Устройство для защиты от асинхронного режима синхронной машины с бесщеточным возбудителем
НИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ (i 11777769
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 09.11.78 (21) 2682379/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80, Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) M. Кл з
Н 02Н 7/08
Н 02Н 7/06
Государственный комитет (53) УДК 621.316,925 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения
Ю. А, Бир|0ков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ АСИНХРОННОГО
РЕЖИМА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ С БЕСЩЕТОЧНЫМ
ВОЗБУДИТЕЛЕМ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от длительного асинхронного режима бесщеточных синхронных машин, преимущественно синхронных двигателей и компенсаторов.
Одним из наиболее опасных анормальных режимов синхронных машин является длительный асинхронный режим, возникающий, например, в двигателях вследствие потери возбуждения, перегрузки или перерыва питания. Асинхронный режим сопровождается появлением дополнительных токов в обмотках статера и ротора и вызывает их повышенной нагрев. Возникающие на валу машины переменные моменты являются причиной повышенных вибраций и колебаний (качений) токов в статоре и роторе.
Известны устройства защиты синхронных машин, работающие на принципе действия токовой защиты (1).
Однако эти защиты пригодны лишь для приводов, работающих со спокойной нагрузкой на валу. Возможно также срабатывание такой защиты при перегрузках, когда это не желательно. Защита такого вида недостаточно чувствительна при асинхронных режимах, вызванных потерей возбуждения. Поэтому необходима установка защиты от потери возбуждения, что в бесщеточных машинах весьма затруднительно.
Для синхронных двигателей, работающих с резко переменной нагрузкой на валу, защита, реагирующая на увеличение тока статора, вообще не пригодна, так как токи в режиме нагрузки соизмеримы с токами асинхронного режима и настроить защиту не представляется возможным.
Известно также устройство для защиты от асинхронного режима бесщеточной син10 хронной машины, содержащее датчик пространственного положения вектора напряжения сети, датчик ЭДС синхронной машины, преобразователи, блок сравнения, блок логики, в котором датчик ЭДС машины вы15 полнен в виде бесконтактного электромеханического датчика, индуктор которого исключен последовательно с обмоткой возбуждения машины, а якорь подключен к преобразователю (2).
20 Однако это устройство имеет сложную схему и требует для установки электромеханического датчика места на валу машины, что не всегда легко реализуется конструктивно.
25 Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является устройство для защиты от асинхронного режима синхронной машины с бесщеточным возбудителем, содержащее бесконтактный
30 измеритель тока возбуждения, подключенный через преобразователь к блоку фиксации асинхронного режима с одностабильным триггерами и элементом выдержки времени, и выходной усилитель, соединенный с исполнительным элементом (3).
При возникновении асинхронного режима и исчезновении сигнала с бескоптактного измерителя тока возбуждения триггер возвращается в свое исходное состояние и конденсатор элемента временной задержки быстро разряжается через открытый транзистор второго плеча триггера Шмидта. В результате транзистор выходного усилителя закрывается и якорь исполнительного реле отпадает. Заряда конденсатора не происходит до тех пор, пока не восстанавливается устойчивый синхронный режим. Рассмотренный способ фиксации асинхронного режима имеет тот недостаток, что выявляет его по одному качанию или провороту синхронной машины. Это может быть причиной ложного срабатывания устройства защиты, например, при резко переменной нагпузке или снижении уровня возбуждения, необходимого по режиму работы. Возможно также срабатывание защиты при кратковременных понижениях или потере питания синхронной машины и возникающем при этом асинхронном режиме, когда нет необходимости в отключении машины. Указанная защита будет реагировать также на пусковой режим синхронного двигателя, что требует введения блокировки реле на время пуска.
Целью изобретения является повышение надежности и селективности устройства защиты.
Это достигается тем, что известное устройство снабжено пороговым элементом, блоком сброса и последовательно соединенными инвертором и развязывающим элементом, включенными между одностабильным триггером и элементом выдержки времени блока асинхронного режима, при этом элемент выдержки времени подключен к выходному усилителю через пороговый элемент, а один из выходов исполнительного элемента подсоединен к элементу выдержки времени блока фиксации асинхронного режима через блок сброса.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для защиты от асинхронного режима; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 3— временная диаграмма его работы; на фиг.
4 — схема расположения бесконтактного измерителя тока возбуждения для схемы вращающегося выпрямителя с тиристором, включенным встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя.
Устройство состоит из бесконтактного измерителя 1 тока, преобразователя 2, блока
3 фиксации асинхронного режима, содержащего одностабильный триггер 4, инвертор 5, развязывающий элемент 6 и элемент
1О
7 выдержки времени, пороговый элемент 8, выходной усилитель 9, исполнительный элемент 10 и блок сброса 11.
