SU1582262A1 - Способ токовой защиты асинхронного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к релейной защите элементов электрических систем. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем улучшени  чувствительности защиты к свободной периодической составл ющей пускового тока электродвигател  и быстродействие при заклинивани х ротора и коротких замыкани х. Цель достигаетс  тем, что тепловое состо ние машины моделируетс  трем  апериодическими элементами с взаимной св зью и ключевой схемой увеличени  посто нной времени нагрева модели при успешном пуске машины. Способ защиты обеспечивает пониженный небаланс сигнала частотой 50 Гц в выдел емых свободных составл ющих тока, повышенную чувствительность к последним. Также обеспечиваетс  более высока  точность и быстродействие идентификации разворота ротора при подключении машины к сети. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к способам релейной токовой защиты электродвигателей .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем улучшени  чувствительности защиты и свободной периодической составл ющей пускового типа и быстродействи  отключени  электродвигател  при заклинивании ротора и коротких замыкани х.

На фиг. 1 изображена блок-схема, реализующа  способ токовой защиты асинхронного электродвигател ; на фиг. 2 - принципиальна  электрическа  схема, реализующа  способ токовой за-щиты; на фиг. 3 - свободный переходный ток icg асинхронного двигател  при пуске и его составл ющие: периодическа  1П|С8и апериодическа  iq.

В цепи статора включен измеритель тока 1, трансформатор тока 2 и преобразователь ток - напр жение 3, к которому подключены выпр мители поло жительных и отрицательных полуволн тока k и 5, нагруженные инерционным звеном 6, элементом задержки 7 и блоком 8 моделировани  теплового состо ни  асинхронного двигател . Выход инерционного звена 6 соединен с блоком компенсации апериодического тока Sf коммутируемого ключом 10, подсоею

tsD

ОЭ

ГО

диненлым управл ющей цепью к элементу задержки 7. Ьлок компенсации 9 подключен к компаратору 11 по схеме сравнени  с опорным потенциалом как положительного напр жени  так и отрицательного . К компаратору 11 присоединена управл юща  цепь ключа с самоудержанием 12, соедин ющего своей исполнительной частью дополнительный конденсатор с одним из основных конденсаторов , блока моделировани  теплового состо ни  8. Кроме того, выходы выпр мителей k и 5 через формирователь напр жени , пропорционального периодической составл ющей первичного тока и его производной 13 присоединены к выходному компаратору I t, соединенному выходом одновременно с блоком моделировани  теплового состо - ни  8, а выходом - с исполнительным органом 15 защиты.

Устройство дл  реализации способа работает следующим образом.

Первичный ток защищаемого электро- двигател  после трансформации первичным и промежуточным трансформаторами 2 и 3 преобразуетс  однополупериодны- ми выпр мител ми k и 5 в напр жени , пропорциональные амплитудным значе- ни ми соответственно положительной и отрицательной полуволн. Каждый из полупериодов принужденной составл ющей пускового тока частотой 50 Гц смещаетс  относительно оси времени свободными переходными составл ющими: апериодическими i периодическими in ™ (Лиг. 3). Результирующее смещеHI VDw„

ние и положительной, и отрицательной полуволн тока (крива  ic& фиг. 3) совпадает по знаку с одной из них и противоположно другойо Следовательно , амплитуда одной из полуволн увеличиваетс , амплитуда другой - в такой же мере уменьшаетс . Напр жени , пропорциональные этим амплитудам, суммируютс  с различными знаками операционным, усилителем инерционного звена 6. В результате суммировани  значени  свободных составл ющих уд- ваиваютс , а принужденных - компенсируютс . Поэтому выходное напр жение инерционного звена 6, имеющего посто нную времени около 20-25 мс, измен етс  под воздействием именнр свободного тока ic$« Одна из его составл ющих - своСюдна  периодическа  ifl,c6 по вл етс  только при разгоне машины и  вл етс , следовательно , признаком успешного пуска. В этом случае врем  срабатывани  защиты максимально и превышает с некоторым запасом врем  пуска двигател .

