Устройство контроля работы и защиты трехфазного электродвигателя

Авторы патента:

H02H7/09 - от перенапряжения; от уменьшения напряжения; от нарушения одной из фаз

Владельцы патента RU 2524926:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах контроля работы и защиты, преимущественно, асинхронных электродвигателей, применяемых в гребных электроприводах. Технический результат заключается в реализации простого и универсального устройства контроля исправности и защиты трёхфазного электродвигателя, характеризующегося простотой конструкции, низкой стоимостью, малыми габаритами и весом, а также высокой надёжностью. Устройство, содержащее датчики тока, компаратор с задатчиком порогового уровня, блок контактора с контактами в цепи питания электродвигателя снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, разностным усилителем и аналоговым делителем

напряжения. При этом каждый из блоков выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнен на трех операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями, а выходы выпрямленного напряжения одной из полярностей объединены и соединены с выходом наибольшего напряжения блока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предложение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах контроля работы и защиты трехфазного электродвигателя для диагностики его состояния и предотвращения перегрузки.

Известно устройство защиты трехфазных двигателей «СТРАЖ-02» (000 НПП «РАДИОАВТОМАТИКА», Паспорт и инструкция по эксплуатации ВГЛА. 468243.002 ПС, Брянск, 2001), содержащее два токовых датчика, канал токовой перегрузки, канал фазы, схему управления, блок питания, пускатель, кнопку «защита - сброс», элементы управления, регулировки и индикации. Устройство отключает двигатель при токовой перегрузке, обрыве одной из фаз и асимметрии фазных напряжений.

Недостаток устройства заключается в том, что оно срабатывает при уже возникшей аварийной ситуации и не обеспечивает предаварийной диагностики состояния двигателя. Кроме того, устройство требует достаточно трудоемких регулировок и настроек защиты под заданные характеристики двигателя.

Известно устройство для защиты электродвигателя (патент RU 2350001, МПК Н02Н 7/00, 20.03.2009), содержащее трансформаторы тока в фазах питания электродвигателя, магнитный пускатель, выпрямитель, блок контроля перегрузки, блок формирования времятоковой характеристики, компаратор и исполнительное реле.

Недостаток устройства также заключается в отсутствии определения предаварийного состояния двигателя и своевременного его отключения. Кроме того, элементы устройства, формирующие времятоковую характеристику, обладают большой нелинейностью и не обеспечивают ее полного соответствия реальной характеристике двигателя.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является электронная система и способ защиты для электрических двигателей (патент US 2011/0149446, МПК Н02Н 7/09, Н02Н 3/04, Н02Н 3/26, 23.06.2011). Система включает в себя датчики тока, установленные на шинах питания двигателя, контактор с контактами в цепи питания обмоток двигателя, центральный процессор, обрабатывающий по заданным алгоритмам поступающие на него сигналы от датчиков тока и напряжения, приводной и коммутационный интерфейсы, дисплей, звуковую и световую сигнализацию. Реализованный в системе способ позволяет охарактеризовать возникающие в двигателе повреждения и тенденции возможных повреждений. Тем самым обеспечивается своевременное отключение двигателя и предотвращение его работы в режимах, не предусмотренных спецификацией. Одним из наиболее важных параметров, контролируемых системой, является разбаланс фазных токов двигателя.

Недостатком системы является сложность и трудоемкость обработки большого массива данных, существенные аппаратные затраты и связанные с этим высокая стоимость, значительный вес, габариты и низкая надежность.

Предлагаемое устройство основано на контроле разбаланса фазных токов двигателя, причиной которого могут быть как внутренние, так и внешние факторы: межвитковые и межобмоточные замыкания, перегорание предохранителей и обрыв фазы, снижение сопротивления изоляции или ее пробой, перекос фазных напряжений. Все эти причины могут привести к аварии двигателя. Чем раньше будет выявлен недопустимый разбаланс фазных токов двигателя и произведено его отключение, тем выше вероятность его безаварийной работы.

