RU1817185C - Способ защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигател и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: в области электротехники позвол ет уменьшить массу и габариты защиты электродвигател . Сущность изобретени : новым  вл етс  режим операций , в частности измерение сигнала тока на входе автономного инвертора напр жени , а в процессе сравнени  фиксируют момент времени коммутации и снижение сигнала тока ниже заданного минимального значени  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 позвол ет уменьшить массу и габариты устройства дл  защиты от обрыва фазы асинхронного двигател . 1 з.п. ф-лы, 5 ил, /-} Асинхронмш I двигатем ел с

Description

Предполагаемое изобретение относитс  к электротехнике и может быть использо- вано дл  защиты асинхронных электродвигателей, питаемых от преобразователей частоты, при обрыве одной из фаз электродвигател .

Цель предлагаемого способа - упрощение .

Цель предлагаемого устройства - уменьшение массы и габаритов.

tHa фиг.1 приведена функциональна  схема варианта устройства реализации предложенного способа; на фиг.2 - функциональна  схема предлагаемого устройства дл  защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигаел ; на фиг.З - эквивалентна  схема включени  фаз нагрузки при питании от инвертора напр жени ; на фиг.4 - временна  диаграмма работы устройства, приведенного на фиг.1; на фиг.5 - временна  диаграмма работы устройства, приведенного на фиг.2.

Функциональна  схема (фиг, 1) варианта устройства дл  реализации предложенного способа защиты от обрыва фазы асинхронного двигател , питаемого от преобразовател  частоты 1, состо щего из последовательно соединенных автономного инвертора 2 с широтно-импульсным регулированием напр жени , силового фильтра 3, выпр мител  4 и силового выключател  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 управлени  инвертором 10 суправл ющим входом автономного инвертора напр жени  2, выходы, асинхронного триггера 8 подключены к I и К-входам синхронного триггера 11, счетный вход которого подключен ко входу элемента задержки 9, а выход синхронного триггера 11 св зан через последовательно соединенные дифференцирующие цепь 12, исполнительный орган 13 с управл ющим входом силового выключател  5.

На фиг.З приведена эквивалентна  схема замещени  включени  нагрузки (двигател ) при питании от трехфазного автономного инвертора напр жени , где Za, ZB, Zc - Полные сопротивлени  фаз А, В, С асинхройного двигател .

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.

На фиг.4 и фиг.5 используютс  следующие обозначени :;

1.1х - соответственно, сигнал тока на входе инвертора и значени  минимальной

токовой уставки; U - выходной сигнал компаратора 7; Ua. Ua-1 - выходные сигналы асинхронного триггера 8; Uio и Un - выходные сигналы системы управлени  инвертором 10 и синхронного триггера 11,

0 соответственно; Ui2H Ui7 выходные сигналы первой 12 и второй 17 дифференцирующих цепочек; Uis - выходной сигнал счетчика 15; п, К- целые числа; а) и i - соответственно, выходна  частота инверто5 ра 2 и текущее врем .

Функциональна  схема (фиг.2) устройства дл  защиты от обрыва фазы асинхронного двигател , питаемого от преобразовател  частоты 1 на основе авто0 немного инвертора напр жени  2, содержащее датчик тока 6, схему выпр млени  14 и компаратор 7, последовательно соединенные между собой, исполнительный орган 13, синхронный 11 и асинхронный 8 триггеры,

.5 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 напр жени  2, компаратор 7 соеди0 цен выходом непосредственно с l-входом и через логический элемент НЕ 16 -- с К-вхо- дом синхронного триггера 11, выход которого через первую дифференцирующую цепочку 12 подключен к S-входу асинхрон5 ного триггера 8 и R-входу счетчика 15, соединенного своим С-входом с одним из выходов системы управлени  инвертором 10, задающим момент времени коммутации фазных токов в инверторе 2, и С-входом

0 синхронного триггера 11, счетчик 15 подключен выходом через вторую дифференци- рующую цепочку 17 с R-входом асинхронного триггера 8, подсоединенного своим выходом через реле времени 18 ко

5 входу исполнительного органа 13, выход которого соединен с управл ющими входами силового выключател  5 и выпр мител  4 преобразовател  частоты 1, выход выпр мител  4 через силовой фильтр 3 св зан со

0 входом автономного инвертора напр жени  2.

