SU1619365A2 - Устройство дл защиты трехфазного асинхронного двигател , питаемого от преобразовател частоты, от работы на двух фазах - Google Patents

Description

(61) 1394321

(21)4354891/07

(22)04.01.88

(46) 07.01.91. Бюп, № 1

(72) Ю. Н. Стулов и М. Л. Шагин

(53)621.316.925(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР ff 1394321, кл. Н 02 Н 7/08, 1986.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЕМОГО ОТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ, ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ ФАЗАХ

(57) Изобретение относитс  к электротехнике . Цель изобретени  - расширение допустимого диапазона изменени  частоты выходного напр жени  преобра - зовател . Ложные срабатывани  устройства защиты при работе на малых частотах исключаютс  за счет того, что опрос состо ни  порогового элемента 10 производитс  лишь на коротком интервале времени, когда на третьем входе элемента И 11 присутствует импульс синхронизации с выхода блока 13. 2 ил.

Сеть

&W

(-j-У--Ч

JjЈ)

ОЭ

се со о ел

1Ч

Фиг1

Изобретение относитс  к электротех1 кккс, может быть использовано дл  защиты трехфазных асинхронных двигателей , питаемых от преобразовател  частоты с промежуточным звеном посто нного тока, при обрыве одной из фаз двигател  и  вл етс  усовершенствова - нием устройства по авт. св. № 1394321.

Цель изобретени  расширение до- пустимого диапазона изменени  частоты выходного напр жени  преобразовател .

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы напр жений, по с- н ющие работу устройства.

Устройство дл  защиты содержит преобразователь 1 частоты, в который входит управл емый выпр митель 2, подключенный через силовой фильтр 3 и датчик 4 тока к инвертору 5 напр же- нит, к выходу которого подключен асинхронный двигатель 6, вход управлени  - вертора 5 напр жени  подключен к г.ервому выходу блока 7 управлени , второй выход которого подключен к вхо ДУ управлени  выпр мител  2„ На первый вход блока 1 управлени  подаетс  напр жение задани  частоты вращени  асинхронного двигател  6, выход датчика / тока подключен через после доватсльно соединенчые блок 8 выделени  модул  и фильтр 9 к входу nopoiо- вого элемента 105 выход готорого подключен к первому входу элемента И 11, второй вход которого через блок 12 задержки подключен к третьему выходу блока 7 управлени . Третий вход элемента И 11 подключен через блок 13 формировани  длительности импульсов синхронизации к четвертому выходу блока 7 управлени , а выход элемента И 11 подключен к второму входу блока 7 управлени .

Блок 7 управлени  выполнен по типовой схеме и содержитс , например, в преобразователе частоты типа ПЧС-1,0 Блок формировани  длительности импульсов синхронизации может быть вы

полней, например, в виде формировател  коротких импульсов.

Устройство работает следующим образом .

ИнАормаич  о токе, протекающем в фазаг обмотки статора асинхронного двигател , снимаетс  с датчика .4 тока , вклю ;енного во входную силовую цепь инвертора 5 напр жени . В простейшем случае в качестве датчика 4

g

5

0 5 . -

0

5

45

0

5

тока может быть использован резистор из нихромовой проволоки. В нормали,;ом режиме работы асинхронного дчьг г.1 i, 6 напр жение на датчике 4 тока представл ет собой последовательность импульсов с частотой, в шесть раз превышающей частоту выходного напр жени  преобразовател  1 частоты. В зависимо - сти от коэффициента мощности асинхрон - ного двигател  и режима его работы (режим двигател  или генератора) импульсы могут быть двухпол рными, од- нопол рными без посто нной составл ющей или однопол рными с посто нной составл ющей .

В исходном состо нии, когда преобразователь 1 частоты выключен, выходные напр жени  датчика 4 тока, блока 8 выделени  модул  и фильтра 9 равны нулю. На выходе порогового элемента 10 и соответственно на первом входе элемента И 11 присутствует сигнал логическа  1, что свидетельствует об отсутствии тока в фазах асинхронного двигател  6. Однако дальнейшее прохождение этого сигнала заблокировано наличием сигнала логического О, поступающего на второй вход элемента И 11 с выхода блока 12 задержки. На выходе элемента И 11 присутствует сигнал логический О.

При включении преобразовател  1 ча - сготы (момент времени t, фиг, 2) на входе блока 12 задержки по вл етс  сигнал логической , а на выходе . преобразовател  - напр жение, частота которого определ етс  амплитудой напр жени  изад. На интервале времени t ( - t5 ч асинхронном дъигателе имеет место электромагнитный переходный процесс установлени  фазных токов, В течение этого времени поток и огибающа  амплитуды импульсов входного тока инвертора 5 напр жени  нарастают по экспоненциальному закону с посто нной времени медленной апериодической составл ющей , создающей основной поток при включении неподвижного асинхронного двигател .

