RU2302691C1 - Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions - Google Patents
Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302691C1 RU2302691C1 RU2005138203/09A RU2005138203A RU2302691C1 RU 2302691 C1 RU2302691 C1 RU 2302691C1 RU 2005138203/09 A RU2005138203/09 A RU 2005138203/09A RU 2005138203 A RU2005138203 A RU 2005138203A RU 2302691 C1 RU2302691 C1 RU 2302691C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- motor
- electric motor
- torque
- quality
- active power
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может использоваться для защиты асинхронных электродвигателей от аварийных режимов.The invention relates to electrical engineering, namely to relay protection, and can be used to protect induction motors from emergency conditions.
Известен способ защиты асинхронного электродвигателя от повреждения и опасных режимов работы, при котором измеряются токи и напряжения на питающем конце линии, к которому подключен электродвигатель, определяется активная мощность на входе и выходе защищаемого двигателя, измеряется крутящий момент на валу электродвигателя, по рабочей характеристике определяется активная мощность, потребляемая электродвигателем в нормальном режиме при измеренном напряжении сети, определяются потери активной мощности в двигателе и формируется сигнал защиты, если указанные потери превышают заданную величину потерь активной мощности в нормальном режиме работы /см. а.с. 1594642, кл. Н02Н 7/08, 1990 г./.A known method of protecting an induction motor from damage and dangerous operating conditions, in which currents and voltages at the supply end of the line to which the motor is connected, is measured, the active power at the input and output of the protected motor is determined, the torque on the motor shaft is measured, the active characteristic is determined by the operating characteristic the power consumed by the motor in normal mode with the measured mains voltage, the loss of active power in the motor is determined and a signal is generated protection if the specified losses exceed the specified value of the active power losses in normal operation / cm. A.S. 1594642, cl. Н02Н 7/08, 1990 /.
Известно, что активная мощность на входе электродвигателя зависит от параметров качества электроэнергии /см. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость в электрических сетях: Учебное пособие. - Братск: БрГТУ, 1999. - с 34, 36, 40/. Поскольку разность потерь в известном способе определяют как разность активной мощности на входе и мощности, потребляемой электродвигателем в нормальном режиме при измеренном напряжении сети и крутящем моменте на валу электродвигателя, то такая разность будет зависить от параметров качества электроэнергииIt is known that the active power at the input of an electric motor depends on the parameters of the quality of electric power / cm. Kurbatsky V.G. The quality of electricity and electromagnetic compatibility in electrical networks: a Training manual. - Bratsk: BrSTU, 1999. - p. 34, 36, 40 /. Since the difference in losses in the known method is defined as the difference between the active power at the input and the power consumed by the motor in normal mode with the measured mains voltage and torque on the motor shaft, such a difference will depend on the parameters of the quality of electricity
где P1 - активная мощность на входе электродвигателя в текущем режиме при фактическом качестве электроэнергии;where P 1 is the active power at the input of the electric motor in the current mode with the actual quality of electricity;
P1 ' - потребляемая электродвигателем из сети активная мощность в нормальном режиме, определенная по рабочей характеристике электродвигателя;P 1 ' is the active power consumed by the electric motor from the network in normal mode, determined by the operating characteristic of the electric motor;
U2 - напряжение обратной последовательности;U 2 is the voltage of the negative sequence;
I2 - ток обратной последовательности;I 2 - current negative sequence;
u1, u2, ..., un - спектр гармонических составляющих напряжения от 1 до n;u 1 , u 2 , ..., u n - spectrum of harmonic voltage components from 1 to n;
i1, i2, ..., in - спектр гармонических составляющих тока от 1 до n;i 1 , i 2 , ..., i n - spectrum of harmonic components of the current from 1 to n;
δU - отклонение напряжения, определяемые согласно ГОСТ-13109-97.δU - voltage deviation, determined according to GOST-13109-97.
