SU936188A1

SU936188A1 - Device for protecting star-connected three-phase load from two-phase operation

Info

Publication number: SU936188A1
Application number: SU802970382A
Authority: SU
Inventors: Евгений Федорович Минаков; Владимир Федорович Минаков; Владимир Михайлович Кожевников
Original assignee: Северо-Кавказский научно-исследовательский институт природных газов
Priority date: 1980-08-05
Filing date: 1980-08-05
Publication date: 1982-06-15

Description

Изобретение относится к электро-* технике, а именно к устройствам защиты трехфазных электроприемников, включая двигатели, от нарушения одной из фаз.The invention relates to electrical * equipment, in particular to devices for protecting three-phase power consumers, including motors, from violation of one of the phases.

Известно устройство для защиты трехфазных электродвигателей от перекоса фаз, содержащее реле, зашунтированное конденсатором и через диод подключенное к нулевой точке двигателя £l ].A device is known for protecting three-phase electric motors from phase imbalance, comprising a relay shunted by a capacitor and connected through a diode to the motor zero point £ l].

Недостатком этого устройства является его невысокая чувствительность при использовании для защиты асинхронных двигателей, для которых в ₍ нормальном режиме характерно наличие напряжения смещения нейтрали (обусловливаемое неидеальностью магнитной системы, неидентичностью обмоток, несимметрией питающего напряжения). В результате при исчезновении фазы сети'питания изменение действующего значения напряжения смещения нейтрали может составлять лишь 3-3,5¾ по сравнению с нормальным режимом от номинального линей-, ного напряжения сети.The disadvantage of this device is its low sensitivity when used for protection of induction motors, for which ₍ normal operation is characterized by the presence of a neutral bias voltage (due to imperfect magnetic system, non-identical windings, asymmetry of the supply voltage). As a result, when the mains phase disappears, the current value changes neutral bias voltage can be only 3-3.5¾ compared with the normal mode of the rated linear, line voltage.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты трехфазной нагрузки, соединенной в звезду, от обрыва фазы, содержащее умножитель напряжения, вход которого через встречно включенные стабилитроны соединен с нулевой точкой двигателя, а выход через резистор - с исполнительным реле £2 ].Closest to the proposed technical essence is a device for protecting a three-phase load connected to a star from phase failure, containing a voltage multiplier, the input of which is connected through the zener diodes counterclockwise to the motor zero point, and the output through the resistor is connected to an actuating relay £ 2].

Введение стабилитронов позволяет ограничить напряжение, подаваемое на умножитель, а следовательно, и на исполнительное реле в нормальном режиме. Тем самым несколько увеличивается разница между напряжениями исполнительного реле в нормальном и неполнофазном режимах.The introduction of zener diodes allows you to limit the voltage supplied to the multiplier, and therefore to the Executive relay in normal mode. Thereby, the difference between the voltages of the executive relay in normal and out-of-phase modes is slightly increased.

К недостаткам данного устройства также следует отнести невысокую чувствительность к обрыву одной из фаз, так.как стабилитроны, выбранные по напряжению смещения нейтрали одного двигателя, могут дать недостаточное ограничение напряжения нормального режима или его чрезмерное огра- 5 ничение в аварийном режиме для двигателя другого типа. Кроме того, в устройстве должно использоваться нестандартное высокоомное исполнительное реле (для исключения шунти- ю рования выхода умножителя).The disadvantages of this device should also include a low sensitivity to the breakdown of one of the phases, as zener diodes selected by the neutral bias voltage of one motor can give insufficient voltage limitation of the normal mode or its excessive limitation in emergency mode for another type of motor. In addition, the device must use a non-standard high-resistance executive relay (to exclude the shunting of the multiplier output).