Предложенный способ (фиг.1) функционирует следующим образом: датчик тока 6 измер ет ток 1 на входе автономного инвер5 тора 2, компаратор 7 измеренный сигнал тока сравнивает с заданным минимальным значением ;1Х, по выходному сигналу Uio контролируют моменты времени коммутации фазных токов инвертора. При отсутст- вии обрыва фазы асинхронного двигател ,

входной ток инвертора 1 характеризуетс  формой (фиг.4), при которой в каждом длительностью П/3- интервале присутствуют значени  амплитуд тока, превышающие заданное минимальное значение 1 . При пре- 5 выщении амплитудой тока инвертора 1 значение уставки 1 компаратор 7 (напри- : мер, выполненный в виде двухуровневого компаратора напр жени ) формирует на f своем выходе сигнал UT, равный лог..О. При 10

этрм на первом выходе асинхронного триг-;;: гера 8 устанавливаетс  сигнал Ue-1, равный : лог.1. (на втором выходе триггера 8 формируетс  инверсный сигнал Ua-i). В :момент коммутации в йнвертбре 2 по фронту из 15 лог,1 в лрг.О сигнала Dip системы управлени  инвертором 10 синхронный, триггер 11

устанавливаетс  выходным сигналом в ;; ;

лог.1, При отсутствии обрыва фазы триггер/ 11 находитс  посто нно с выходным сигна -; 20 лбм лог.1, при этом исполнительный орган 13 обеспечивает включенные состо ни  си- - лового выключател  5 и преобразовател  ; частоты 1 в целом.:/ --, ;:с.- хС; : ;: лС 7 ; В режиме обрыва одной из фаз асинх- 25 ройного двигател  входной ток; 1 инвертора :; 2 измен ет свою форму, а именно содержит

j(jnMTefl-b.itib ct bro.n/3-.Hfe pBaiiM;:xapaKT€ip ; -; ; : зуемые нулевым значением-тока. Напри- мёр, при обрыве фазы С двигател  на двух 30 мёжкоммутационных интервалах, дл  которых справедлива эквивале тан  схема,гу включени  фаз нагрузки на фйг.З, ток 1 им- ц/; верторэ 2 равен нулю (сопротивление об- мотки Zc °°). При поступлении с выхода 35 системы управлени  инвертором 10 сигнала Uio через элемент задержки 9 на R-вход :: ; асинхронного триггера 8, выходной сигнал ; Ue-i триггера 8 устанавливаетс  равн ымч; л6г.0. На интервале П/3, в котором 40 сутствует нулевое значение тока 1 .компаратор7 формирует сигнал U равный лог.1. При этом триггер 8 до очередной коммутации находитс  с выходным сигналом Us-i; равным лог.О. При очередной коммутации 45

по изменению фронта из лог.1 в лог.О сигнала Uio системы .10, синхронный триггер 11 ; i; формирует на выходе сигнал U 11, равный лог. О. При этом через дифференцирующую цепь 12 и исполнительный орган 13 50 отключаетс  силовой выключатель 5 и через ; преобразователь частоты 1 снимаетс  на- : ; пр жение с асинхронного двигател . мент задержки 9 осуществл ет разнесение во времени (на 0,1-1 мкс) фронтов сигналов 55 Uio и Ua-i на выходах синхронного триггера 11 дл  исключени  сбоев этого триггера (из- за гонки фронтов), Таким образом, посредством датчика б измер ют сигнал тока 1 на входе инвертора 2 и сравнивают его на