Например, возможно возникновение такого режима, когда происходит ухудшение качества электроэнергии, но в пределах норм, описанных в ГОСТ-13109-97, и отсутствует аварийный режим, работа электродвигателя еще допустима, однако разность потерь может превысить уставку, что приведет к отключению электродвигателя. Это объясняется тем, что расчетная рабочая характеристика определена без учета параметров качества электроэнергии, и при соответствующем крутящем моменте на валу расчетная мощность будет меньше измеренной активной мощности на входе, настолько, что разница может превысить уставку. Данный пример проиллюстрирован на фиг.1, на которой показана рабочая характеристика M=f(P) двигателя 4А180М4, где 1 - с учетом только отклонения напряжения на питающем конце линии; 2 - с учетом параметров качества электроэнергии (при коэффициенте несимметрии напряжения по обратной последовательности, равном 1%, коэффициенте 3-й гармонической составляющей равном 3%, отклонении напряжения, равном 3%).For example, such a mode may occur when there is a deterioration in the quality of electricity, but within the limits described in GOST-13109-97 and there is no emergency mode, the operation of the electric motor is still permissible, however, the difference in losses can exceed the setting, which will lead to the motor being turned off. This is because the calculated operating characteristic is determined without taking into account the parameters of the quality of electricity, and with the appropriate torque on the shaft, the calculated power will be less than the measured active power at the input, so that the difference can exceed the setting. This example is illustrated in figure 1, which shows the operating characteristic M = f (P) of the engine 4A180M4, where 1 - taking into account only the voltage deviation at the supply end of the line; 2 - taking into account the parameters of the quality of electricity (with a voltage asymmetry coefficient in the reverse sequence equal to 1%, the coefficient of the 3rd harmonic component equal to 3%, voltage deviation equal to 3%).
Возможен и другой случай, когда при аварийном режиме активная мощность, выделяемая в виде тепла в месте повреждения незначительна, а соответственно, и разность потерь может оказаться меньше уставки срабатывания и защита не среагирует на аварийный режим, например, при витковом замыкании статорной обмотки. Исходя из этого, способ имеет низкую надежность.Another case is possible when in emergency mode the active power generated in the form of heat in the place of damage is insignificant, and, accordingly, the difference in losses may be less than the tripping setpoint and the protection does not respond to emergency mode, for example, when the stator winding is closed in a loop. Based on this, the method has a low reliability.
Способ также имеет недостаток, который характеризуется низким быстродействием, например, при заклинивании ротора защита может среагировать со значительным запозданием, что приведет к необратимым последствиям, т.е. способ имеет низкое качество контроля.The method also has a disadvantage, which is characterized by low speed, for example, when the rotor is jammed, the protection can react with a significant delay, which will lead to irreversible consequences, i.e. The method has a low quality control.
Технический результат изобретения - повышение надежности и улучшение качества контроля защиты электродвигателя.The technical result of the invention is to increase reliability and improve the quality of motor protection control.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов, заключающемся в измерении тока и напряжения на питающем конце линии, к которой подключен электродвигатель, измерении крутящего момента на валу электродвигателя, угловой скорости вращения ротора электродвигателя, определении активной мощности на входе и выходе электродвигателя, потерь активной мощности в нем, формировании сигнала защиты, если указанные потери превышают заданную величину в нормальном режиме работы, дополнительно выделяют из измеренного напряжения на питающем конце линии параметры качества электроэнергии, определяют максимальный момент электродвигателя и формируют сигнал защиты, действующий на отключение электродвигателя, если измеренный крутящий момент на валу электродвигателя близок к максимальному моменту электродвигателя, при этом потери активной мощности и максимальный момент электродвигателя определяют с учетом выделенных параметров качества электроэнергии в текущий момент времени.The technical result is achieved by the fact that in the method of protecting an induction motor from emergency conditions, which consists in measuring the current and voltage at the supply end of the line to which the electric motor is connected, measuring the torque on the motor shaft, the angular rotation speed of the electric motor rotor, determining the active power at the input and the motor output, active power losses in it, the formation of a protection signal, if these losses exceed a predetermined value in normal operation, will complement the quality parameters of electric energy are separated out from the measured voltage at the supply end of the line, the maximum moment of the electric motor is determined, and a protection signal is generated that acts to turn off the electric motor if the measured torque on the electric motor shaft is close to the maximum electric motor moment, while the loss of active power and the maximum electric motor moment are determined taking into account the selected parameters of the quality of electricity at the current time.
Сущность изобретения заключается в том, что контролируются две величины.The essence of the invention lies in the fact that two quantities are controlled.
