Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя



Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя
G01R31/343 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2679669:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) (RU)

Изобретение относится к устройствам диагностирования и быстродействующей защиты асинхронных двигателей. Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя дополнительно содержит датчик магнитной индукции, размещенный в воздушном зазоре асинхронного двигателя и предназначенный для измерения мгновенных значений магнитной индукции, масштабированный сигнал о значении которой с выхода масштабирующего усилителя сигнала магнитной индукции поступает на блок полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник диагностических признаков, выходами подключенный к первым входам блока компараторов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, выходы блока компараторов соединены с установочными входами блока триггеров и входами логического элемента ИЛИ, подключенного выходом к управляющему входу управляемого коммутационного аппарата, входы сброса блока триггеров объединены между собой и являются входом сброса кода ошибки, визуальное отображение которой осуществляется блоком индикации сигнала кода ошибки, входы которого подключены к выходам блока триггеров. Технический результат – повышение быстродействия защиты, повышение достоверности диагностирования асинхронного двигателя. 10 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам диагностирования и быстродействующей защиты асинхронных двигателей.

Большинство технических средств, способов защиты и диагностирования асинхронных двигателей базируется на измерении механических, тепловых или электрических координат защищаемого или диагностируемого объекта, к которым относятся вибродиагностика, тепловизионный контроль, спектральный анализ мгновенных значений токов и напряжений. Среди них не существует способов или устройств инвариантных к мощности, габаритным размерам, управляемости и области применения асинхронных электрических машин.

Известно устройство (см. Патент РФ 2415504, Н02Н 7/08, 2011) содержащее три датчика тока, коммутатор, частотный фильтр, преобразователь тока в напряжение, микроконтроллер, блок индикации, блок выбора режимов работы и управления, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, счетчик импульсов, блок управления электродвигателем, выключатель, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры корпуса двигателя, датчик атмосферного давления, блок тепловой модели, состоящий из микроконтроллера и встроенной программы, реализующих функции тепловой модели асинхронного двигателя.

Недостатком устройства является низкий уровень быстродействия вследствие высокой инерционности канала измерения температуры и наличия в схеме датчиков тока и напряжения трансформаторного типа с относительно большими постоянными времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является автоматизированный диагностический комплекс (см. Жарков, В.В. Метод диагностирования асинхронных электродвигателей и устройство для его реализации / В.В. Жарков, В.И. Смирнов, Д.В. Чернов // Вестник УлГТУ. Приборостроение и электроника. 2004. №3. С. 39-44), содержащий индуктивные датчики магнитной индукции, преобразователь параметров индуктивных датчиков, интерфейсный модуль, подключенный к системной шине персонального компьютера и программное обеспечение для цифровой обработки сигналов датчиков, включая вычисление спектральных характеристик, корреляционных функций и выполнение других математических операций. Метод диагностирования, реализуемый устройством, основан на измерении и вычислении характеристик полей рассеяния электрической машины и выявлении диагностических признаков, соответствующих тем или иным дефектам.

Основным недостатком известного комплекса является тот факт, что поля рассеяния многократно слабее рабочих полей асинхронного двигателя. Следовательно, информативность полей рассеяния применительно к технической диагностике многократно ниже. В частности, (см. Копылов, И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. - Москва: Высш. шк.; Логос; 2000. стр. 281) добавочные потери, учитывающие неточности в расчете потерь из-за насыщения и полей рассеяния, составляют 0,5% номинальной мощности. То есть в абсолютном значении амплитудная составляющая полей рассеяния минимум в 200 раз меньше величины рабочих полей.

Магнитная индукция в воздушном зазоре для большинства асинхронных двигателей лежит в диапазоне 0,3-0,9 Тл, в то время как магнитная индукция полей рассеяния составляет величину, как минимум в 200 раз меньшую, что сопоставимо с величиной инструментальной погрешности существующих датчиков магнитной индукции и измерительных устройств. Следовательно, с учетом шумов и помех достоверность выявления диагностических признаков в полях рассеяния представляется низкой.

Целью изобретения является повышение быстродействия защиты, повышение достоверности диагностирования за счет регистрации параметров основного магнитного потока в зазоре асинхронного двигателя и обеспечение инвариантности применительно к большинству известных электрических машин с индукцией в зазоре 0,3-0,9 Тл.