На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля работы и защиты трехфазного электродвигателя.

Устройство содержит три датчика 1 тока на шинах питания электродвигателя, компаратор 2, вход 3 которого соединен с задатчиком 4 порогового уровня, а выход подключен к входу блока 5 контактора с контактами 6 в цепи питания обмоток 7 электродвигателя, и блок 8 индикации. Устройство снабжено двумя блоками 9, 10 выпрямления и выделения наибольшего напряжения, разностным усилителем 11 и аналоговым делителем 12 напряжения. Датчики 1 тока связаны с входами блока 9 выпрямления и выделения наибольшего напряжения, с выходом 13 которого соединен вход 14 усилителя 11, а с тремя другими выходами 15, 16, 17 - входы блока 10 выпрямления и выделения наибольшего напряжения. Выход 18 блока 10 подключен к входу 19 усилителя 11 и входу 20 делителя 12 напряжения, со вторым входом 21 которого соединен выход усилителя 11, а с выходом - первый вход 22 компаратора 2 и блок 8 индикации.

Каждый из блоков 9, 10 выполнен на трех операционных выпрямителях 23, 24, 25 с диодно-резистивными обратными связями, входы которых подключены к входам блоков. Выходы 26, 27, 28 выпрямленного напряжения одной (отрицательной) полярности объединены и соединены с выходами 13, 18 наибольшего напряжения блоков 9, 10, а выходы 29, 30, 31 выпрямленного напряжения другой (положительной) полярности операционных выпрямителей 23, 24, 25 блока 9 подключены к его трем другим выходам 15, 16, 17.

Блок 5 содержит ключ на транзисторе 32, вход которого соединен с входом блока 5. В коллекторную цепь транзистора 32 включена обмотка 33 контактора. Параллельно транзистору 32 подключены последовательно соединенные вспомогательный разомкнутый контакт 34 контактора и нормально-замкнутая кнопка 35 отключения контактора.

Устройство контроля работы и защиты трехфазного электродвигателя работает следующим образом.

При подаче питания на электродвигатель в обмотках 7 протекают фазные токи, воздействующие на датчики 1. На выходах датчиков 1 появляются постоянные положительные напряжения, пропорциональные действующим значениям фазных токов. В блоке 9 на объединенных выходах 26, 27, 28 выпрямителей 23, 24, 25 выделяется наибольшее (по величине) входное напряжение, пропорциональное, например, фазному току - I_A. Это напряжение имеет отрицательную полярность и поступает на выход 13 блока 9. Одновременно с этим на выходе 29 выпрямителя 23 блока 9 будет присутствовать напряжение равное нулю, а на выходах 30 и 31 выпрямителей 24, 25 блока 9 - положительные напряжения, пропорциональные разностям фазных токов: (I_A-I_B) и (I_A-I_C). Эти напряжения поступают на выходы 15, 16, 17 блока 9 и прикладываются к входам блока 10, который, аналогичным образом, выделяет на своем выходе 18 напряжение, пропорциональное максимальной (по величине) разности фазных токов двигателя, например (I_A-I_B). Полярность напряжения на выходе 18 блока 10, также как и на выходе 13 блока 9, отрицательная. Очевидно, что один из входящих в эту разность токов - I_A - является максимальным, а другой - I_B - минимальным фазным током. Напряжения с выходов 13, 18 блоков 9, 10 поступают на входы 14, 19 разностного усилителя 11. Усилитель 11 осуществляет вычисление напряжения, пропорционального среднеарифметическому значению максимального и минимального фазных токов, в соответствии с формулой:

I_A-1/2(I_A-I_B)=(I_A+I_B)/2.

Требуемые коэффициенты передачи по каждому входу 14, 19 усилителя 11 задаются с помощью соответствующих резисторов, подключенных к его входам.

