Устройство для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети

 

Использование: в системах электроснабжения, а именно в устройствах релейной защиты трехфазных асинхронных электродвигателей, особенно подъемно-транспортных механизмов. Сущность изобретения: сравнение по фазе токов электродвигателя, сдвинутых на угол в симметричном трехфазном и на угол в однофазном (при пропадании фазы сети) режимах и сравнение по фазе междуфазных напряжений на зажимах электродвигателя, сдвинутых на угол в симметричном трехфазном и однофазном режимах и на угол, близкий или равный при внешних междуфазных коротких замыканиях. 2 ил.

Устройство для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети (фиг. 1) содержит измерительные трансформаторы тока 1, 2, 3, установленные в каждой фазе на входе электродвигателя, измерительные трансформаторы междуфазных напряжений 4, 5, 6, первичные обмотки которых присоединены к зажимам для подключения к междуфазным напряжениям питающей сети, два - первый (элементы 7, 8, 9) и второй (элементы 10, 11, 12) формирователя последовательностей прямоугольных импульсов напряжений U₇-U₉ и U₁₀-U₁₂ (фиг. 2) с длительностями положительных полупериодов токов и междуфазных напряжений соответственно две - первую и вторую логические схемы, при этом каждая логическая схема выполнена в виде трех двухвходовых элементов ИЛИ 13, 14, 15 и 16, 17, 18 соответственно, шесть элементов 19, 20, 21, 22, 23, 24 временной задержки, два - первый 25 и второй 26 трехвходовых элемента ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ 27 и исполнительный элемент 28.

При этом вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока 1, 2, 3 через первый формирователь последовательностей прямоугольных импульсов (элементы 7, 8, 9) подключены к первой логической схеме (элементы ИЛИ 13, 14, 15), выходы которой через соответствующие элементы задержки 19, 20, 21 подключены к входам первого трехвходового элемента ИЛИ 25, выход которого подключен к неинверсному входу элемента ЗАПРЕТ 27, инверсный вход которого подключен к выходу второго трехвходового элемента ИЛИ 26, входы которого подключены к выходам соответствующих элементов задержки 22, 23, 24, входы которых подключены к выходам второй логической схемы (элементы ИЛИ 16, 17, 18), входы которой через второй (элементы 10, 11, 12) формирователь последовательностей прямоугольных импульсов подключены к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов 4, 5, 6 междуфазных напряжений, а выход элемента ЗАПРЕТ 27 подключен к входу исполнительного элемента 28.

Действие устройства для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети основано на изменении угла сдвига фаз между токами i_a, i_b; i_b, i_c; i_c, i_a и напряжениями U_ab, U_bc; U_bc, U_ca; U_ca, U_ab от _c.p= 2/3 в трехфазном симметричном режиме до _o.p= между двумя из указанных токов при однофазном режиме работы и до (2/3) < _к.н между двумя из указанных напряжений при двухфазных коротких замыканиях.

Устройство действует следующим образом. В нормальном симметричном режиме при указанном угле сдвига фаз _c.p= 2/3 длительность прямоугольных импульсов на выходах всех элементов ИЛИ 13-18, формируемых логическим суммированием последовательностей прямоугольных импульсов на выходах элементов 7-9 и 10-12, например импульса U₁₃ = U₇ U₈ (фиг. 2,а) на выходе элемента 13, логически суммирующего импульсы на выходе элементов 7 и 8, составляет t_c.p. = (5/6)/_п = (5/6)T_п = 16,66 мс, где _п , T_п - угловая промышленная частота и длительность периода промышленного тока соответственно, и меньше времени задержки на срабатывание T_о.з.с. элементов 19-21 задержки t_с.р. < T_о.з.с. = T_П = 20 мс, например элемента 19 в цепи импульсов напряжения U₁₃. Поэтому на выходах элементов 19-24 временной задержки, т.е. на всех входах логических элементов 25 и 26 и на их выходе, напряжения отсутствуют - логические нули. Устройство не формирует отключающего воздействия на выключатель электродвигателя (U₂₈ = 0).

При исчезновении одной из фаз, например фазы C, - наступлении однофазного режима работы электродвигателя угол сдвига фаз между токами двух фаз, например токами i_a, i_b фаз A и B равен _o.p= , и длительность импульсов напряжения U₁₃ = U₇ U₈ на выходе элемента 13 увеличивается до T_П (фиг. 2,б) - возникает непрерывный потенциальный сигнал U₁₃. Он проходит через элемент временной задержки 19 и логический элемент ИЛИ 25 - на неинверсный вход элемента ЗАПРЕТ 27 поступает логическая единица в виде напряжения U₁₃.