Для достижения указанной цели в устройстве диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя, подключенного через управляемый коммутационный аппарат к контактам питающей сети и содержащего датчик магнитной индукции, выход которого подключен к входу масштабирующего усилителя, датчик магнитной индукции размещен в воздушном зазоре асинхронного двигателя и предназначен для измерения мгновенных значений магнитной индукции, масштабированный сигнал о значении которой с выхода масштабирующего усилителя поступает на блок полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник диагностических признаков, выходами подключенного к первым входам блока компараторов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, выходы блока компараторов соединены с установочными входами блока триггеров и входами логического элемента ИЛИ, подключенного выходом к управляющему входу управляемого коммутационного аппарата, входы сброса блока триггеров объединены между собой и являются входом сброса кода ошибки, визуальное отображение которой осуществляется блоком индикации сигнала кода ошибки, входы которого подключены к выходам блока триггеров.

Включение в схему устройства перечисленных элементов и связей обеспечивает следующий технический результат:

- повышенное быстродействие, так как в устройстве время срабатывания защиты определяется суммой времен задержки быстродействующих электронных компонентов;

- повышение достоверности диагностирования за счет измерения величины магнитной индукции в рабочей зоне электрического двигателя без потери информации;

- обеспечение инвариантности применительно к большинству известных электрических машин с индукцией в зазоре 0,3-0,9 Тл.

Устройство (фиг. 1) содержит: контакты 1 питающей трехфазной сети, управляемый коммутационный аппарат 2, трехфазный асинхронный двигатель 3, датчик 4 магнитной индукции, расположенный в рабочей зоне асинхронного двигателя (воздушном зазоре), масштабирующий усилитель 5 сигнала магнитной индукции, блок 6 полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник, соответствующих диагностическим признакам, блок 7 компараторов, логический элемент 8 ИЛИ, формирователь 9 амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, блок 10 триггеров для сохранения кода ошибки, блок 11 индикации кода ошибки, выход 12 сигнала на отключение управляемого коммутационного аппарата, вход 13 сброса кода ошибки. Количество полосовых фильтров в блоке 6 полосовых фильтров, число компараторов в блоке 7 компараторов, количество входов логического элемента 8 ИЛИ, число выходов формирователя 9 амплитуд эталонных сигналов и количество триггеров в блоке 10 триггеров одинаково и равно числу диагностических признаков.

Устройство работает следующим образом.

Во время работы асинхронного двигателя 3, подключенного к контактам сети 1 через управляемый коммутационный аппарат 2, в его рабочей зоне (воздушном зазоре) измеряется индукция магнитного поля асинхронного двигателя 3 при помощи датчика 4 магнитной индукции. Полученный с датчика 4 магнитной индукции сигнал величины магнитной индукции масштабируется усилителем 5 сигнала магнитной индукции и поступает на входы блока 6 полосовых фильтров. Блок 6 полосовых фильтров выделяет гармонические составляющие частот, соответствующих диагностическим признакам для данного типа асинхронного двигателя. Далее сигналы с блока 6 полосовых фильтров и формирователя 9 амплитуд эталонных сигналов, где зафиксированы пороговые значения амплитуд гармоник сигнала магнитной индукции, соответствующие диагностическим признакам, поступают на блок 7 компараторов. Сигналы с выходов блока 7 компараторов поступают на входы логического элемента 8 ИЛИ, который генерирует сигнал 12 отключения для управляемого коммутационного аппарата 2 по критерию превышения амплитуды сигнала любого из диагностических признаков его эталонному значению. Также сигналы с выходов блока 7 компараторов поступают на S входы блока 10 триггеров для сохранения кода ошибки, который сбрасывается при помощи сигнала 13 сброса кода ошибки, поступающего на входы R блока 10 триггеров. Выходы блока 10 триггеров нагружены на блок 11 индикации сигнала кода ошибки. Время срабатывания защиты, отключающей питание, не превышает длительности одного периода сети, от которой запитана электрическая машина, так как одного периода сети достаточно для выявления соответствующей гармонической составляющей любым из полосовых фильтров.

Практическая применимость устройства подтверждается следующими экспериментальными данными. Фиг. 2 демонстрирует вариант размещения датчика магнитной индукции, использующего эффект Холла, на зубце статора в рабочей зоне асинхронного двигателя. Исполнение датчика в пластиковом корпусе требует снятия части зубца, так как толщина датчика больше величины воздушного зазора.

На фиг. 3 и 4 соответственно представлена кривая магнитной индукции в воздушном зазоре и ее спектральный состав при отсутствии дефектов в асинхронном двигателе.