компараторе 7 с заданным минимальным значением 1, с помощью системы управлени  i Q фиксируют моменты .времени коммутации фазных токов инвертора, посредством триггеров 8 и 11 фиксируют снижение сигнала тока ниже заданного минимального значени  в пред коммутационный интервал времени (в интервале между соседними коммутаци ми в инверторе), что определ ет обрыв фазы, после чего через дифференциальную цепочку 12 и исполнительный орган 13 снимают напр жение с электродвигател  (посредством силового выключател  5 преобразовател  1). ; : СТредлЬже ное устройство (см. фиг.2) работает следующим образом: посредством силового выключател  5 подаетс  сетевое напр жение на вход управл емого выпр мител  4, выходное напр жение которого сглаживаетс  силовым фильтром 3. Посредством управл емого выпр мител  4 и автономного инвертора напр жени  2 регулируютс , соответственно, амплитуда и . частота выходного напр жени  преобразовател  частоты 1, питающего асинхронный электродвигатель. Датчик тока б измер ет ток 1 на входе автономного инвертора 2, /Который выпр мл етс .посредством схемы выпр млени  :14 и выпр мленное значение сравниваетс  с заданным минимальным значением 1 на входах компаратора 7. Диаграммы работы элементов предложенного устройства приведены на фиг.5. Система уп равлени  инвертором 10 формирует на од- ноМ.из своих выходов сигналы управлени  силовыми ключами инвертора 2, а на другом цг .импульсный сигнал Uio частотой 6f (где f - выходна  частота инвертора 2), поступаю- щий на С-входы счетчика 15 и синхронного триггера 11. ..- .... ;/ ; При отсутствии обрыва фазы асинхрон- н огр двигател  входной ток инвертора 1 имеет форму, при которой в каждом длительностью П/3 - интервала между сосед- ними коммутаци ми присутствуют значени  амплитуд тока, превышающие заданное ми-; Нммальное значение 1 .. При превышении током (выпр мленным значением I) величины уставки 1 .компаратор 7 формирует на своем выходе сигнал U, равный лог.1, а логический элемент НЕ 16 - сигнал лог.О, поступающие на 1 и К-входы синхронного триггера 11. -/.; . .-. . : Как известно, в автономном инверторе напр жени , нагруженном на асинхронный двигатель, предкоммутационное значение входного тока инвертора имеет наибольшую величину на интервале между соседними коммутаци ми (вследствие индуктивного характера нагрузки).

В предшествующей коммутации в инверторе момент времени, контролируемый по изменению фронта из лог. Т в лог.О сигнала Dip, синхронный триггер 11 устанавливаетс  выходным сигналом в лог. 1 и остаетс  посто нно таким во врем  всего указанного режима. При этом через дифференцирующую цепочку 12 на S-вход асинхронного триггера 8 и R-вход счетчика 15 поступает сигнал лог.1. С приходом каждого фронта изменени  сигнала Uto из лог.1 в лог.О на С-вход счетчика 15 последний измен ет последовательно свое состо ние и при пере- нении (например, после дес того фронта) формирует на своем выходе сигнал лог.О, Через дифференцирующую цепочку 17 на R-вход триггера 8 поступает узкий сигнал лог.О, триггер 8 устанавливаетс  выходным сигналом Us в лог.Т. При этом через реле времени 18 и исполнительный орган 13 на вход силового зыключател  5 поступает сигнал, обеспечивающий включенное состо ниевыключател  5 и преобразовател 

.частоты 1 в Цел ом.; ; . :: .. . В режиме обрыва одной из фаз асинхронного двигател  входной ток инвертора 2 измен ет свою форму, .а именно содержит длительностью П/3 - интервалы,характеризуемые нулевым значением тока (в; частно- сти, в предкрммутационные в инверторе моменты времени на двух длительностью. П/3 - интервалах в периоде выходной частоты ). Наличие нулевыхучастков во входном токе инвертора при обрыве фазы объ снено при описании работы предложенного способа . В предкоммутационные моменты времени на указанных двух участках периода, характеризуемых нулевыми значени ми то: ка, на выходах компаратора 7 и логического элемента НЕ 16 формируютс  сигналы лог.О и лог.1, соответственно. По изменению фронта из лог. 1 в лог.О сигнала U ю, синхронный триггер 11 устанавливаетс  в состо ние с выходным сигналом лог.О, через дифференцирующую цепочку 12 триггер 8 устанавливаетс  в состо ние с выходным сигналом Us, равным лог.О, а счетчик 15 по R-входуустанавливаетс  в начальное состо ние . На остальных четырех участках периода , характеризуем.ух превышением входного тока 1 инвертора 2 над уставкой 1 .в предкоммутационные моменты времени, состо ние выходных сигналов компаратора 7, элемента НЕ 16, триггера 11 и дифференцирующей цепочки 12 соответствует режиму , описанному дл  отсутстви  обрыва фазы двигател , При этом счетчик 15 не достигает состо ни  переполнени  (отсутству/ ёт сигнал лог.О на выходе счетчика 15) и триггер 8 в режиме обрыва фазы двигател 

находитс  посто нно в состо нии с выходным сигналом лог.О.