Бесконтактный измеритель 1 тока возбуждения бесщеточной синхронной машины формирует потенциальный сигнал, пропорциональный этому току. Полученный сигнал в преобразователе 2 преобразуется к виду, удобному для введения в блок фиксации асинхронного режима, т, е. выпрямляется, фильтруется и при необходимости ограничивается по величине. Блок 3 фиксации асинхронного режима с помощью триггера 4 преобразует аналоговый сигнал в двоичный, который через инвертор 5 и развязывающий элемент 6 поступает в элемент
7 выдержки времени, где происходит накопление заряда по мере поступления каждой единицы сигнала. Развязывающий элемент 6 предотвращает утечку заряда с элемента 7 выдержки времени. На пороговом элементе 8 происходит сравнение накопленного заряда с заданной установкой и по достижении ее пропуск сигнала на вход усилителя 9. Исполнительный элемент 10 осуществляет размножение сигнала и выдачу его на входы элементов сигнализации и отключения синхронной машины, В качестве примера конкретного выполнения на фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема устройства.
Преобразователь сигнала состоит из выпрямителя 12, фильтра на резисторе 13 и конденсаторе 14 и ограничивающего стабилитрона 15. Одностабильный триггер блока фиксации асинхронного режйма выполнен в виде триггера Шмидта на двух транзисторах 16 и 17. Далее в блок входит транзистор 18 инвертора, в коллектор которого включен резистор 19 элемента временной задержки. Развязывающий диод 20 предотвращает разряд конденсатора 21 через открытый эмиттер-коллекторный переход транзистора 18. Опорный элемент представляет собой стабилитрон 22, включенный либо в базовую, либо в эмиттерную цепь (на схеме показан первый вариант) выходного усилителя на транзисторе 23. Электромагнитное реле 24 с помощью контактов 25 выполняет роль исполнительного элемента.
Блок сброса содержит резистор 26, контакты 27 и 28, реле 24 и кнопку 29 возврата.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении асинхронного режима ток ротора синхронной машины становится пульсирующим в случае наличия возбуждения или переменным с частотой скольжения при потере возбуждения. Бесконтактный измеритель тока передает, эти пульсации на вход выпрямителя
12, который отсекает одну полуволну или постоянную составляющую, в результате чего в сигнале появляются паузы. Далее по-. лученный сигнал фильтруется и при необ777769
60 ходимости ограничивается по величине с помощью стабилитрона 15. Чувствительность схемы по входу может регулироваться с помощью резистора или сйециального регулировочного резистора, включенного на вход триггера. Триггер Шмидта во время паузы в сигнале перебрасывается в исходное состояние, в результате чего транзистор
16 закрывается, а транзистор 17 открывается. Одновременно закрывается транзистор
18 инвертора. Конденсатор 21 по цепи: развязывающий диод 20 — резистор 19 за время паузы заряжается до некоторого потенциала. По окончании паузы транзисторы 16 и 18 открываются, а транзистор 17 закрывается. Благодаря наличию развязывающего диода 20 за время токового интервала разряда конденсатора 21 не происходит.
Конденсатор 21 имеет возможность разряжаться лишь через резистор 26, имеющий сопротивление, значительно большее сопротивления резистора 19 цепи заряда, Так как напряжение на зажимах конденсатора в первом цикле качаний меньше напряжения опорного стабилитрона 22, то транзистор 23 остается закрытым и реле 24 не срабатывает. Во время следующего цикла происходит подзаряд конденсатора. Постоянная времени RC-контура и пороговое напряжение стабилитрона 22 выбираются таким образом, чтобы обеспечить надежную фиксацию асинхронного режима. Обычно достаточно 3 — 5 циклов качаний, По достижении на конденсаторе 21 напряжения порогового стабилитрона происходит открытие транзистора 23 выходного усилителя и срабатывание реле 24. Последнее своими контактами 25 производит необходимые операции по отключению машины и сигнализации о возникновении асинхронного режима.
Для возврата устройства защиты в исходное состояние необходимо после снятия входного сигнала разрядить конденсатор 21 элемента временной задержки. При невысоких требованиях к быстродействию схемы (что имеет место в машинах с неизменной или плавно меняющейся нагрузкой) достаточно включения параллельно конденсатору резистора 26 с большим омическнм сопротивлением, обеспечивающим разряд конденсатора за время, большее 3 — 5 циклов качаний машины. Для повышения быстродействия и, следовательно, надежности схемы защиты необходимо введение специального блока сброса.
На фиг. 2 показан один из вариантов принципиальной схемы устройства. В момент срабатывания защиты один из контактов реле 24 (контакт 27) шунтирует с некоторой выдержкой времени илп мгновснно конденсатор 21, а другой (контакт 28) блокирует транзистор 23 выходного усилителя. Для возврата вссго устройства защи-..
