Устройство управления и защиты асинхронного двигателя при неполнофазном режиме

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления и защиты асинхронных двигателей при неполнофазном режиме работы питающей сети. Техническим результатом является создание устройства, обеспечивающего надежную защиту двигателя при неполнофазном режиме. Особенность устройства управления и защиты асинхронного двигателя при неполнофазном режиме состоит в том, что оно применимо как на проектируемых, так и на действующих электроустановках, так как в устройстве возможно использовать магнитные пускатели и контакторы действующих электроустановок. Для этого необходимо перемотать намагничивающую катушку пускателя на две секции, чтобы получить доступ к среднему витку катушки, рассчитанной на линейное напряжение. Произведенные расчеты для некоторых типов пускателей третьего габарита показывают, что емкость конденсаторов, включенных последовательно с секциями на время пуска, составляет порядка 2,5 мкФ, а емкость конденсаторов, включаемых на все время включенного состояния пускателей, составляет порядка 0,35 мкФ. Управление устройством осуществляется включением в цепь среднего витка кнопки "Пуск" и "Стоп" или управляющего датчика. Достоинство устройства состоит также в том, что оно может быть внедрено персоналом самих предприятий, не дожидаясь производства устройств на электроаппаратных заводах электроэнергетической отрасли, содержащих двухсекционные катушки на магнитных пускателях и контакторах и комплектующие конденсаторы. 10 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для дистанционного управления и защиты двигателей трехфазного тока, в действующих и проектируемых электроустановках, при возникновении неполнофазного режима в питающей сети, и касается конструкции магнитных пускателей и контакторов, используемых в устройстве.

Как известно, для дистанционного управления электроустановками, в частности, используются магнитные пускатели и контакторы, включаемые на фазное или линейное напряжение трехфазной сети. (Л-1, стр. 271 и 275).

Известно, что при потере напряжения на одной фазе включенный двигатель продолжает работать.

На фиг.1 и фиг.2 показана цепь намагничивающего тока, называемого током подпитки. Создаваемая этим током намагничивающая сила

F_n=I_n·W_k

достаточна для удержания магнитного пускателя в сработавшем состоянии.

В одном случае обрыва фазы возможно включение пускателя и двигателя на две фазы, фиг. 3.

Неполнофазный режим работы питающей сети вызывает опасные перегрузки по току у двигателей трехфазного тока и является главной причиной их повреждения.

Защита двигателей от перегрузки с помощью теплового реле не обладает в этом случае требуемой степенью надежности.

Ненадежная работа устройств защиты асинхронных двигателей на действующих электроустановках является причиной многочисленных случаев их повреждения. Наиболее часто повреждаются двигатели небольшой мощности и двигатели, работающие в автоматическом повторно-кратковременном режиме.

Цель изобретения состоит в поиске новых технических решений по созданию устройств, обеспечивающих надежную защиту двигателей при неполнофазном режиме как на действующих, так и на проектируемых электроустановках.

На действующих электроустановках поставленная цель достигается тем, что намагничивающая катушка контактора или магнитного пускателя, рассчитанная на линейное напряжение, подключается к трем фазам цепи, питающей электродвигатель, к одной фазе - средним витком напрямую, а к двум другим фазам - крайними витками через последовательно включаемые конденсаторы, фиг. 4.

Конденсаторы C₁ включаются в цепь катушками кратковременно - на момент пуска двигателя, а конденсаторы С₂ - на все время включенного состояния.

Емкость конденсаторов первой группы выбирается такой, чтобы ток в катушке при включении пускателя на две фазы был меньше минимального тока, необходимого для срабатывания пускателя, а емкость конденсаторов второй группы такой, чтобы ток, удерживающий пускатель в сработавшем состоянии, при обрыве одной фазы снижался до величины, меньшей необходимого для удержания.

Точка присоединения фазы к среднему витку делит катушку на две секции с равным числом витков

В действующих электроустановках доступ к среднему витку катушки пускателя осуществляется путем ее перемотки на две секции.

При полнофазном режиме работы питающей сети токи в секциях сдвинуты по фазе на 120. Создаваемые токами намагничивающие силы также сдвинуты на 120

F₁=I₁·W_c; F₂=I₂·W_c

(фиг. 5).