Дл  разделени  результирующего свободного тока на периодическую и апериодическую составл ющие в первые 25-28 мс после подключени  двигател  к сети выход инерционного звена ключом 10 соедин ют с элементом выделени  апериодического тока 9. Разделение свободных составл ющих основано на зависимости свободного периодического тока от частоты вращени  ротора ыг, а именно на том обсто тельстве , что присог 0 и it,iCe 0. Р момент подключени  электродвигател  к сети имеет место равенство UL, нулю. Следовательно, в этот момент разностное напр жение на выходе выпр мителей и 5 и напр жение инерционного звена 6 не содержат свободной периодической составл ющей Следует отметить, что к блоку выделени  апериодической составл ющей выходное напр жение инерционного звена 6 прикладываетс  не на нулевом интервале времени (за врем  /Jt О при включении электродвигател  ток его статора не измен етс  по сравнению с его предшествующим значением, например нулевым, если двигатель был отключен), а на отрезке в 25-28 мс, когда wr пренебрежимо мала: это врем  необходимо дл  выделени  апериодической составл ющей тока выпр мител ми k и 5. Первые период - полтора и необходимы дл  сравнени  амплитуд положительной и отрицательной полуволн тока, т.е. выделени  апериодической составл ющей. Напр жением данной составл ющей тока зар жаетс  конденсатор элемента 9, подсоедин емого ключом 10 параллельно выходу 6. Однако -через 25-28 мс ключ 10 дешунтирует выход компаратора 11 и элемент 9 оказываетс  включенным последовательно с выходом блока 6, причем его напр жение, пропорциональное апериодической составл ющей переходного тока, вычитаетс  из суммарного свободного тока (выдел емого на выходе блока 6). Следовательно, на выходе компаратора 11 действует только свободна  периодическа  составл юща  переходного пускового тока.

Компаратором 11 осуществл етс  сравнение текущего значени  свободного периодического тока с заданным

515

значением (как при положительном его знаке, так и при отрицательном). Ненулевое значение опорного напр жени  компаратора исключает возможность его срабатывани  от небаланса с частотой 50 Гц. Напр жение небаланса имеет место в разностном сигнале выпр мителей k и 5 и существенно снижаетс  инерционным звеном 6 (фильтром низших частот и по сравнению с сумматором - усилителем, поэтому дающим гораздо большее отношение напр жени  инфранизкой частоты на выходе к напр жению небаланса с частотой 50 Гц). Так как полностью исключить небаланс невозможно, то порог срабатывани  компаратора 11 выставл етс  большим периодической составл ющей его входного напр жени  при кратности первичного тока частотой 50 Гц, равной пусковой .

Компаратор 11 при наличии низкочастотного периодического тока переключател , вызыва  отпирание ключа с самоудержанием 12 (аналоге тиристора ). Последний, в свою очередь, подключает дополнительную емкость к PC модели теплового состо ни  двигател  увеличива  до максимального значени  врем  достижени  ее выходным напр жением порога срабатывани  выходного компаратора 1. Следует отметить, что многоконтурна  теплова  модель в данном способе защиты не только эквивалентирует нагрев каждого из разнородных в тепловом отношении элементов машины: обмоток статора, стали, обмоток ротора (каждому элементу соответствует отдельна  емкост и резистивна  св зь, характеризующа  взаимную теплопередачу), но и предполагает контроль предельного температурного состо ни  двух элементов: обмоток статора и ротора. Пропорциональные им напр жени  подаютс  на компаратор 1А„ Если, таким образом, по истечении времени, равного длительности разгона машины, ток не снизил своего значени  до уровн  номинального или меньшего (например, при зат нувшемс  пуске), напр жение выхода тепловой модели двигател  достигает порога переключени  компаратора, который вырабатывает сигнал на срабатывание исполнительного органа 15, а соответственно отключение электродвигател .

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Выходное напр жение выпр мителей и 5, кроме того, преобразуетс  формирователем О в напр жение K,In+ где Kt Кг вещественные коэффициенты, определ ющие соотношение тока и его производной в рабочем сигнале отсечки; 1П - действующее значение принужденной составл ющей (частотой 50 Гц). Это напр жение также сравниваетс  компаратором с опорным, обеспечива  срабатывание за щиты при сверхтоках (коротких замыкани х с большими кратност ми токов) без выдержки времени, т.е. отсечку по току.

Короткие замыкани , к которым нечувствительна отсечка, вызывают нарастание напр жени  блока 8, однако без дополнительной емкости, т.е. с малой посто нной времени. Действительно , ввиду отсутстви  в токе статора составл ющих инфранизкой частоты, компаратор 11 остаетс  в исходном, а ключ 12 - в отключенном состо нии. Кроме того, при кратност х тока 0,7 КЛ 1 ном(К п - кратность пускового тока; IHO,J: номинальный ток статора машины ) через 25-28 мс срабатывает орган задержки 7, ускор   своим выходным напр жением нарастание напр жени  блока 8. Достижение порога переключени  компаратора 1 при этом происходит за врем , не превышающее 0,5 с.

При перегрузках машины блок моде- пирорани  теплового состо ни  не подвержен ни замедлению путем включени  ключа 12, ни ускорению напр жением блока 7. В этом случае врем  изменени  напр жени  блока 8 до уровн  срабатывани  максимально приближено к перегрузочной характеристике машины, обеспечива , с одной стороны, допустимый тепловой режим двигател , а с другой - максимальное использование электроприводом перегрузочных свойств двигател .