На вход блока 13 формировани  длительности импульсов синхронизации поступают импульсы пр моугольной формы с выхода блока 7 управлени . В качестве импульсов синхронизации работы устройства защиты используетс  последовательность выходных импульсов управл емого генератора, который  вл етс  неотъемлемой частью канала управлени 

51ft

частотой выходного напр жени  преобразовател  частоты с промежуточным звеном посто нного тока. Частот. следовани  выходных импульсов управл емого генератора в шесть раз превышает частоту выходного напр жени  преобразовател . По вление каждого импульса генератора приводит к изменению состо ни  триггеров кольцевого распределител  импульсов в блоке управлени , переключению силовых ключей в инверторе 5 напр жени  ч, как следствие этого переключени , к скачкообразному изменению мгновенных значений амплитуды входного тока инвертора 5 напр жени  и выходного напр жени  блока 8 выделени  модул  (фиг. 2).

Напр жение, поступающее с датчика 4 тока, преобразуетс  блоком 8 выделени  модул  в напр жение положительной пол рности. Коэффициент усилени  блока 8 выделени  модул  выбираетс  такой , чтобы напр жение на его выходе достигало значени  напр жени  насыщени  уже при токе двигател  пор дка 0,1-0,2 от номинального, что обеспечивает надежную работу устройства в широком диапазоне изменени  тока, пот ребл емого двигателем от преобразовател  частоты. Увеличение выходного напр жени  блока 8 выделени  модул  сопровождаетс  соответствующим увеличением выходного напр жени  фильтра 9. В момент времени t2 оно достигает зна - чени  опорного напр жени  порогового элемента 10, который переключаетс , и на РГО выходе устанавливаетс  сигнал логического О, что свидетельствует об отсутствии обрыьа фазы асинхронного двигател  6. В момент времени t на выходе блока 12 задержки устанавливаетс  сигнал логической 1 и блокировка элемента И 11 снимаетс . Устройство защиты готово к работе.

На интервале времени t - tg имеет место нормальный режим работы асинхронного двигател  6 (обрыв фазы отсутствует ) . В этом режиме импульсы тока на датчике 4 могут быть двухпо - л рные и однопол рные с посто нной составл ющей или без нее в зависимо- сти от коэффициента мощности асинхронного двигател  и режима его работы.

С точки зрени  возможности по влени  ложных срабатываний устройства защиты наиболее критичным  вл етс  режим работы асинхронного ,чвига ел , при котором отсутствует посто нна 

5й

составл юща  во входном токе инвертора напр жени , поэтому на фиг. 2 при -. ведены эпюры напр жении именно дл  этого режима работы. Посто нна  вре - мени фильтра 9 выбираетс  такой, что - бы напр жение на выходе фильтра не успевало уменьшатьс  за врем  задержки на включение очередного ключа ин- „ вертора 5 до значени , равного опорному напр жению порогового элемента 10 (задержка на включение дл  исключени  режима сквозных токов в инверторе 5 напр жени  выбираетс  на прак тике равной 10-30 мкс). Выполнение этого услови  гарантирует исключение ложных срабатываний устройства защиты в моменты по влени  кратковременных бестоковьгх интервалов в кривой

0 входного тока инвертора 5 напр жени , имеющих место при переключении ключей (фиг. 2, интервалы времени t - tg). При обрыве одной из фаз асинхронного двигател  6 (момент времени t7)

5 вид последовательности импульсов с датчика 4 тока существенным образом измен етс  по сравнению с нормальным режимом работы. Во-первых, в три раза уменьшаетс  частота следовани  им0 пульсов, и в 1,5 раза и более увеличиваетс  их амплитуда. Во-вторых, в последовательности импульсов дважды за период выходного напр жени  преобразовател  1 частоты имеют место бестоковые интервалы, длительностью 1/6 часть периода выходного напр жени  преобразовател , которые используютс  дл  идентификации режима обрыва фазы в асинхронном двигателе.