Витковые замыкания в асинхронном двигателе вызывают практически двукратный рост зубцовых гармоник, которым соответствуют частоты 600 и 700 Гц. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав для этого случая приведены на фиг. 5 и 6 соответственно. Диагностическим признаком витковых замыканий является существенное возрастание амплитуд зубцовых гармоник.

Основным диагностическим признаком несимметрии напряжений питающей сети является рост амплитуды третьей гармоники (частота 150 Гц). Дополнительным диагностическим признаком является рост амплитуд зубцовых гармоник. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав при несимметрии питающих напряжений представлены на фиг. 7 и 8 соответственно.

При неправильной фазировке (перепутаны начало и конец фазной обмотки) основным диагностическим признаком является пятикратное увеличение амплитуды основной гармоники питающей сети. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав для указанного случая показаны на фиг. 9 и 10 соответственно.

Таким образом, приведенные примеры экспериментальных исследований подтверждают применимость предлагаемого устройства для быстродействующей защиты и диагностирования асинхронных двигателей вне зависимости от их мощности и габаритных размеров.

Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя, содержащее управляемый коммутационный аппарат для подключения двигателя к контактам питающей сети, датчик магнитной индукции, выход которого подключен к входу масштабирующего усилителя сигнала магнитной индукции, отличающееся тем, что датчик магнитной индукции размещен в воздушном зазоре асинхронного двигателя и предназначен для измерения мгновенных значений магнитной индукции, масштабированный сигнал о значении которой с выхода масштабирующего усилителя сигнала магнитной индукции поступает на блок полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник диагностических признаков, выходами подключенный к первым входам блока компараторов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, выходы блока компараторов соединены с установочными входами блока триггеров и входами логического элемента ИЛИ, подключенного выходом к управляющему входу управляемого коммутационного аппарата, входы сброса блока триггеров объединены между собой и являются входом сброса кода ошибки, визуальное отображение которой осуществляется блоком индикации сигнала кода ошибки, входы которого подключены к выходам блока триггеров.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электроэнергетики для защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий в обмотках статора и ротора. Технический результат заключается в предотвращении повреждений от вибрации и, как следствие, в уменьшении времени и стоимости послеаварийного ремонта синхронной электрической машины при замыкании витков в обмотке ротора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам. Технический результат - устранение опасности возгорания машины при межвитковом замыкании обмотки статора.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - предотвращение возникновения недопустимых динамических моментов на валах синхронных генераторов и асинхронных режимов при их параллельной работе, снижение отключаемых токов короткого замыкания, снижение величин мощностей отключаемых нагрузок, генераторов, снижение потребности в телеметрической информации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения синхронных электродвигателей. В способе управления током возбуждения синхронного двигателя в послеаварийных процессах энергосистемы измеряют величину cosϕ двигателя и текущее значение его угла нагрузки, поддерживают значение cosϕ на уровне 1,0 путем изменения в соответствующую сторону значения уставки контура регулирования тока возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи, осуществляемого по пропорционально-дифференциальному закону, задают минимальное и максимальное значения рабочего диапазона угла нагрузки двигателя, при выходе величины угла из заданного диапазона прекращают воздействие на ток возбуждения по отклонению напряжения и ведут управление током возбуждения по величине отклонения угла нагрузки от заданного номинального значения, пока величина отклонения не изменит знак, после чего вновь начинают воздействовать на ток возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для защиты электрических машин от эксцентриситета ротора. Техническим результатом является повышение надежности и расширение области применения способа защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики использоваться в качестве основной защиты для электродвигателей мощностью менее 2 МВт при наличии выведенной нулевой точки; для резервирования дифференциальной защиты электродвигателей мощностью 5 МВт и более; для резервирования дифференциальной защиты электродвигателей мощностью от 2 до 5 МВт в случае недостаточной чувствительности токовой отсечки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики использоваться в качестве основной защиты для электродвигателей мощностью менее 2 МВт при наличии выведенной нулевой точки; для резервирования дифференциальной защиты электродвигателей мощностью 5 МВт и более; для резервирования дифференциальной защиты электродвигателей мощностью от 2 до 5 МВт в случае недостаточной чувствительности токовой отсечки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при пуске электродвигателя с регулируемой частотой вращения. Техническим результатом является исключение кратковременного запуска в обратном направлении вращения, если блокировка преодолевается во время приложения отрицательного пускового момента.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения.