Таким образом, положительный эффект от использовани  изобретени  состоит в повышении чувствительности защиты к свободной периодической составл ющей пускового тока электродвигател . Это обеспечиваетс  снижением порога срабатывани  компаратора свободного периодического тока на ( величину апериодической составл ю/

щей, котора  выдел етс  как разность полуволн тока в начале пуска, когда в свободном переходном токе отсутствует периодическа  составл юща , выз- ванна  вращением ротора, и в последующем компенсируетс  в сигнале, сравниваемом компаратором с уставкой.

За счет компенсации в свободном токе его апериодической составл ющей повышаетс  быстродействие защиты при несосто вшихс  пусках и заклинивани х ротора. Отсутствие в сигнале, по которому идентифицируетс  разворот ротора , апериодической составл ющей большей свободной периодической составл ющей на начальном этапе пуска машины, позвол ет исключить из алгоритма функционировани  защиты врем  затухани  апериодического тока до значений, меньших свободного периодического тока. Это снижает перегрев машины при ее подключении к сети с заклиненным ротором при стопорени х в процессе работы.

За счет зависимости степени ускорени  срабатывани  защиты при заторможенном роторе от тока снижаетс  врем  срабатывани  с увеличением тока короткого замыкани , что позвол ет снизить размеры повреждений машины.

формула изобретени 

Способ токовой защиты асинхронно- го электродвигател , при котором раздельно измер ют средневыпр мленные амплитудные значени  тока статора каждого знака, получают сумму этих токов , сравнивают ее величину вместе с производной по времени с уставкой срабатывани  отсечки по току, превышающей пусковое значение, и при их равенстве разрешают срабатывание защиты, одновременно моделируют теп- ловое состо ние машины и по достиже

0

5 0

5

0

нии предельно допустимой температуры разрешают срабатывание защиты, одновременно выдел ют свободные периодические составл ющие тока статора низ1- ших частот, вызванных апериодическими составл ющими тока ротора и его вращением , вычитают модули отрицательных полуволн тока статора из модулей положительных, сравнивают полученную разность с заданным значзнием, в случае превышени  которого на заданном интервале разрешают срабатывание защиты с выдержкой времени, большей времени разгона машины, а в случае, если полученна  разность меньше на заданном интервале, разрешают ускоренное отключение электродвигател , при этом свободные составл ющие тока статора получают низкочастотной фильтрацией разности модулей полуволн тока, а моделирование теплового состо ни  выполн ют электрически дл  статора, ротора и магнитопровода машины, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем улучшени  чуствительности защиты к свободной периодической составл ющей пускового тока и быстродействи  при заклинивани х ротора и коротких замыкани х , дополнительно выдел ют начальное значение апериодических составл ющих тока статора хак разность полуволн тока в начале пуска, когда свободные периодические составл ющие , вызванные вращением ротора, отсутствуют , в последующем вычитают апериодические составл ющие из разности полуволн тока статора, а заданный интервал времени устанавливают равным максимальному значению первого периода разворота ротора на 360 эл. град., при этом ускорение срабатывани  при заторможенном роторе выполн ют с обратно зависимой от тока выдержкой времени.

т

2 гпф

.JiL

&

А

J i

Z9228Sl

Claims (1)

1. формула изобретения

   Способ токовой защиты асинхронно- 35 го электродвигателя, при котором раздельно измеряют средневыпрямленные амплитудные значения тока статора каждого знака, получают сумму этих токов, сравнивают ее величину вместе с производной по времени с уставкой срабатывания отсечки по току, превышающей пусковое значение, и при их [равенстве разрешают срабатывание 'защиты, одновременно моделируют тепловое состояние машины и по достиже нии предельно допустимой температуры разрешают срабатывание защиты, одновременно выделяют свободные периодические составляющие тока статора низших частот, вызванных апериодическими составляющими тока ротора и его вращением, вычитают модули отрицательных полуволн тока статора из модулей положительных, сравнивают полученную разность с заданным значением, в случае превышения которого на заданном интервале разрешают срабатывание защиты с выдержкой времени, большей времени разгона машины, а в случае, если полученная разность меньше на заданном интервале, разрешают ускоренное отключение электродвигателя, при этом свободные составляющие тока статора получают низкочастотной фильтрацией разности модулей полуволн тока, а моделирование теплового состояния выполняют электрически для статора, ротора и магнитопровода машины, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения чуетвитальности защиты к свободной периодической доставляющей пускового тока и быстродействия при заклиниваниях ротора и коротких замыканиях, дополнительно выделяют началь ное значение апериодических составляющих тока статора как разность полуволн тока в начале пуска, когда : свободные периодические составляющие, вызванные вращением ротора, отсутствуют, в последующем вычитают апериодические составляющие из разности полуволн тока статора, а заданный интервал времени устанавливают равным максимальному значению первого периода разворота ротора на 3θ0 эл. град., при этом ускорение срабатывания при заторможенном роторе выполняют с обратно зависимой от тока выдержкой времени.

   * 6