Устройство для защиты трехфазного асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты, от работы на двух фазах

 

(ЩО3 СОВЕТСНИХ

СОЦ1АЛИСтИЧЕСНИХ щоъьлин (51) 5 Н 02 Н 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .l СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГЦСУДАРСТВЕНИЫ1 НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНйЯИ И ОТНРЫТийм

ПрИ 1 1Т CCW (61) 1394321 (21) 4354891/07 (22) 04. 01.88 (46) 0701.91. Бюл. И 1 (72) Ю. Н. Стулов и М. Л. Шагин (53) 621.316. 925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1394321, кл. H 02 Н 7/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЕМОГО

ОТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ, ОТ РАБОТЫ

НА ДВУХ ФАЗАХ SU.„16 9365 А2

2 (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение допустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения преобразователя. Ложные срабатывания устрой— ства защиты при работе на малых частотах исключаются sa счет того, что опрос состояния порогового элемента

10 производится лишь на коротком интервале времени, когда на третьем входе элемента И 11 присутствует импульс синхронизации с выхода блока 13. 2 ил.

1619365

Изобретение относится к электро "ехникс мОжбт быть использовано для 3GI щиты трехфазных асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, при обрыве одной из фаз двигателя и является усовершенствованием устройства по авт. св. N - 1394321.

Цель изобретения - расширение допустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения преобразователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2— временные диаграммы напряжений, пояс- 15 няющие работу устройства.

Устройство для защиты содержит преобразователь 1 частоты, в который входит управляемый выпрямитель 2, подключенный через силовой фильтр 3 и датчик 4 тока к инвертору 5 напряжения, к выходу которого подключен асинхронный двигатель 6, вход управления ..::нвертора 5 напряжения подключен к первому выходу блока 7 управления, второй выход которого подключен к входу управления выпрямителя 2. На первый вход блока 7 управления подается напряжение задания U > частоты вращения асинхронного двигателя 6, выход

50 датчика 4 тока подключен через последовательно соединенные блок 8 выделения модуля и фильтр 9 к входу порогового элемента IO,, выход которого подключен к первому входу элемента И 11, с второй вход которого через блок 12 за."- держки подключен к третьему выходу блока 7 управления. Третий вход элемента И i i подключен через блок 13 формирования длительности импульсов синхронизации к четвертому выходу блока 7 управления, а выход элемента

И 11 подключен к второму входу блока

7 управления.

Блок 7 управления выполнен по ти- 45 повой схеме и содержится, например, в преобразователе частоты типа ПЧС-1,0.

Блок формирования длительности импульсов синхронизации может быть выполнен, например „в виде формирователя коротких импульсов е

Устройство работает следующим образоми.

Информация о токе, протекающем в фазах обмотки статора асинхронного двигателя, снимается с датчика 4 tQ

55 ка, вклю- енного во входную силовую цепь инвертора 5 напряжения, В простейшем случае в качестве датчика 4 тока может быть использован резистор из нихромовой проволоки. В нормаль; ом режиме работы асинхроан-гс двнг-. : к I.

6 напряжение на датчике 4 тока представляет собой последовательность импульсов с частотой, в шесть раз превышающей частоту выходного напряжения преобразователя 1 частоты. В зависиио— сти от коэффициента мощности асинхрон ного двигателя и режима его работы (режим двигателя или генератора) импульсы могут быть двухполярньпчи, однополярными без постоянной составляющей или однополярнымн с постоянной составляющей.

В исходном состоянии, когда преобразователь 1 частоты выключен, выходные напряжения датчика 4 тока, блока

8 выделения модуля и фильтра 9 равны нулю. На выходе порогового элемента

10 и соответственно на первом входе элемента И 11 присутствует сигнал логическая 1", что свидетельствует об отсутствии тока в фазах асинхронного двигателя 6, Однако дальнейшее прохождение этого сигнала заблОКировано наличием сигнала логического "0" поступающего на второй вход элемента

И 11 с выхода блока 12 задержки. На выходе элемента И 11 присутствует сигнал логический "0".

При включении преобразователя 1 частоты (момент времени tq фиг. 2) на входе блока 12 задержки появляется сигнал логической "1", а на выходе преобразователя — напряжение„ частота которого определяется амплитудой напряжения U А. На интервале времени

t < — t в асинхронном дьигателе имеет место электромагнитный переходный процесс установления фазных токов. В течение этого времени поток и огибающая аытлитуды импульсов входного тока инвертора 5 напряжения нарастают по экспоненциальному закону с постоянной времени медленной апериодической составляющей, создающей основной поток при включении неподвижного асинхронного двигателя.