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты 15 трехфазной нагрузки, соединенной в звезду, от работы на двух фазах, содержащее диод, стабилитрон, резистор, конденсаторы и исполнительный элемент, включенный в нулевой провод 20 нагрузки, дополнительно введены импульсный трансформатор, динистор и тиристор, при этом первичная обмотка импульсного.трансформатора включена между двумя фазами питающей сети, а 25 вторичная подключена одним выводом к аноду стабилитрона, зашунтированного конденсатором, и к аноду тиристора, подключенного через исполнительный элемент - реле, зашунтированный ₃q конденсатором, к нулевому проводу сети, а другим выводом через диод, соединенный катодом с катодом упомянутого стабилитрона и анодом динистора', - к управляющему электроду тиристора,· катод которого соединен· с нулевой точкой нагрузки.This goal is achieved by the fact that in the device for protecting 15 three-phase load connected to the star from two-phase operation, containing a diode, a zener diode, a resistor, capacitors and an actuator included in the load neutral wire 20, an additional pulse transformer, a dynistor and thyristor, while the primary winding of the pulse transformer is connected between the two phases of the supply network, and the 25th secondary is connected by one output to the anode of the zener diode, shunted by the capacitor, and to the thyristor anode, is connected th through the actuating element - the relay shunted ₃ q capacitor to the neutral conductor network, and the other terminal of the diode coupled to the cathode to the cathode of said zener diode and the anode dynistor '- to the control electrode of the thyristor, · cathode of which is connected · zero load point.

На фиг. I-представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства,* на фиг. 2 - диаграм- ₄₀ма изменения мгновенного значения напряжения смещения нейтрали при двигательном характере нагрузки.In FIG. I-presents a schematic electrical diagram of the proposed device * in FIG. 2 - diagram - ₄₀ mA changes in the instantaneous value of the neutral bias voltage with the motor nature of the load.

I · ' 'I

Устройство содержит тиристор 1, последовательно соединенный с испол- ⁴⁵нительным элементом 2, зашунтированным конденсатором 3, и подключенный с названными элементами между нулевыми точками сети к трехфазной нагрузке 4. Управляющий электрод тиристора 50 1 через динистор 5 и резистор 6 подключен к конденсатору 7 и катоду стабилитрона 8, анод которого и второй конец конденсатора 7 соединены с анодом тиристора 1.' Конденсатор, 55 кроме того, через диод 9 подключен к вторичной обмотке импульсного трансформатора 10, первичная обмотка кото рого соединена с фазами сети (например В и С) .The apparatus 1 comprises a thyristor connected in series with ispol- ⁴⁵ tional element 2, shunt capacitor 3 and connected with said elements between the zero points of the network to a three-phase load 4. The control electrode of the thyristor 50 dynistor 1 through 5 and the resistor 6 is connected to the capacitor 7 and the cathode a zener diode 8, the anode of which and the second end of the capacitor 7 are connected to the anode of the thyristor 1. ' The capacitor 55 is also connected through a diode 9 to the secondary winding of a pulse transformer 10, the primary winding of which is connected to the phases of the network (for example, B and C).

На фиг. 2 введены обозначения:In FIG. 2 designations introduced:

- момент времени включения динистора в нормальном режиме работы двигателя;- the time of the inclusion of the dinistor in normal engine operation;

t.^ - момент времени запирания динистора в нормальном режиме работы двигателя',t. ^ is the time instant of locking the dynistor in normal engine operation ',

- момент времени перехода двигателя в двухфазный режим,’’- the moment of time the engine goes into two-phase mode, ’’

Ц - то же, что и Ц , но в ненормальном режиме;C - the same as C, but in an abnormal mode;

tg- - то же, что и t , но в неполнофазном режиме; _й tg- is the same as t, but in an out-of-phase mode; _th

Up- мгновенное значение напряжения смещения нейтрали, при котором происходит включение динистора.Up - instantaneous value of the neutral bias voltage at which the dynistor is switched on.

Анализ напряжения смещения нейтрали трехфазного асинхронного двигателя показывает, что в нормальном режиме работы в его спектре доминирует третья гармоника питающего напряжения (см,интервал 0-б^фиг.2) . Доля высших нечетных гармоник меньше третьей (ими можно пренебречь). Наличие напряжения третьей гармоники объясняется насыщением магнитопровода машины при прохождении тока каждой фазы через максимум.Analysis of the neutral bias voltage of a three-phase asynchronous motor shows that in normal operation, the third harmonic of the supply voltage dominates in its spectrum (see, interval 0-b ^ Fig.2). The fraction of higher odd harmonics is less than the third (they can be neglected). The presence of the third harmonic voltage is explained by the saturation of the magnetic circuit of the machine when the current of each phase passes through the maximum.