Аналоговый делитель 12 определяет максимальную относительную величину разбаланса фазных токов как отношение максимальной разности фазных токов двигателя к их среднеарифметическому значению:

(I_A-I_B)/(I_A+I_B)/2.

Подключенный к выходу 22 делителя 12 блок 8 индикации отображает величину относительного рассогласования фазных токов электродвигателя, позволяя обслуживающему персоналу контролировать работу электродвигателя. При достижении этой величиной порогового уровня, задаваемого задатчиком 4, например 10-20%, срабатывает компаратор 2. Под действием выходного сигнала компаратора 2 в блоке 5 открывается транзистор 32, запитывающий обмотку 33 контактора. При этом размыкаются контакты 6, отключающие обмотки 7 электродвигателя от сети, и замыкается контакт 34, самоблокирующий обмотку 33 контактора. После устранения неисправности, вызвавшей дисбаланс фазных токов электродвигателя, с помощью кнопки 35 размыкается цепь обмотки 33 контактора, снимается ее блокировка и устройство возвращается в исходное состояние.

При необходимости устройство контроля работы и защиты может быть дооснащено элементами логики, памяти и индикации, позволяющими отображать фазы с наибольшим и наименьшим током и сохранять эту информацию после срабатывания защиты, что упрощает отыскание и устранение возникшей неисправности.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует простой и универсальный способ контроля исправности и защиты трехфазного электродвигателя во всем диапазоне рабочих токов. Устройство позволяет предотвратить возникновение как аварийных, так и предаварийных состояний электродвигателя. Для его реализации требуется минимальное количество широко распространенных аналоговых микросхем. Оно характеризуется низкой стоимостью, малыми габаритами и весом, высокой надежностью и простотой эксплуатации.

1. Устройство контроля работы и защиты трехфазного электродвигателя, содержащее датчики тока на шинах питания электродвигателя, компаратор, второй вход которого соединен с задатчиком порогового уровня, а выход подключен к входу блока контактора с контактами в цепи питания обмоток электродвигателя, и блок индикации, отличающееся тем, что оно снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, разностным усилителем и аналоговым делителем напряжения, причем датчики тока связаны с входами первого блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, с одним из выходов которого соединен второй вход разностного усилителя, с тремя другими выходами - входы второго блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, выход которого подключен к первым входам разностного усилителя и аналогового делителя напряжения, со вторым входом которого соединен выход разностного усилителя, а с выходом - первый вход компаратора и блок индикации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на трех операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями, входы которых подключены к входам блоков, выходы выпрямленного напряжения одной полярности объединены и соединены с выходом наибольшего напряжения блоков, а выходы выпрямленного напряжения другой полярности операционных выпрямителей первого блока подключены к его трем другим выходам.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контактора содержит транзисторный ключ, вход которого соединен с входом блока, а в коллекторную цепь транзистора включена обмотка контактора, причем параллельно транзистору подключены последовательно соединенные вспомогательный разомкнутый контакт контактора и нормально-замкнутая кнопка отключения контактора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания надежных систем электроснабжения потребителей электроэнергии, находящихся на значительном удалении от узлов питания.

Устройство для гашения магнитного поля при отключении обмотки возбуждения синхронной машины от источника питания // 2488940

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в синхронных машинах. .

Способ надежного управления групповым частотно-регулируемым электроприводом // 2463698

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах. .

Способ подхвата преобразователя частоты // 2462808

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах. .

Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя вращательного или поступательного движения // 2460190

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в широкорегулирумых трехфазных асинхронных электроприводах с обеспечением свойства живучести в аварийном двухфазном режиме для электроприводов как вращательного, так и поступательного движения.

Способ нагрева биметаллической пластины нагревательным элементом // 2458444

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для отключения электродвигателей в аварийных режимах. .

Приводной контроллер для электродвигателя переменного тока // 2449445

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, встроенного в электрическое транспортное средство.

Вентильный электропривод с обеспечением свойства живучести // 2447561

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в широкорегулирумых вентильных двигателях с обеспечением свойства живучести при аварийном отключении одной из фаз трехфазного преобразователя частоты.