Первой контролируемой величиной является разность между активной мощностью на входе электродвигателя P1 и активной мощностью, потребляемой электродвигателем в нормальном режиме P1 ' при соответствующих параметрах качества электроэнергии и крутящем моменте на валу электродвигателя, в текущий момент времениThe first controlled value is the difference between the active power at the input of the electric motor P 1 and the active power consumed by the electric motor in normal mode P 1 ' at the corresponding parameters of the quality of electric power and the torque on the motor shaft, at the current time
Второй контролируемой величиной является отношение между максимальным моментом Mмах и крутящим моментом на валу электродвигателя Ммех, определенных при соответствующих параметрах качества электроэнергии в текущий момент времениThe second controlled value is the ratio between the maximum moment M max and the torque on the motor shaft M mech , determined with the corresponding parameters of the quality of electricity at the current time
Зависимость влияния параметров качества электроэнергии на максимальный момент и активную мощность на входе электродвигателя можно определить, используя элементы математического моделирования электрических машин /см. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк, 2001, с.125-145/.The dependence of the influence of electric power quality parameters on the maximum moment and active power at the motor input can be determined using elements of mathematical modeling of electric machines / cm. Kopylov I.P. Mathematical modeling of electrical machines. Textbook for universities. - 3rd ed., Revised. and add. - M .: Higher. Shk, 2001, p. 125-145 /.
Ммах и Р1' определяются при заданных параметрах качества электроэнергии, при моделировании в режиме реального времени, для определенной мощности электродвигателя, при малых приращениях механического момента на валу электродвигателя. Пример механической характеристики электродвигателя 4А132М4 при синусоидальном, симметричном и номинальном напряжении питания, в статическом режиме, полученной путем моделирования, по которой можно определить максимальный момент, показан на фиг.2. Поочередно меняя параметры качества электроэнергии, можно получить массив данных для определения Ммах и P1 '. В таком массиве одна из строк или столбцов является Ммах и P1 '. Полученный массив программируется в микроконтроллер устройства, реализующего данный способ. Max and P 1 'are determined at specified parameters of the quality of electricity, when simulating in real time, for a specific power of the electric motor, with small increments of the mechanical moment on the shaft of the electric motor. An example of the mechanical characteristics of the motor 4A132M4 at a sinusoidal, symmetrical and nominal supply voltage, in static mode, obtained by modeling, by which it is possible to determine the maximum moment, shown in figure 2. Alternately changing the parameters of the quality of electricity, you can get an array of data to determine M max and P 1 ' . In such an array, one of the rows or columns is M max and P 1 ' . The resulting array is programmed into the microcontroller of the device that implements this method.
Преимущество предлагаемого способа перед известным заключается в том, что производится контроль механического момента на валу электродвигателя и его сравнение с возможным максимальным моментом, который может развить электродвигатель. Указанное действие позволяет защитить электродвигатель от опрокидывания и заклинивания ротора. Другим преимуществом является то, что максимальный момент и потери активной мощности определяются с учетом параметров качества электроэнергии, чем увеличивается надежность предлагаемого способа при отклонении параметров качества электроэнергии от допустимых.The advantage of the proposed method over the known one is that it controls the mechanical moment on the motor shaft and compares it with the maximum possible moment that the electric motor can develop. The specified action allows you to protect the motor from tipping over and jamming of the rotor. Another advantage is that the maximum moment and losses of active power are determined taking into account the parameters of the quality of electricity, which increases the reliability of the proposed method when the deviation of the parameters of the quality of electricity from permissible.
На фиг.3 показана функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.Figure 3 shows a functional diagram of a device for implementing the proposed method.
Устройство защиты электродвигателя состоит из электродвигателя 1, датчиков тока 2-4, датчиков напряжения 5-7, датчика крутящего момента на валу электродвигателя 8, датчика угловой скорости 9; аналогового фильтра, выделяющего параметры качества электроэнергии 10, аналого-цифрового преобразователя 11, цифрового микроконтроллера 12 и исполнительного органа 13. Выходы датчиков 2, 3, 4, 8, 9 и фильтра 10 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 11, выход которого подключен к входу цифрового микроконтроллера 12, выход которого подключен к входу исполнительного органа 13, а выход последнего является выходом устройства в целом.The motor protection device consists of an
Значение P1 определяется микроконтроллером 11 по измеренным в цепи питания электродвигателя 1 значениям тока и напряжения, а значения P1' и Ммах определяются микроконтроллером 11 по заданному массиву данных, с учетом параметров качества электроэнергии и крутящего момента на валу электродвигателя.The value of P 1 is determined by the microcontroller 11 according to the current and voltage values measured in the power supply circuit of the