На вход блока 13 фориирования длительности импульсов синхронизации поступают импульсы прямоугольной формы с выхода блока 7 управления. В качест— ве импульсов синхронизации работы устройства защиты используется последовательность выходных импульсов управляемого генератора, который является неотъемпемой частью канала управления

1619 < частотой выходного напряжения преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Частот,«следования выходных импульсов управляемого генератора и шесть раз превышает

5 частоту выходного напряжения преобразователя. Появление каждого импульса генератора приводит к изменению состояния триггеров ко.«ьцевого рас««реле- 0

1о лителя импульсов в блоке управления, переключению силовых ключей в инверторе 5 напряжения и, как следствие этого переключения, к скачкообразному изменению мгновенных значений амплитуды входного тока инвертора 5 напряжения и выходного напряжения блока 8 вь«деления модуля (фиг, 2), Напряжение, поступающее с датчика

4 тока, преобразуется блоком 8 выделе- 20 ния модуля в напряжение положительной полярности. Коэффициент усиления блока 8 выделения модуля выбирается такой, чтобы напряжение на его выходе достигало значения напряжения насьпце — 25 ния уже при токе двигателя порядка

0,1-0,2 от номинального, что обеспечивает надежную работу устройства в широком диапазоне изменения тока, потребляемого двигателем от преобразователя частоты, Увеличение выходного напряжения блока 8 выделения модуля сопровождается соответствующим увеличением выходного напряжения фильтра 9, В момент времени t, оно достигает зна35 чения опорного напряжения порогового элемента 10, который переключается, и на его выходе устанавливается сигнал логического "0", что свидетельствует об отсутствии обрыьа фазы асинхронно- 4 го двигателя 6. В момент времени на выходе блока 12 задержки устанавливается сигнал логическои "1" и бло— кировка элемента И 11 снимается. Устройство защиты готово к работе.

На интервале времени t« — t6 имеег место нормальный режим работы ясинхронного двигателя 6 (обрыв фазы отсутствует). В этом режиме импульсы тока на датчике 4 могут быть днухпо— лярные и однополярные с постоянной составляющей или без нее в зависимости от коэффициента мощности асинхронного двигателя и режима его работь«„

С точки зрения возможности появления ложных срабатывании устройства защиты наиболее критичным является режим работы асинхронного двигателя, при котором отсутствует иостоянн-.«я

«;5 6

cоста««г«яющая RA входном тс ке ««««вертора напряжения, поэт<.му ««а фиг. 2 ««ри ° ведены эпюры на««ряжений именно для

".òîãî режима работы. Постоянная вре— мени фильтра 9 ныбирается такой, что бы напряжение на выходе фильтра не успевало уменьшаться за время задержки на включение очередного ключа иннертора 5.до значения, равного опорному напряже«п«ю порогового элемента

10 (задержка на включение для исключения pew«Ma сквозных токов в инверторе 5 напряжения выбирается на практике равной 10 — 30 мкс). Выполнение этого условия гарантирует исключение ложных срабатываний устройства защиты в моменты появления кратковременных бестоковых интервалов в кривой входного тока инвертора 5 напряжения, имеющих место при переключении ключей (AHI 2, интервалы времени t — t+).

При обрыве одной и=- фаз асинхронного двигателя 6 (момент времени . ) вид «оследовательности импульсов с датчика 4 тока суще твенным образом изменяется по сравнению с нормальным режимом работы. Во-первых, в три раза уменьшается частота следования импульсов, и в 1,5 раза и более увеличивается пх амплитуда. Ro-âòopûõ, в последовательности импульсов дважды за период выходного напряжения пре- . образователя 1 частоты имеют место бестоковые интервалы, длительностью

1/6 часть периода выходного напряжения преобразователя, которые используются для идентификации режима обрыва фазы в асинхронном двигателе.

На интервалах бестоконых пауз, обусловленных обрывом одной из фаз, напряжения на выходах датчика 4 тока и блока 8 выделения модуля скачкообразно уменьшаются до нулевого значения, что приводит к уменьшению выходного напряжения фильтра 9. В момент времени t< оно достигает значения напряжения на опорном входе порогоного элемента 10, который переключается, и на его выходе формируется сигнал логической "1", что свидетельствует об обрыве одной из фаз асинхронного двигателя. Однако на выходе устройства защиты импульс "Обрыв фазы" сформирован не будет, так как к моменту срабаты" вания порогового элемен — à 10 на третьем входе элемента И 11 уже не будет импульса синхронизации с блока 13 формирования длительности. Устройство за1619 5

«,ll I и < жи»нет»рих«да с»едующего импул ь<.» <:и»хронизации с блока 7 управления

««ре«бразователя 1 частоты. За время ожила»ия, равное длительности бестоков<«й ««вузы, напряжение на выхопе фильт5 ра 9 уменьшается до нуля, на выходе пор«говог о элемента 10 удерживается с<»гнал логической "1", что свидетельствует об обрыве одной иэ фаз асинхронного двигателя.