При неполнофазном режиме возможны два случая.

1. Обрыв фазы, к которой присоединен средний виток (средняя точка) катушки, фиг. 6.

Намагничивающую силу в этом случае создают две секции, соединенные последовательно и включенные на линейное напряжение

F’_k=I_k·W_k

2. Обрыв фазы, подключенной к крайним виткам, фиг. 7 и фиг. 8.

Намагничивающая сила в этом случае создается одной секцией, включенной на линейное напряжение

Кроме того, в этом случае намагничивающая сила создается током подпитки, проходящим через включенные главные контакты пускателя и статорную обмотку

F_n=I_n·W_c

Эта дополнительная намагничивающая сила, создаваемая секцией, подключенной к оборванной фазе, находится в противофазе с намагничивающей силой, создаваемой секцией, включенной непосредственно на линейное напряжение, ослабляет намагничивающую силу катушки и является положительным фактором

F’_k=F_1.2-F_n

Расчет емкости, включаемой на все время сработавшего состояния пускателя, производится с учетом первого случая обрыва. Расчетная схема представлена на фиг. 9.

Сопротивление цепи - Z_ц.уд, при котором ток в цепи катушки ограничивается до I_min.уд, минимально необходимого для удержания пускателя в сработавшем состоянии, согласно Л1, стр. 118, равно

Решая совместно уравнения (1) и (2) относительно Х_с2, имеем

Полученное расчетное уравнение представляет собой квадратное уравнение вида x²+px-q=0, где X_C2=X;

Значения величин в расчетном уравнении

Z_к.уд; r_к; I_min.уд; I_min.вкл на действующих электроустановках находят измерением и по паспортным данным;

_л - линейное напряжение трехфазной сети.

По найденному значению емкостного сопротивления конденсатора вычисляют его емкость и напряжение

Л1, стр. 115

_С2=I_min.уд·X_C2

По каталогу выбирается ближайшее меньшее значение емкости.

Активное сопротивление катушки пускателя во включенном состоянии пускателя во много раз меньше индуктивного и им можно пренебречь.

С учетом этого обстоятельства расчетная формула принимает более компактный вид

Выбор емкости конденсаторов, включаемых в цепь катушки пускателя при пуске двигателя, осуществляется согласно расчетной схеме фиг.10 по аналогичным формулам

_C1=I_min.вкл·X_c1

При полнофазном режиме токи I_min.вкл и I_min.уд увеличиваются в раз, что и обеспечивает нормальное функционирование пускателя.

Предлагаемое техническое решение по управлению и защите асинхронных двигателей при возникновении неполнофазного режима пригодно как для действующих, так и для проектируемых электроустановок.

Устройство не известно по источникам технической информации, обладает полезной и существенной новизной и требуемым уровнем патентоспособности.

Источники информации

1. Электротехника с основами промышленной электроники, В.Е.Китаев, П.С.Шляпинтох, изд. Высшая школа, М., 1973 год.

2. Защита асинхронных электродвигателей от работы на двух фазах, кандидат технических наук Е.Н.Зимин, УДК 321.313.333: 621.316.925.

3. Бюллетени технической информации №№8, 21, 22 за 1978 год и №№5,15 за 1979 год.

4. Статистика местных предприятий о повреждаемости асинхронных двигателей.

Формула изобретения

Устройство управления и защиты асинхронного двигателя при неполнофазном режиме работы питающей сети, состоящее из магнитного пускателя или контактора и двух групп конденсаторов, регулирующих ток в катушке, не допуская включения пускателя на две фазы и его работу на двух фазах, отличающееся тем, что катушка пускателя включается на три фазы цепи, питающей двигатель, - к одной фазе средним витком напрямую, к двум другим фазам - крайними витками через последовательно присоединяемые конденсаторы: одной группы - на момент включения пускателя, другой - на все время ее включенного состояния, емкость конденсаторов первой группы выбирается такой, чтобы ток при попытке включения на две фазы был меньше минимального тока срабатывания пускателя, а емкость конденсаторов второй группы такой, чтобы ток, удерживающий пускатель в сработавшем состоянии, при обрыве одной фазы снижался до величины, меньшей необходимого для удержания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9