Устройство защиты электродвигателя

Устройство защиты электродвигателя относится к области электротехники, а именно к устройствам и компонентам для защиты электродвигателей. В электротехнике известны и используются устройства контроля и токовой защиты электродвигателей, состоящие из комплекта датчиков тока, электронной схемы обработки сигналов датчиков, обнаруживающей аварийные ситуации, исполнительного устройства для отключения электродвигателя при возникновении аварийной ситуации и средств для задания параметров защит. Однако эти устройства либо не контролируют наличия утечки на землю (тока нулевой последовательности), либо требуют для этого наличия дополнительного датчика, измеряющего сумму фазных токов.

Технический результат предлагаемого решения заключается в обеспечении контроля тока утечки на землю (тока нулевой последовательности) без использования дополнительного датчика за счет анализа суммы измеренных фазных токов вместо анализа измеренной суммы фазных токов, что достигается в первом варианте при помощи суммирования выходных сигналов датчиков тока с помощью аналогового сумматора, во втором варианте суммированием выходных токов трансформаторных датчиков тока, и в третьем варианте - суммированием измеренных фазных токов в цифровом виде.

3 н.з.п. формулы, 3 илл.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам и компонентам для защиты электродвигателей.

В настоящее время в электротехнике известны устройства токовой защиты электродвигателей, состоящие из комплекта датчиков тока, электронной схемы обработки сигналов датчиков, обнаруживающей аварийные ситуации, исполнительного устройства для отключения электродвигателя при возникновении аварийной ситуации узла индикации аварийных режимов и средств для задания параметров защит.

Известно устройство "Монитор двигателя МД-2" (http://www.rele.tomsk.ru/menu/ product.html), обеспечивающее защитное отключение в следующих аварийных ситуациях:

- при перегрузке по току недопустимой продолжительности (поломка или заклинивание приводных механизмов, разрушение подшипников и т.д.);

- при недопустимом снижении нагрузки (холостой ход, поломка приводных механизмов, сухой ход насоса и т.д.) электроустановки;

- при обрыве любой фазы;

- при перекосе фаз по току;

- при коротком замыкании (по уровню сверхтока).

При подключении дополнительного модуля Ml, монитор обеспечивает блокировку запуска при снижении сопротивления изоляции обмоток электродвигателя на корпус ниже допустимого уровня.

Однако устройство не контролирует утечку на землю (токи нулевой последовательности) в процессе работы двигателя.

Известны также "Универсальные блоки защиты асинхронных электродвигателей УБ3-302" (http://www.novatek-elec.energoportal.ru/universalnyj-blok-zaschity-elektrodvigatelya-ubz-302-184511.htm), предназначенные для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и действующих значений фазных/линейных токов трехфазного электрооборудования 380 В/50 Гц, в первую очередь, асинхронных электродвигателей, УБЗ обеспечивает защиту электродвигателей при:

- некачественном сетевом напряжении (недопустимые скачки напряжения, обрыв фаз, нарушение чередования и слипания фаз, перекос фазных/линейных напряжений);

- механических перегрузках (симметричный перегруз по фазным/линейным токам);

- защита по превышению порога тока обратной последовательности;

- несимметрии фазных токов без перегруза, связанных с нарушением изоляции внутри двигателя и/или подводящего кабеля (сравнение коэффициента несимметрии тока по обратной последовательности с коэффициентом несимметрии напряжения по обратной последовательности);

- исчезновении момента на валу электродвигателя («сухой ход» - для насосов) - защита по минимальному пусковому и/или рабочему току;

- затянутому пуску двигателя или блокировки ротора;

- недопустимо низком уровне изоляции обмотки статора от корпуса двигателя (проверка перед включением);

- замыкании на «землю» обмотки статора во время работы - защита по токам утечки на «землю»;

- тепловой перегрузке двигателя;

- перегреве обмоток (определяется температура обмоток при использовании встроенных в двигатель температурных датчиков или температура корпуса при использовании внешних температурных датчиков).

При этом для измерения токов утечки на землю (токов нулевой последовательности) используется дополнительный датчик тока в добавление к трем фазным датчикам, измеряющий общий ток трех фаз питания двигателя. Недостатком устройства является необходимость использования дополнительного, четвертого датчика.

Целью заявляемого технического решения является обеспечения возможности контроля тока утечки на землю (тока нулевой последовательности) без усложнения конструкции устройства (без использования дополнительного датчика).

Указанная цель и технический результат достигаются следующим образом.

Предлагаемое устройство защиты электродвигателя включает в себя, как и известные устройства УБ3-302 и МД-2, датчики тока, измеряющие фазные токи электродвигателя, электронную схему обработки сигналов датчиков, включающую в себя аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, обнаруживающую аварийные ситуации, исполнительное устройство для отключения электродвигателя при возникновении аварийной ситуации и средства для задания параметров защит, а измерение тока утечки на землю (тока нулевой последовательности) осуществляется путем измерения дополнительным входом аналого-цифрового преобразователя суммы сигналов датчиков фазных токов, которая, при условии достаточной линейности датчиков, пропорциональна току утечки на землю (току нулевой последовательности).

Действительно, известные датчики тока, как трансформаторного типа, так и с магниточувствительным элементом, например типа датчика холла или магниторезистора, в рабочей области выдают сигналы, пропорциональные мгновенному значению тока в измерительной цепи, что позволяет заменить измерение суммы токов в фазных проводах двигателя (как делается в УБ3-302) измерением суммы сигналов с выходов фазных датчиков.