В момент времени t на четвертом выходе блока 7 управления и соответственно на выходе блока 13 <««ормирования длительности импульсов синхронизации появляется импульс синхронизации положительной полярности, который проходит через элемент И 11 на выход устройства защиты и далее на блок 7 управления преобразователя частоты, На интервале времени t — t<<, длительность которого равна задержке на включение очередного ключа инвертора 5 напряжения по отношению к переднему фронту выходного импульса управляемого генератора им»ульсов блока 7 управления, выходные напряжения датчика 4 тока, блока 8 вы— деления модуля и фильтра 9 остаются равными нулю, а »а выходе порогового элемента 10 присутствует сигнал логической "1", Поэтому длительность выходного импульса "Обрыв фазы" на выходе устройства защиты однозначно о««ределяется длительностью импульса синхронизации на выходе блока 13.

В момент времени t и включается очередной ключ в инверторе 5 напряжения. Напряжения на вьгходе датчика 4 тока, блока 8 выделения модуля и фильтра 9 начинают плавно увеличиваться.

В момент времени t „ пороговый элемент

10 возвращается в исходное состояние.

Преобразователь 1 частоты должен работать таким образом, чтобы с приходом на блок 7 управления первого импульса Обрыв фазы формирование управляющих импульсов на выпрямитель 2 прекращается, в результате чего выходное напряжение преобразователя 1 частоты и соответственно ток асинхронного двигателя б уменьшаются до нуля.

Одновременно с блокировкой управляемого выпрямителя 2 можно блокировать и формирова»ие управляющих импульсов на инвертор 5 напряжения.

Таким «браз«м, »реплагаемое устройство по срав»ению с известным имеет существ<»я«б< ль«««с и допустимый диапазон изм<.««»»я част< ты выходного наHd пряже ««H ««р еОбра зоватР3«я от ««о«1««

»аль»ОЙ до близкой к I) ë«<<, ., 1«õ««ü«e сра ба тына ния устройства защиты»ри работе на малых частотах исключены за счет того, что опрос состояния по— рогового элемента производится лишь на коротком интервале времени, к«гда на третьем входе элемента И 11 при<.утствует импульс синхронизации с блока 13.

Кроме того, существенно упрощается выбор постоянной времени фильтра 9, Ее значения выбираются, исходя лишь из процессов, возникающих в силовой части преобразователя 1 частоты при переключении ключей инвертора 5 напряжения. Характер протекания этих процессов одинаков на всех частотах выходного напряжения преобразователя, поэтому единственным условием, которое необходимо выполнить для обеспечения надежной работы устройства зал /\

«ать«) является < и, я . «= ь имп.си н«<р где „„„— длительность импульса им<«.c««<«ð синхронизации положительной полярности на выходе блока 13;

Л заф„аы«« задержка на включение очередного ключа инвертора 5 напряжения (порядка

10-30 мкс), обеспечиваемая работой устройства исключения сквозных токов в блоке 7 управления преобразователя

1 частоты. При практической реализации предлагаемого устройства можно использовать следующее простое соотношение между этими постояннь«ми времени:

nz 0 5л

««м<«,с«<н«<« Зад,в«<л

Если полярность импульсов управляемого генератора с выхода 4 блока 7 управления положительная и их длительность удовлетворяют приведенному усло вию, то блок 14 формирования импульсов синхронизации может бьггь исключен из устройства, при этом выход 4 блока управления 7 подключается последовательно к третьему входу элемента И 11.

Формула изобретения

Устройство для за«<в«ты трехфазного асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты, от работы на двух фазах по авт. св. У 1394321, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения допустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения пре«бразователя, оно дополни1619365

db/х11

Риг.2

Составитель A. Васильев

Редактор Н. Яцола Техред Д,олийнык Корректор О. Ципле

Заказ 53 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4/5

Нроизводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 тельно снабжено блоком Аормирования длительности импульсов синхронизации, вход которого подключен к четвертому ы» m

blbIка выходу блока управления преобразова= теля частоты, а выход подключен к третьему входу элемента И.