. На интервалах бестоковых пауз, обусловленных обрывом одной из фаз, напр жени  на выходах датчика 4 тока и блока 8 выделени  модул  скачкообразно уменьшаютс  до нулевого значени , что приводит к уменъше гию выходного напр жени  фильтра 9. В момент времени tj оно достигает значени  напр жени  на опорном входе порогового элемента 10, который переключаетс , и на

5

его выходе формируетс  сигнал логической 1, что свидетельствует об обры - ве одной из фаз асинхронного двигател . Однако на выходе устройства защиты импульс Обрыв фазы сформирован не будет, так как к моменту срабаты- вани  порогового элемента 10 на третьем йходе элемента И 11 уже не будет импульса синхронизации с блока 13 формировани  длительности. Устройство заном ы ожидает прихода слрдукнцего импуль- -л синхронизации с блока 7 управлени  преобразовател  1 частоты. За врем  ожидани , равное длительности бестоко- вий паузы, напр жение на выходе фильт- ра 9 уменьшаетс  до нул , на выходе порогового элемента 10 удерживаетс  сигнал логической 1, что свидетельствует об обрыве одной из фаз асинхронного двигател .

10

В момент времени t на четвертом выходе блока 7 управлени  и соответст - венно на выходе блока 13 формировани 

длительности импульсов синхронизации

20

по вл етс  импульс синхронизации положит ельной пол рности, который проходит через элемент И 11 на выход устройства защиты и далее на блок 7 управлени  преобразовател  частоты. На интервале времени t - t , длительность которого равна задержке на включение очередного ключа инвертора 5 напр жени  по отношению к переднему фронту выходного импульса управл емого генератора 25 импульсов блока 7 управлени , выходные напр жени  датчика 4 тока, блока 8 вы - делени  модул  и фильтра 9 остаютс  равными нулю, а на выходе порогового элемента 10 присутствует сигнал логи- JQ ческой 1, Поэтому длительность выходного импульса Обрыв фазы на выходе устройства защиты однозначно определ етс  длительностью импульса синхронизации на выходе блока 13.

В момент времени t() включаетс  очередной ключ в инверторе 5 напр жени . Напр жени  на выходе датчика 4 тока, блока 8 вьделени  модул  и фильтра 9 начинают плавно увеличиватьс .

35

40

В момент времени t .„ пороговый элемент 10 возвращаетс  в исходное состо ние. Преобразователь 1 частоты должен работать таким образом, чтобы с приходом на блок 7 управлени  первого импульса Обрыв фазы формирование управл ющих импульсов на выпр митель 2 прекращаетс , в результате чего выходное напр жение преобразовател  1 частоты и соответственно ток асинхронного двигател  б уменьшаютс  до нул . Одновременно с блокировкой управл емого выпр мител  2 можно блокировать и формирование управл ющих импульсов на инвертор 5 напр жени .

Таким пбрлчом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет сушегт рнно большой допустимый диапазон ИТМГ-МГРНИЯ частоты выходного на

напр жение преобразовател  - от номинальной до близкой к нулю. Ложные срабатывани  устройства зашиты при работе на малых частотах исключены за счет того, что опрос состо ни  порогового элемента производитс  лишь на коротком интервале времени, когда на третьем входе элемента И 11 присутствует импульс синхронизации с блока 13.

Кроме того, существенно упрощаетс  выбор посто нной времени фильтра 9. Ее значени  выбираютс , исход  лишь из процессов, возникающих в силовой части преобразовател  1 частоты при переключении ключей инвертора 5 напр жени . Характер протекани  этих процессов одинаков на всех частотах выходного напр жени  преобразовател , поэтому единственным условием, которое необходимо выполнить дл  обеспечени  надежной работы устройства за- щиты,  вл етс  Јимп.С(Днхр ь Ј , где имисичхр длительность импульса синхронизации положительной пол рности на выходе блока 13j Јзад &кл задержка на включение очередного ключа инвертора 5 напр жени  (пор дка 10-30 мкс), обеспечиваема  работой устройства исключени  сквозных токов в блоке 7 управлени  преобразовател  1 частоты. При практической реализации предлагаемого устройства можно использовать следующее простое соотношение между этими посто нными времени :

i;

имо,

J,5i3aAiS(,A

Если пол рность импульсов управл емого генератора с выхода 4 блока 7 управлени  положительна  и их длительность удовлетвор ют приведенному уело - вию, то блок 14 формировани  импульсов синхронизации может быть исключен из устройства, при этом выход 4 блока управлени  7 подключаетс  последовательно к третьему входу элемента И 11.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  защиты трехфазного асинхронного двигател , питаемого от преобразовател  частоты, от работы на двух фазах по авт. св. № 1394321, отличающеес  тем, что, с целью расширени  допустимого диапазона изменени  частоты выходного напр жени  преобразовател , оно дополнительно снабжено блоком формировани  длительности импульсов синхронизации, вход которого подключен к четвертому

   выходу блока управлени  преобразовател  частоты, а выход подключен к третьему входу элемента И.