В связи с генерированием вращающимся электродвигателем ЭДС в обмотке, потерявшей питание, практически равной или близкой и по амплитуде, и по фазе к напряжению исчезнувшей фазы, треугольник междуфазных напряжений на входе электродвигателя практически сохраняется, углы сдвига фаз междуфазных напряжений остаются близкими к _c.p= 2/3 [3]. Поэтому как и в нормальном симметричном режиме на выходе логического элемента ИЛИ 26 логический нуль (U₂₆ = 0), поступающий на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 27 и разрешающий прохождение логической единицы U₁₃ на его неинверсном входе на вход исполнительного элемента 28, спустя время T_о.з.с, формирующего воздействие U₂₈ на отключение выключателя электродвигателя.

При внешнем двухфазном коротком замыкании угол сдвига фаз между напряжениями каждой из поврежденных и неповрежденной фазой, например U_ab и U_bc при коротком замыкании между фазами C и A, увеличивается до (2/3) < _к.н< . Соответственно увеличивается длительность t_k импульса U₁₆ = U₁₀ U₁₁ (фиг. 2, в) на выходе элемента ИЛИ 16, логически суммирующего импульсы U₁₀, U₁₁ на выходах элементов 10, 11, до близкой или равной длительности периода (5/6)T_п < t_k T_п. При времени задержки T_к.з.с на срабатывание элементов задержки 22-24 T_к.з.с < t_k импульс U₁₆ проходит через элемент задержки, в данном случае 22, элемент ИЛИ 26 и поступает в виде напряжения U₂₆ на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 27, не разрешая прохождение на его выход логической единицы U₂₅, поступающей на его неинверсный вход, вследствие увеличения угла сдвига фаз между токами поврежденных фаз двухфазного короткого замыкания, как и при однофазном режиме работы, до _т.к= _o.p= . Излишнее действие устройства на отключение электродвигателя при внешнем двухфазном коротком замыкании предотвращается. Четкость действия элемента ЗАПРЕТ 27 обеспечивается расширением импульса U₂₆ до непрерывного потенциального за счет задержки T_к.з.в на возврат элементов 22-24: разрыв импульса U₁₆ возможен при _к.н< и соответственно t_k < T_п. При этом потенциальная единица U₂₆ приходит на инверсный вход элемента 27 раньше единицы U₂₅, поступающей на его неинверсный вход, поскольку напряжение, в данном случае U_ab, опережает по фазе ток i_a (фиг. 2, в).

Применение описанного устройства для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети может повысить их эксплуатационную надежность за счет исключения излишних отключений при внешних двухфазных коротких замыканиях и увеличить надежность и безопасность работы подъемно-транспортных механизмов, нагруженные электродвигатели которых могут опрокидываться при наступлении однофазного режима, вследствие чего возможно падение грузов. При быстродействии отключения электродвигателя рассмотренным устройством обеспечивается соответственно быстродействие электрических тормозов приводов подъемно-транспортных механизмов.

Формула изобретения

Устройство для быстродействующей защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от пропадания фазы питающей сети, содержащее измерительные трансформаторы тока, установленные в каждой фазе на входе электродвигателя, первую логическую схему, первый элемент задержки и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью обеспечения быстродействия и исключения излишних отключений электродвигателей при внешних двухфазных коротких замыканиях в питающей сети, в устройство введены измерительные трансформаторы междуфазных напряжений, два формирователя последовательностей прямоугольных импульсов, два трехвходовых элемента ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, пять элементов задержки и вторая логическая схема, при этом каждая логическая схема выполнена в виде трех двухвходовых элементов ИЛИ, при этом вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока через первый формирователь последовательностей прямоугольных импульсов подключены к первой логической схеме, выходы которой через соответствующие элементы задержки подключены к входам первого трехвходового элемента ИЛИ, выход которого подключен к неинверсному входу элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого подключен к выходу второго трехвходового элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам соответствующих элементов задержки, входы которых подключены к выходам второй логической схемы, входы которой через второй формирователь последовательностей прямоугольных импульсов подключены к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов междуфазных напряжений, первичные обмотки которых присоединены к зажимам для подключения к междуфазным напряжениям питающей сети, а выход элемента ЗАПРЕТ подключен к входу исполнительного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2