовой частотный фильтр 3, блок преобразования тока в напряжение 4, микроконтроллер 5, блок выбора режимов работы и управления 6, блок управления электродвигателем 7, блок индикации 8, трансформатор напряжения 9, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный 10, счетчик 11 и выключатель 12.

Устройство для релейной защиты работает следующим образом.

При первом пуске электродвигателя в блоке выбора режимов работы и управления 6 устанавливается наладочный режим. После нажатия кнопки "Пуск", относящейся к этому же блоку, микроконтроллер 5 определяет значение полупериода питающей сети, подключая через коммутатор 2 к информационному входу выходной сигнал трансформатора напряжения 9, преобразованный из синусоидального сигнала в однополярный прямоугольный в блоке 10. Затем микроконтроллер 5 посредством блока управления электродвигателем 7 через выключатель 12 подает трехфазное напряжение на электродвигатель и определяет пусковой ток электродвигателя, на основании которого вычисляет ток срабатывания отсечки. Входными сигналами устройства защиты служат вторичные токи фаз, снимаемые с датчиков тока 1. По очереди с каждой фазы они через коммутатор 2, управляемый микроконтроллером 5, через активный полосовой частотный фильтр 3, выделяющий основную гармонику, поступают в блок преобразования тока в напряжение 4, с выхода которого поступают на информационный вход микроконтроллера 5. Преобразование выполнено из-за того, что микроконтроллер работает только с потенциальными сигналами. При отсутствии сигнала хотя бы с одной фазы электродвигатель останавливается, и в блок индикации 8 микроконтроллер выводит соответствующий сигнал. Режим "Работа" устанавливается в блоке выбора режимов работы и управления 6 и является основным. В этом режиме, помимо защиты от обрыва фазы и токовой отсечки, активизированы защиты от заклинивания ротора и перегрузки. Срабатывание первой приведет к остановке электродвигателя и соответствующей индикации в блоке 8 в случае наличия в фазных обмотках электродвигателя пускового тока в течение промежутка времени, большего заранее заданной величины. Защита от перегрузки сработает в случае, когда фазный ток превысит номинальное значение. При этом допустимое время работы от момента появления перегрузки до остановки электродвигателя определяется микроконтроллером 5 в зависимости от кратности отношения фазного и номинального токов. Для отсчета времени микроконтроллер 5 использует сигнал прерывания, поступающий с выхода счетчика 11, который пересчитывает частоту 50 Гц сигнала из блока 10 преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный в частоту 1 Гц. Остановка электродвигателя происходит при нажатии на кнопку "Стоп", относящуюся к блоку выбора режимов работы и управления 6.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий: - средство, воплощающее заявленное устройство, предназначено для использования в промышленности и в сельском хозяйстве, а именно в электротехнике, - для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов, - преимущество изобретения состоит в том, что возможность реализации дополнительных видов защит при повышении точности работы защит повышает эффективность использования устройства релейной защиты в нестационарных режимах.

Формула изобретения

Устройство релейной защиты асинхронного электродвигателя, содержащее три датчика тока, коммутатор, блок преобразования тока в напряжение, микроконтроллер, блок выбора режимов работы и управления, блок управления электродвигателем, блок индикации, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, при этом датчики тока подключены к соответствующим трем первым входам коммутатора, вход трансформатора напряжения соединен с одной фазой электрической сети, выход трансформатора напряжения - с входом блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, выход блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный соединен с четвертым входом коммутатора, выход блока преобразования тока в напряжение - с информационным входом микроконтроллера, первый выход микроконтроллера - с управляющим входом коммутатора, второй выход микроконтроллера - с входом блока управления электродвигателем, выход блока управления электродвигателем - с управляющим входом выключателя, третий выход микроконтроллера - с блоком индикации, блок выбора режимов работы и управления - с управляющим входом микроконтроллера, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено активным полосовым частотным фильтром и счетчиком, при этом вход фильтра подключен к первому выходу коммутатора, а выход фильтра - с входом блока преобразования тока в напряжение, вход счетчика присоединен к выходу блока преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, а выход счетчика - к входу внешних прерываний микроконтроллера, реализующего функции защиты электродвигателя от обрыва фазы, от перегрузки, от заклинивания ротора и токовую отсечку и обеспечивающего определение допустимого времени работы от момента появления перегрузки до остановки электродвигателя в зависимости от кратности отношения фазного и номинального токов по сигналу прерывания, поступающего с выхода счетчика, а второй выход коммутатора соединен с информационным входом микроконтроллера.

РИСУНКИ

Рисунок 1