С выдержкой времени, равной 5-15 с (после поступлени  сигнала лог.О на реле),

реле 18 через исполнительный орган 1.3 закрывает управл емый выпр митель 4 и отключает посредством выключател  5 преобразователь частоты 1, снима  напр жение с электродвигател . Реле времени 18

предназначено дл  исключени  ложной работы устройства в интенсивных пуско-тор- мозных режимах, дл  которых при переходах из режима разгонэ в торможение и обратно в предкоммутационные моменты

времени возможны нулевые значени  входного тока инвертора при отсутствии режима .обрыв фазы электродвигател . Схема вы- пр млени  14 служит дл  формировани од- нопрл рного сигнала,; пропорционального

амплитуде входного тока, инвертора, который характеризуетс  разнопол рными значени ми тока в Двигательном и тормозном

режимах работы двигател , -f: ; v ; . ; Предлагаемое техническое решение nd

способу обеспечивает упрощение способа защиты от обрыва фазы асйнхроннбго двигател , питаемого от преобразовател  час- Totbi на основе автономного инвертора напр жени . Упрощение способа достигнутр за Счет сокращени  количества операций измерени  токов до одной (вместо трех операций вспос рбе-прототипе). Это сокращает количество сложных технической реализации узлов, а именно гальванических разв з 6 k силовых цепей от цепей управлени ,

Предлагаемое техническое решение по

устройству обеспечивает уменьшение массы и габаритов устройства дл  защиты от

обрыва фазы асинхронного двигател . Снижёние массы и габаритов достигнуто за счет сокращени  количества датчиков тока (с трёх до одного). С учетом завышенной уста- новл-енной мощности токовых трансформаторов , используемых в устройстве-прототипе в

качестве датчиков тока, в предложенном уст-

ройстве достигаетс  уменьшение габаритов и массы в 2-3 раза.л :.

Формул а и з 6 б р е т е ни  

1. Способ защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигател , питаемого от преобразовател  частоты на основе автономного ийвертора напр жени , заключающийс  в том, что, измер ют ток на входе автономного инвертора напр жени  и сравнивают его с заданным минимальным значением , при обрыве фазы снимают напр жение с электродвигател , о т л и ч а-. ю щ и и с   тем, что, с целью расширени  области применени , в процессе сравнени  сигналов фиксируют моменты времени коммутации фазных токов инвертора и фиксируют снижение сигнала тока ниже заданного минимального значени  в предкоммутационный интервал времени, что определ ет обрыв фазы, после чего снимают напр жение с электродвигател .

2. Устройство дл  защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигател , питаемого от преобразовател  частоты на основе автономного инвертора напр жени , содержащее исполнительный орган, последовательно соединенные между собой датчик тока, схему выпр млени  и компаратор, причем датчик тока предназначен дл  подключени  своим входом к входу автономного инвертора, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени , в него введены синхронный и асинхронный

0

триггеры, счетчик, логический элемент НЕ, две дифференцирующие цепочки и реле времени, при этом компаратор соединен выходом непосредственно с l-входом и через логический Элемент НЕ - с R-входом синхронного триггера, выход которого через первую дифференцирующую цепочку подключен к S-входу асинхронного триггера и R-входу счетчика, соединенного своим С- входомсодним из выходов системы управлени  инвертором преобразовател  частоты, задающим моменты времени коммутации фазных токов в инверторе, и С-вхо- дом синхронного триггера, счетчик подключен выходом через вторую дифференцирующую цепочку к R-входу асинхронного триггера, подсоединенного своим выходом через реле времени к входу исполнительного органа.

Фиг.З

Л---Лb )t

% (n+tWj

Фиг4