Способ управления электроприводами комплекса углеподготовки доменных печей // 2446539

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированных электроприводах доменного производства в металлургии, общем машиностроении в многоприводных комплексах.

Способ защиты от несанкционированного использования газовой центрифуги // 2444830

Изобретение относится к области техники газоразделительного производства и предназначено для защиты от несанкционированного использования газовой центрифуги (ГЦ) при обогащении урана.

Способ управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести (варианты) // 2525300

Изобретение относится к области электропривода устройств, требующих обеспечения повышенной живучести, в частности к области управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемых электронасосов крови. Технический результат: создание способа управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, который обеспечивает реализацию свойства живучести трехфазного вентильного электродвигателя, содержащего один трехфазный мостовой инвертор и имеющего лишь три вывода от обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда». Способ управления заключается в том, что по сигналу датчиков тока выявляют отказ в цепи одной из трех фаз обмотки якоря. Затем посредством микроконтроллерного устройства подают сигнал на срабатывание защитного элемента отказавшей фазы, осуществляют процесс автокоммутации работающих двух фаз, обеспечивая создание вращающего момента двигателя. В качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки инвертора, к которой подключена отказавшая фаза. Остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства, осуществляя последовательную выборку заранее записанных управляющих кодов из соответствующих состоянию обмотки якоря и положению ротора ячеек памяти. Признак наличия неисправности, а также звуковой и световой сигналы, оповещающие о наличии неисправности и времени ее возникновения, вырабатывают посредством микроконтроллера. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Модуль ограничения напряжения электродвигателя отопителя городского электротранспорта // 2569335

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрооборудовании городского электротранспорта, а именно в отопителях, нагревателях воздуха троллейбусов или трамваев. Технический результат - повышение надежности при снижении габаритов и веса. Модуль ограничения колебаний напряжения электродвигателей отопителя городского электротранспорта содержит блоки фильтрации напряжения питания, фильтрации выходного напряжения, опорного напряжения, сравнения напряжений, формирования уровня напряжения и регулирования выходного напряжения, которые выполнены и соединены между собой так, как указано в материалах заявки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для защиты электродвигателя и питающего его кабеля от коротких замыканий и обрыва фазы // 2570641

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электродвигателя и питающего его кабеля от коротких замыканий и обрыва фазы без использования трансформаторов тока. Техническим результатом является повышение надежности и чувствительности к витковым замыканиям. Устройство для защиты электродвигателей и питающего его кабеля от коротких замыканий и обрыва фазы содержит девять блоков с магнитоуправляемым элементом, выполненных одинаково и установленных вблизи токопроводов фаз А, В, С со стороны ввода электродвигателя; девять блоков с магнитоуправляемым элементом расположены вблизи токопроводов фаз А, В, С со стороны нулевых выводов электродвигателя и выполненных одинаково; три одинаковых блока с магнитоуправляемым элементом, расположеные вблизи токопровода одной из фаз со стороны ввода электродвигателя; три блока определения повреждения, выполненных одинаково, подключенных соответственно к трем блокам с магнитоуправляемым элементом, установленным со стороны ввода электродвигателя и трем блокам с магнитоуправляемым элементом, установленным со стороны нулевых выводов электродвигателя; шесть элементов ИЛИ; элементы ВРЕМЯ, элементы НЕ. Указанные блоки и элементы выполнены и соединены так, как указано в материалах заявки. 7 ил.

Устройство защиты от потери питания // 2573603

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики. Технический результат - повышение устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, реле сопротивления, первый логический блок, первый таймер, первый блок контроля минимального напряжения, второй логический блок, второй таймер, третий логический блок, первый исполнительный блок, второй блок контроля минимального напряжения, третий таймер и второй исполнительный блок. Первый таймер является выходом защиты минимальной частоты с контролем направления мощности. Второй таймер является выходом первой ступени защиты минимального напряжения с контролем направления мощности. Третий таймер является выходом второй ступени защиты минимального напряжения. Первый исполнительный блок действует на отключение ввода секции шин, потерявшей питание, и на гашение поля синхронных электродвигателей на секции шин, потерявшей питание. Второй исполнительный блок действует на отключение электродвигателей. 2 ил.