При работе асинхронной машины в двухфазном режиме происходит смещение нейтрали в сторону середины вектора полнофазного линейного напряжения. Доминирует в напряжении нейтрали двигателя первая гармоника (см.фиг.2, начиная с момента наступления неполнофазного режима - Ц). Высшие гармоники, как и в нормальном режиме, исключены из рассмотрения.When the asynchronous machine operates in two-phase mode, the neutral is shifted towards the middle of the vector of the full-phase linear voltage. The first harmonic dominates in the neutral voltage of the engine (see Fig. 2, starting from the moment of the occurrence of an in-phase mode - C). Higher harmonics, as in normal mode, are excluded from consideration.

В предлагаемом устройстве для питания исполнительного элемента 2 используется одна за период питающего напряжения положительная полуволна смещения нейтрали, увеличение площади которой, а следовательно, и величины тока через исполнительный элемент в неполнофазном режиме больше изменения амплитуды рассматриваемого напряжения (см.фиг,2).In the proposed device for supplying the actuating element 2, one positive half-wave of the neutral bias is used for the period of the supply voltage, the increase in the area of which, and therefore the magnitude of the current through the actuating element in the out-of-phase mode, is greater than the change in the amplitude of the voltage under consideration (see Fig. 2).

С помощью импульсного трансформатора 10 ежепериодно формируется пара коротких импульсов разной полярности. Положительным импульсом, проходящим через диод 9 и ограниченным до фиксированной величины стабилитроном 8, осуществляется заряд конденсатора 7. Напряжение включения динистора 5 выбирается, больше уровня конденсатора 7. К цепочке из последовательно соединенных динистора 5 и управляющего перехода через резистор 6 и обмотку исполнительного элемента 2 прикладывается суммарное напряжение конденсатора 7 и смещения нейтрали двигателя. При величине напряжения смещения нейтрали равной Ug (фиг.2) упомянутая сумма достаточна для включения динистора. В нормальном режиме двигателя в момент времени , следовательно, включается динистор 5, управляющий переход тиристора 1 обтекается током, конденсатор 7 разряжается. Отпирание тиристора обеспечивает протекание тока через исполнительный элемент 2 в течение времени (см. на фиг.2 заштрихованную область). Одновременно заряжается конденсатор 3, отдающий энергию исполнительному элементу 2 при закрытом тиристоре.Using a pulse transformer 10, a pair of short pulses of different polarity is formed periodically. A positive pulse passing through the diode 9 and limited to a fixed value by the zener diode 8 carries out the charge of the capacitor 7. The voltage of the inclusion of the dynistor 5 is selected higher than the level of the capacitor 7. A chain of series-connected dynistor 5 and a control transition through the resistor 6 and the winding of the actuator 2 is applied the total voltage of the capacitor 7 and the neutral offset of the engine. When the magnitude of the neutral bias voltage is equal to Ug (figure 2), the said amount is sufficient to turn on the dinistor. In the normal mode of the engine at a time, therefore, the dynistor 5 is turned on, the control transition of the thyristor 1 is streamlined by a current, the capacitor 7 is discharged. Unlocking the thyristor allows current to flow through the actuator 2 over time (see the shaded area in FIG. 2). At the same time, a capacitor 3 is charged, which gives energy to the actuating element 2 with the thyristor closed.

Так как появление нового положительного импульса Трансформатора 10 возможно лишь в следующий период, то до момента времени t -j тиристор закрыт (так как конденсатор 7 разряжен и денистор 5 поэтому заперт) . В следующий период процессы повторяются. Исполнительный элемент выбирается так, что срабатывание его при силе тока, определяемой величиной напряжения, пропорционального заштрихованной области в интервале Ц - t^, не происходит.Since the appearance of a new positive pulse of Transformer 10 is possible only in the next period, until the time t -j the thyristor is closed (since the capacitor 7 is discharged and the denistor 5 is therefore locked). In the next period, the processes are repeated. The actuator is selected so that it does not occur when the current is determined by the magnitude of the voltage proportional to the shaded region in the interval Ц - t ^.