При использовании трансформаторных датчиков тока, пользуясь тем, что они имеют токовый выходной сигнал, можно произвести суммирование не напряжений с индивидуальных нагрузочных резисторов датчиков, а мгновенных токов датчиков, пропорциональных мгновенным токам фаз питания двигателя, соединив вторые концы датчиков и подключив их к дополнительному нагрузочному резистору.

Как вариант, возможно суммирование уже оцифрованных аналого-цифровым преобразователем мгновенных значений сигналов датчиков, пропорциональных значениям мгновенных значений токов, если моменты выборки этих значений по трем фазам близки по времени настолько, чтобы их можно было считать одновременными.

Все варианты заявляемой полезной модели объединены единым замыслом и соответствуют требованию единства полезной модели, поскольку они имеют одно и то же назначение, осуществляют контроль одних и тех же показателей одним и тем же путем и направлены на достижение одного и того же технического результата.

Полезная модель поясняется чертежами.

На рис.1 представлена блок-схема заявляемого устройства контроля и защиты электроустановки по первому варианту. На рис.2 - блок-схема заявляемого устройства контроля и защиты электроустановки по второму варианту. На рис.3 - блок-схема заявляемого устройства контроля и защиты электроустановки по третьему варианту. На рисунках буквами А, В, С обозначены фазы питания, ЭД - электродвигатель.

Первый вариант устройства содержит датчики 1, 2, 3, измеряющие фазные токи электродвигателя, исполнительное устройство 4, служащее для отключения электродвигателя при возникновении аварийных ситуаций, согласующее устройство 5, необходимое для согласования сигналов датчиков с входами аналого-цифрового преобразователя, аналоговый сумматор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, микропроцессор 8, блок индикации 9. Аналоговый сумматор 6 может быть выполнен например, на трех резисторах одинакового номинала.

Второй вариант устройства содержит трансформаторные датчики 1, 2, 3, измеряющие фазные токи электродвигателя, исполнительное устройство 4, служащее для отключения электродвигателя при возникновении аварийных ситуаций, согласующее устройство 5, необходимое для согласования сигналов датчиков с входами аналого-цифрового преобразователя, аналого-цифровой преобразователь 7, микропроцессор 8, блок индикации 9, индивидуальные нагрузочные резисторы датчиков 10, 11, 12, и дополнительный нагрузочный резистор 13, на котором суммируются токи фазных датчиков.

Третий вариант устройства содержит датчики 1, 2, 3, измеряющие фазные токи электродвигателя, исполнительное устройство 4, служащее для отключения электродвигателя при возникновении аварийных ситуаций, согласующее устройство 5, необходимое для согласования сигналов датчиков с входами аналого-цифрового преобразователя, аналого-цифровой преобразователь 7, микропроцессор 8, блок индикации 9 и входящий в состав микропроцессора цифровой сумматор измеренных токов датчиков 14.

Устройство работает следующим образом:

Как и у известных аналогов, при работе двигателя микропроцессор на основании измеренных датчиками и оцифрованных аналого-цифровым преобразователем значений фазных токов контролирует работу двигателя и при наступлении аварийной ситуации выдает сигнал исполнительному устройству на отключение питания двигателя, кроме того, микропроцессор анализирует в первом варианте - оцифрованную аналого-цифровым преобразователем сумму сигналов датчиков, выработанную аналоговым сумматором и зависящую непосредственно от суммы токов в фазах питания двигателя, во втором варианте - оцифрованную аналого-цифровым преобразователем сумму токов обмоток датчиков трансформаторного типа, и в третьем варианте - микропроцессор анализирует сумму измеренных и оцифрованных значений фазных токов, полученную с помощью входящего в состав микропроцессора сумматора.

По законам электротехники при отсутствии утечки на землю мгновенная сумма токов в фазах равна нулю. Поэтому отличие ее от нуля, превышающее погрешность измерения означает наличие утечки на землю (тока нулевой последовательности) и микропроцессор имеет возможность принять решение о наличии аварийной ситуации и выдать сигнал исполнительному устройству на отключение двигателя.

1. Устройство защиты электроустановки, содержащее датчики тока по одному для каждой фазы питающей сети, микропроцессор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, исполнительное устройство, блок индикации, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, выходы микропроцессора соединены со входами исполнительного устройства и блока индикации, выходы датчиков тока через согласующее устройство соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что дополнительно содержит аналоговый сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы датчиков тока дополнительно соединены через согласующее устройство с входами аналогового сумматора.

2. Устройство защиты электроустановки, содержащее трансформаторные датчики тока по одному для каждой фазы питающей сети, микропроцессор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, исполнительное устройство, блок индикации, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, выходы микропроцессора соединены со входами исполнительного устройства и блока индикации, первые выходы датчиков тока соединены с первыми выводами соответствующих нагрузочных резисторов и через согласующее устройство с входами аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что вторые выводы датчиков тока соединены между собой, с первым выводом дополнительного нагрузочного резистора и через согласующее устройство с дополнительным входом аналого-цифрового преобразователя, при этом вторые выводы нагрузочных резисторов соединены с общим проводом аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство защиты электроустановки, содержащее датчики тока по одному для каждой фазы питающей сети, микропроцессор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, исполнительное устройство, блок индикации, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом микропроцессора, выходы микропроцессора соединены со входами исполнительного устройства и блока индикации, выходы датчиков тока через согласующее устройство соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что микропроцессор дополнительно содержит сумматор оцифрованных значений сигналов датчиков фазных токов.