Устройство для автоматического резервирования источника питания // 2609896

Использование: в области электротехники. Технический результат - сохранение номинальной выходной мощности и стабильности функционирования трехфазного электродвигателя при обрыве любых двух фаз сети. Устройство содержит три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, две электрические цепи, выпрямитель и трехфазный электродвигатель. Реле минимального напряжения каждой фазы включено последовательно с размыкающим контактом реле смежной фазы, а первая электрическая цепь включена в первую неисправную фазу между исправной фазой и одноименной фазой электродвигателя последовательно с замыкающими контактами реле минимального напряжения исправной фазы, а во вторую фазу между исправной фазой и соответствующей фазой двигателя включена вторая электрическая цепь, соединенная последовательно с указанными контактами. Первая цепь состоит из делителя напряжения, фазовращателя, обеспечивающего фазовый сдвиг исправной фазы на -120 град., и усилителя мощности. Вторая цепь состоит из делителя напряжения, фазовращателя, обеспечивающего фазовый сдвиг исправной фазы на +120 град., и усилителя мощности. Поддержание номинальной выходной мощности на валу трехфазного электродвигателя и стабильность его вращения обеспечивается симметричностью формируемого трехфазного напряжения, которая достигается компенсацией потерь электроэнергии при ее прохождении через активные электрические цепи, точной установкой фазовых сдвигов (-120 град. и +120 град.) с помощью фазовращателей на операционных усилителях с RC-фильтрами, а также идентичностью параметров активных электрических цепей. 4 ил.

Устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя // 2634349

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Технический результат - повышение надежности устройства контроля напряжения в якорной цепи двигателя. В устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя, содержащее пороговый элемент и исполнительный орган, дополнительно введены функциональный преобразователь скорости, компаратор и логический элемент ИЛИ, при этом вход порогового элемента подсоединен к первому входу компаратора и выходу датчика напряжения, выход порогового элемента подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к входу исполнительного органа, вход функционального преобразователя скорости подключен к выходу датчика скорости, выход функционального преобразователя скорости подсоединен ко второму входу компаратора, выход которого подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ, выход исполнительного органа подсоединен к системе управления электропривода. 2 ил.

Схема отслеживания и способ для отслеживания ориентации ротора двигателя во время потери мощности источника к приводу двигателя // 2639896

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным бессенсорным синхронным двигателем с постоянными магнитами. Техническим результатом является обеспечение перезапуска двигателя после восстановления подачи мощности без предварительной остановки двигателя. Схема отслеживания и способ для отслеживания ориентации ротора двигателя, как, например, трехфазного бессенсорного синхронного синусоидального двигателя с постоянным магнитом во время потери мощности источника к приводу двигателя. Схема содержит хранилище электрической энергии для генерирования сигнала управления приводом во время периодов потери мощности источника и синхронизированный по фазе контур, который выполнен с возможностью принимать в качестве входов сигнал управления приводом и наведенный сигнал, генерируемый во время вращения ротора во время периодов потери мощности источника так, что изменения в сигнале управления приводом становятся синхронизированными с изменениями в наведенном сигнале. Способ содержит сохранение электрической энергии в хранилище во время периодов подачи мощности источника к приводу двигателя и генерирование сигнала управления приводом из хранилища электрической энергии во время периодов потери мощности источника к приводу двигателя. Способ дополнительно содержит изменение сигнала управления приводом в зависимости от наведенного сигнала, генерируемого вращением ротора во время потери мощности источника к приводу двигателя, чтобы отслеживать ориентацию ротора. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.