В двухфазном режиме включение динистора 5 и отпирание тиристора 1 происходит в момент t^. Ток исполнительного элемента определяется напря-, жением, пропорциональным заштрихованной площади в интервале - t^·, и достаточен для его срабатывания.In the two-phase mode, the inclusion of the dinistor 5 and the unlocking of the thyristor 1 occurs at time t ^. The current of the actuating element is determined by the voltage proportional to the hatched area in the interval - t ^ ·, and is sufficient for its operation.

В отрицательные полупериоды напряжения смещения нейтрали конденсатор 3 обеспечивает питание исполнительного элемента 2 устройства защиты. Последний отключает защищаемый электроприемник от сети.In the negative half-periods of the neutral bias voltage, the capacitor 3 provides power to the actuator 2 of the protection device. The latter disconnects the protected power supply from the network.

При статическом характере защищаемой нагрузки напряжение нейтрали в нормальном режиме равно нулю (исполнительный элемент при этом обесточен), а в, двухфазном режиме возрастает до фазного, чем обеспечивается надежноеWith the static nature of the protected load, the neutral voltage in normal mode is zero (the actuator is de-energized), and in the two-phase mode it increases to phase, which ensures reliable

936188 6 срабатывание устройства защиты. Динистор 5 применен в схеме с целью исключения разряда конденсатора 7 до момента отпирания тиристора 1.936188 6 operation of the protection device. The dinistor 5 is used in the circuit to eliminate the discharge of the capacitor 7 until the thyristor 1 is unlocked.

Положительный эфеект предлагаемого устройства заключается в повышении его чувствительности.Если напряжение нейтрали двигателя в нормальном и аварийном режимах составляет соответственно 25 Ви 35 В, то их отношение равно 35 ~^· = 1,4. Расчеты показывают, что напряжение на исполнительном элементе увеличивается в двухфазном режиме в 2,5 раза, в то время как напряжение смещения нейтрали возрастает лишь в 1,4 раза. Тем самым повышается чувствительность устройства к неполнофазным режимам электродвигателей.The positive effect of the proposed device is to increase its sensitivity. If the neutral voltage of the engine in normal and emergency conditions is 25 V and 35 V, respectively, then their ratio is 35 ~ ^ · = 1.4. Calculations show that the voltage at the actuating element increases in two-phase mode by 2.5 times, while the neutral bias voltage increases only by 1.4 times. This increases the sensitivity of the device to out-of-phase modes of electric motors.