Способ осуществляется следующим образом. В нормальном режиме с помощью датчиков 2-4 измеряются токи, а с помощью датчиков 5-7 измеряются напряжения на питающем конце линии электродвигателя. С помощью фильтра 10 выделяются параметры качества электроэнергии. С помощью преобразователя 11 аналоговые сигналы от датчиков 2, 3, 4, 8, 9 и фильтра 10 преобразуются в цифровые и поступают на вход микроконтроллера 12. По измеренным в цепи питания электродвигателя значениям тока и напряжения микроконтроллером 12 определяется значение P1. По выделенным параметрам качества электроэнергии микроконтроллером 12 определяется значения P1' и Ммах. По значениям P1' и P1 микроконтроллером 12 определяется разность (2), по значениям Ммах и Ммех определяется частное (3). Поскольку электродвигатель работает в нормальном режиме, то значения (2) и (3) меньше заданной величины срабатывания защиты и сигнал на отключение электродвигателя микроконтроллером 12 не формируется.The method is as follows. In normal mode, currents are measured using sensors 2-4, and voltage 5 at the supply end of the motor line is measured using sensors 5-7. Using the filter 10, power quality parameters are allocated. Using the converter 11, the analog signals from the
При возникновении аварийного режима, например обрыве фазного проводника, питающего электродвигатель, значение (2) превысит заданную величину срабатывания защиты, и микроконтроллер 12 сформирует сигнал защиты на отключение электродвигателя от сети. При набросе механической мощности на вал электродвигателя, следствием чего возможна перегрузка или остановка электродвигателя, значение (3) превысит заданную величину срабатывания защиты, и микроконтроллер 12 сформирует сигнал защиты на отключение электродвигателя от сети.In the event of an emergency mode, for example, a broken phase conductor supplying the electric motor, the value (2) will exceed the set value of the protection operation, and the microcontroller 12 will generate a protection signal to disconnect the electric motor from the network. When the mechanical power is poured onto the motor shaft, as a result of which the motor can be overloaded or stopped, the value (3) will exceed the set value of the protection operation, and the microcontroller 12 will generate a protection signal to disconnect the motor from the network.
Предложенный способ может быть использован для защиты любого асинхронного электродвигателя от аварийного режима, особенно электродвигателя, питаемого напряжением с низким качеством электроэнергии и подверженного резким набросам механического момента на его вал.The proposed method can be used to protect any asynchronous electric motor from emergency mode, especially an electric motor powered by voltage with low quality of electric power and subject to sharp surges of mechanical moment on its shaft.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138203/09A RU2302691C1 (en) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138203/09A RU2302691C1 (en) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2302691C1 true RU2302691C1 (en) | 2007-07-10 |
Family
ID=38316768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005138203/09A RU2302691C1 (en) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2302691C1 (en) |
-
2005
- 2005-12-08 RU RU2005138203/09A patent/RU2302691C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106401881B (en) | Method for detecting or monitoring demagnetization of magnet | |
US5629598A (en) | Speed control for induction motor having improved sensing of motor operative conditions | |
EP2317291B1 (en) | System and method for determining the temperature of a permanent magnet in a machine | |
CN202042883U (en) | Overcurrent and overload protecting circuit | |
JPS605155B2 (en) | Brushless synchronous machine protection device | |
JPH11346495A (en) | Motor control method | |
EP0587849B1 (en) | Thermal protection for locomotive main traction alternators | |
RU2302691C1 (en) | Method for protecting induction motor against abnormal operating conditions | |
Khalifa et al. | Effect of temperature rise on the performance of induction motors | |
CN108808733B (en) | Control method for eliminating electromagnetic torque overshoot phenomenon of squirrel-cage wind driven generator | |
JP6834767B2 (en) | Simulation device | |
SU1594642A1 (en) | Method of protecting induction motor from abnormal duties | |
RU2369002C2 (en) | Device for smooth start of induction motor | |
JP2558671B2 (en) | Turbine speed limit method for governorless variable speed turbine generator | |
RU2380821C2 (en) | Ac electric drive | |
RU2024147C1 (en) | Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation | |
US20130234679A1 (en) | Aircraft power supply circuit including an asynchronous machine | |
US11804789B2 (en) | System and method for protecting an electrical load of a drive system | |
SU1573499A1 (en) | Method of protecting winding of armature of dc electric motor from overheating | |
RU2389127C2 (en) | Ac electric drive | |
RU2548678C2 (en) | Overheating protection device of commutator motor | |
Kipervasser et al. | A study of the system “thyristor exciter-synchronous motor of a pump unit” in the conditions of a deep voltage drop | |
SU452975A3 (en) | Device to protect x-ray tubes against overload | |
RU2164051C1 (en) | Electric motor protective system | |
SU855914A1 (en) | Device for regulating rotational speed of induction motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101209 |