Tat в исходное положецие предусмотрена
50 кнопка 29. В более сложных случаях блок сброса может быть выполнен с помощью релаксационных схем: блокинг-генератора, мультивибратора и т. п., обеспечивающих разряд конденсатора после выдачи в исполнительную часть схемы сигнала об аварии.
Для бесщеточных синхронных двигателей, снабженных возбудителями переменного тока с вращающимся выпрямителем, выполненным по трехфазной нулевой схеме, бесконтактный измеритель тока возбуждения может быть существенно упрощен, если его выполнить в виде обмотки, уложенной на первичной стороне возбудителя, в межполюсном окне или пазах полюсных наконечников полюсов возбудителя со сдвигом в его поперечную ось. На фиг.4 приведена схема расположения такого измерителя для схемы вращающегося выпрямителя с тиристором, включенным встречно параллельно одному из вентилей выпрямителя. В вращающийся выпрямитель может быть также выполнен с разрядным резистором, включенным параллельно обмотке ротора наглухо или через тиристор, а для малых машин — вообще без защитного элемента.
Принцип действия этого бесконтактного измерителя основан на том, что при возникновении асинхронного режима в обмотке ротора 30 синхронной машины возникает напряжение, которое создает ток, протека. ющий в одном направлении через вентили
31 вращающегося выпрямителя, а в другом — через тиристор 32. В результате якорная обмотка возбудителя 33 обтекается переменным током ротора, причем при положительном направлении тока ротора обтекаются три фазы якорной обмотки возбудителя, а при отрицательной — одна фаза. В результате в измерительной обмотке
34 наводится ЭДС, имеющая частоту, кратную 3 f, (f, — частота возбудителя) для положительной полуволны тока и f, — для отрицательной.
Как показали исследования, асинхронный режим бесщеточных синхронных мацшн с диодным выпрямителем по трехфазной нулевой схеме характеризуется весьма малым скольжением, при котором наведенной в роторе синхронной машины ЭДС недостаточно для открытия тиристора пуско-защитной цепи. Поэтому в токе ротора и, следовательно, сигнале бесконтактного измерителя тока появляются паузы. Аналогичный процесс происходит в схемах с разрядным резистором, включенным параллельно обмотке ротора, или в схеме с одним выпрямителем. Это явление может быть использовано в рассматриваемом устройстве зашиты для формирования сигнала асинхронного режима. Если в качестве выпрямителя на входе защиты использования мостовую схему, то данное устройство может быть
777769
На шгноп иипиююнк Ъе (применено также и для защиты синхронного двигателя от затянувшегося пуска. При этом отпадает необходимость в блокировке входного сигнала на время пуска.
Использование данного устройства защиты в бесщеточных синхронных машинах позволит с помощью достаточно простой схемы защитить их от длительного асинхронного режима, включая затянувшийся пуск синхронных двигателей и компенсатора, а также расширить область применения защиты на двигатели с резко переменной нагрузкой. Кроме того, отпадает необходимость в разработке и применении защиты от обрыва поля.
Формула изобретения
1. Устройство для защиты от асинхронного режима синхронной машины с бесщеточным возбудителем, содержащее бесконтактный измеритель тока возбуждения, соединенный через преобразователь с блоком фиксации асинхронного режима с одностабильным триггером и элементом выдержки времени, и выходной усилитель, соединенный с исполнительным элементом, отл ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и селективности, оно снабжено пороговым элементом, блоком сброса и последовательно соединенными инвертором и развязывающим элементом, включенными между подключенным к преобразователю одностабильным триггером и элементом выдержки времени блока фиксации асинхронного режима, при этом элемент выдержки времени подключен к выходному усилителю через пороговый элемент, а один из выходов исполнительного элемента подсоединен к элементу выдержки времени блока фиксации асинхронного режима через блок сброса.
2. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щ ее с я
15 тем, что, с целью упрощения, бесконтактный измеритель тока возбуждения выполнен в виде обмотки, расположенной в магнитной системе возбудителя переменного тока.
20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Ковалевский И. В. Релейная защита электродвигателей напряжением выше
1000 В. — М.: Энергия, с. 41 — 43, 88 — 90, 25 2. Авторское свидетельство СССР № 450283, кл. Н 02Н 7/06, 1972.
3. Авторское свидетельство СССР № 546985, кл. Н 02Н 7/06, 1977.
777769
Нормапьныи Яинхрпнный реним ре,яим ил иг .умыта| .тащите|
Фиг.3
;ц Л
Фиг. гСоставитель М. Щеголькова
Редактор Т. Загребельная Техред А. Камышникова Корректор Л. Тарасова
Заказ 2535/5 Изд. № 581 Тираж 798 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр, Сапунова, 2