Claims

3, such as zener diodes selected at the neutral bias voltage of one engine, may give insufficiently limited normal voltage or its excessive limiting in emergency mode for another type of engine. In addition, a non-standard high impedance actuating relay should be used in the device (to avoid shunting the multiplier output). The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device. The goal is achieved by the fact that a device to protect a three-phase load connected in a star against two-phase operation, containing a diode, a zener diode, a resistor, capacitors and an actuator included in the zero load wire, is additionally introduced a pulse transformer, a distor and a thyristor, at the same time, the primary winding of the pulse transformer is connected between the two phases of the power supply network, and the secondary one is connected to the anode of a zener diode bounded by a capacitor, and to the anode of the thyristor connected o through an actuating element, a relay shunted by a capacitor, to the neutral wire of the network, and another terminal through a diode connected by a cathode to the cathode of the said Zener diode and the anode of the dynistor; - to the control electrode of the thyristor, - the cathode of which is connected, with the zero point of the load. Fig. 1- shows the circuit diagram of the proposed device; Fig. 2 is a diagram of the change in the instantaneous value of the bias voltage of the neutral when the motor nature of the load. The device contains a thyristor 1 connected in series with an executive element 2, a shunt capacitor 3 and connected with these elements between zero points of the network to a three-phase load A. The control electrode of the thyristor 1 through a dynistor 5 and a resistor 6 is connected to a capacitor 7 and the cathode of the Zener diode 8 the anode of which and the second end of the capacitor 7 are connected to the anode of the thyristor 1. The capacitor, in addition, through diode 9 is connected to the secondary winding of the pulse transformer 10, the primary winding of which is connected to the phases am networks (for example B and C). FIG. 2 notation is entered: t is the instant of switching on the dynistor in the normal operation of the engine; t moment lock the dynistor in normal engine operation; t is the moment of engine transition to the two-phase mode, t is the same as 1 ;. but in abnormal mode; tg- - the same as t, but in an incomplete phase mode; and 3 is the instantaneous value of the neutral bias voltage at which the switching of the dynistor occurs. An analysis of the bias voltage of a three-phase asynchronous motor shows that, in normal operation, the third harmonic of the supply voltage dominates its spectrum (see interval .2). The proportion of higher odd harmonics is less than the third (they can be neglected). The presence of the third harmonic voltage is explained by the saturation of the machine magnetic circuit when the current of each phase passes through a maximum. When an asynchronous machine operates in two-phase mode, the neutral is shifted towards the middle of the vector of a full-phase linear voltage. The first harmonic dominates in the neutral motor voltage (see Fig. 2, starting with the onset of a non-phase mode - t3). Higher harmonics, as in the normal mode, are excluded from consideration. In the proposed device for powering the actuating element 2, for the period of the supply voltage, a positive half-wave neutral displacement is used, the increase in the area of which, and hence the amount of current through the actuator in the incomplete-phase mode, is greater than the amplitude variation of the voltage under consideration (see Fig.2). With the aid of a pulse transformer 10, a pair of short pulses of different polarity is formed every time. A positive pulse passing through the diode 9 and limited to a fixed value by the Zener diode 8 is charged by the capacitor 7. The switching voltage of the dynistor 5 5 is chosen greater than the level of the capacitor 7. To the chain of series-connected dynistor 5 and control transition through a resistor 6 and the winding of the actuating element 2 applies the total voltage of the capacitor 7 and the displacement of the engine neutral. When the bias voltage of the neutral is U "(Fig. 2), the said amount is sufficient to turn on the dynistor. In the normal mode of the engine, at the moment of time, therefore, the dynistor 5 is turned on, the control transition of the circulator 1 is flowed around, and the capacitor 7 is discharged. Unlocking the thyristor 1 provides current flow through the actuating element 2 during the time t - 2 (see the shaded area in figure 2). At the same time, the capacitor 3 is energized, giving away energy to the executive element 2 with the thyristor closed. Since the occurrence of a new positive impulse of the transponder 10 is possible only in the next period, the thyristor is closed until time tj (since the capacitor 7 is discharged and the denistor 5 is therefore locked). In the next period the processes are repeated. The actuating element 2 is selected so that its operation at a current strength determined by a voltage value proportional to the shaded area in the interval t does not occur. In the two-phase mode, the switching of the dynistor 5 and the unlocking of the thyristor 1 occurs at the moment t. The current of the actuating element is determined by the voltage proportional to the shaded area in the interval t - t and is sufficient to trigger it. In negative half-periods of the neutral bias voltage, capacitor 5 provides power to the actuator 2 of the protection device. The latter disconnects the protected electrical input from the network. With the static nature of the protected load, the neutral voltage in the normal mode is zero (the actuator is de-energized in the two-phase mode to phase, which ensures reliable operation of the protection device. The dynistor 5 is used in the circuit to eliminate the capacitor 7 until unlocking the thyristor 1. The positive effect of the proposed device is to increase its sensitivity. If the voltage of the neutral engine in normal and emergency modes is respectively 25 V and 35 V, their ratio is xg I,. Calculations show that the voltage on the actuator increases in two-phase mode by 2.5 times, while the bias voltage of the neutral increases only 1 times. device is sensitive to incomplete-phase modes of electric motors. Invention A device for protecting a three-phase load connected in a star from two-phase operation, comprising a diode, a zener diode, a resistor, capacitors and an actuator included in the zero load wire, distinguishes Moreover, in order to increase the sensitivity, a pulse transformer, a dynistor and a thyristor are additionally introduced into it, the primary winding of the pulse transformer is connected between two phases of the supply network, and the secondary is connected to the anode of a zener diode bored by a capacitor and to the anode of the thyristor connected via an actuator - a relay, shunted by a capacitor, to the neutral wire of the network, and another output through a diode connected by a cathode to the cathode of the said Zener diode and anode - to the control electrode of the thyristor, the cathode of which is connected to the zero point of the load. Sources of information taken into account during the examination 1.Vuzovsky V.P. Information sheet Stavropol TSNTI number 169-77

2. USSR author's certificate No. 550717, cl. H 02 H 7/09, 1973.

00

Ce

7

jf

ia f