Группа изобретений относится к области электрических сетей энергоснабжения. Для уменьшения расходов оператора сети на распознавание и локализацию сработавших блоков прерываний (16а, 16b, 16с) предлагается устройство (17), которое имеет сенсорный интерфейс (21а) для подключения сенсорного блока (21b) для измерения специфической для блока прерываний (16а, 16b, 16с) измерительной величины (М), соединенный с сенсорным интерфейсом (21а) обрабатывающий блок (20), который предназначен для распознавания изменения проходящего через блок прерываний (16а, 16b, 16с) тока на основании измерительной величины (М), и соединенный с обрабатывающим блоком (20) связной интерфейс (22а), через который в случае распознавания изменения тока предусмотрена передача оповестительного сигнала (S), который указывает критическое состояние блока прерываний, в блок (22b) связи.

Изобретение относится к оценке точности вращающихся трансформаторов (ВТ) и аналого-цифровых преобразователей их сигналов в код (АЦПВТ). Технический результат заключается в повышении точности способа путем определения действительной погрешности, которую имеет контролируемый ВТ (и АЦПВТ) за счет исключения при обработке результатов измерений погрешности второго и третьего ВТ, включаемых при измерениях как в дистанционную передачу, так и при подключении к ним АЦПВТ.

Изобретение относится к устройству (22) дифференциальной защиты для электрического прибора (10) отключения, при этом прибор (10) отключения содержит по меньшей мере один неподвижный контакт (14), выполненный с возможностью соединения с соответствующим электрическим проводником (12), по меньшей мере один контакт (16), подвижный между замкнутым положением, в котором он электрически соединен с соответствующим неподвижным контактом (14), и разомкнутым положением, в котором он электрически изолирован от соответствующего неподвижного контакта (14), и разъединяющий привод (20) размыкания подвижного контакта или подвижных контактов (16) при обнаружении дифференциального дефекта.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения температуры активной области светодиода. Способ заключается в том, что через светодиод пропускают греющий ток заданной величины, излучение светодиода подается на два фотоприемника и температуру активной области светодиода определяют по изменению центральной длины волны излучения.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Система электропитания включает в себя первую схему, вторую схему и контроллер напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – выявление и корректировка низкого состояния заряда аккумуляторной батареи, снижение расхода топлива и выбросов углекислого газа.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле и проходящей вдоль сейсмического кабеля, причем сейсмический кабель дополнительно содержит: множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля, множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля, оптическую линию передачи, проходящую вдоль сейсмического кабеля, для передачи информационных сигналов из или в контроллеры.

Изобретение относится к наземным электротехническим испытаниям космических аппаратов. Способ заключается в проведении заряда и разряда аккумуляторных батарей (АБ) с активным термостатированием и контролем температуры штатных АБ и в хранении их без проведения термостатирования.
Устройство относится к метрологии, в частности к средствам для дистанционного контроля высоковольтного оборудования. Устройство контроля высоковольтного оборудования под напряжением, включающее приемник сигналов от частичных разрядов, оптический визир, блок лазерной наводки, жидкокристаллический индикатор, блок автоматической регулировки чувствительности сигналов от частичных разрядов, блок обработки сигналов.

Изобретение относится к гибридному блоку питания. Техническим результатом является обеспечение оценки уровня заряда батареи.
Изобретение относится к испытательной технике и предназначено преимущественно для испытания электродвигателей стрелочных переводов. Сущность: стенд содержит панель управления и индикации (5), соединенную с контроллером (9), персональный компьютер (3), стабилизатор напряжения (14), генератор (7) и тахометр (8).

Изобретение относится к устройствам диагностирования и быстродействующей защиты асинхронных двигателей. Устройство диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя дополнительно содержит датчик магнитной индукции, размещенный в воздушном зазоре асинхронного двигателя и предназначенный для измерения мгновенных значений магнитной индукции, масштабированный сигнал о значении которой с выхода масштабирующего усилителя сигнала магнитной индукции поступает на блок полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник диагностических признаков, выходами подключенный к первым входам блока компараторов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, выходы блока компараторов соединены с установочными входами блока триггеров и входами логического элемента ИЛИ, подключенного выходом к управляющему входу управляемого коммутационного аппарата, входы сброса блока триггеров объединены между собой и являются входом сброса кода ошибки, визуальное отображение которой осуществляется блоком индикации сигнала кода ошибки, входы которого подключены к выходам блока триггеров. Технический результат – повышение быстродействия защиты, повышение достоверности диагностирования асинхронного двигателя. 10 ил.

Наверх