RU2009593C1

RU2009593C1 - Device for protecting three-phase motors

Info

Publication number: RU2009593C1
Authority: RU
Inventors: Э.К. Федоров
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has current transformers 1-3, units 4-6 for forming rectified voltages, units 7 and 8 for selecting minimal and maximal rectified voltages, overload checking member 9 made in form of bridge circuit formed by resistors 12-14 and stabilizing diode 15. The first input of integrator-adder is connected across a diagonally opposite pair of junctions of the bridge circuit. Integrator-adder 16 has three inputs of the base of resistors 20-22. The second input of integrator-adder 16 is connected to output of unit for selecting minimal rectified voltage. Output of signals integrator-adder 16 is connected with input of actuating member 11 through reacting member 10. The third input of signals integrator-adder 16 is connected to medium point of additional divider made of resistors 17 and 18 through isolating diode 19. If short-circuit takes place isolating diode 19 opens in the motor and quick charge of capacitor 24 is provided with time constant 22, 24. After that reacting member operates and actuating member and the motor turn off. EFFECT: improved protection. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты трехфазных электродвигателей от коротких замыканий (КЗ), а также от работы на двух фазах и перегрузок. The invention relates to electrical engineering, and in particular to devices for the relay protection of three-phase electric motors against short circuits (short circuit), as well as from two-phase operation and overloads.

Известно устройство для защиты трехфазных электродвигателей, основанное на фиксации несимметрии токов фаз при работе на двух фазах, содержащее трансформаторы тока, реагирующий фазочувствительный орган сравнения и исполнительный орган. A device for protecting three-phase electric motors is known, based on fixing the asymmetry of phase currents when operating on two phases, containing current transformers, a reactive phase-sensitive comparison organ, and an actuator.

Недостатками указанного устройства являются его ограниченная чувствительность к токам заклинивания и перегрузок двигателя в симметричном трехфазном режиме и недостаточно надежная отстройка от пусковых токов при наличии несимметрии в трехфазной системе токов. The disadvantages of this device are its limited sensitivity to jamming currents and motor overloads in a symmetrical three-phase mode and insufficiently reliable detuning from the starting currents in the presence of asymmetry in the three-phase current system.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты трехфазных электродвигателей, содержащее трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, блоки формирования выпрямленных напряжений, входы которых подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блоки выделения минимального и максимального из трех выпрямленных напряжений, входы которых подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент контроля перегрузки, выполненный в виде мостовой схемы из трех резисторов и стабилитронов, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов с тремя входами, точка соединения первого и третьего резисторов элемента контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков формирования выпрямленных напряжений, точка соединения второго резистора и одного из стабилитронов элемента контроля перегрузки подключена к выходу блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора сигналов подключен к выходу блока выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, выход интегратора-сумматора сигналов через реагирующий орган подключен к входу исполнительного органа. The closest in technical essence is a device for protecting three-phase electric motors, containing current transformers for connecting to different phases of the electric motor power supply, rectified voltage generation blocks, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding current transformers, the minimum and maximum of the three rectified voltage isolation blocks, the inputs of which are connected to one outputs of rectified voltage generation blocks, overload control element made in the form of a bridge circuit of three resistors and zener diodes, in the measuring diagonal of which the integrator-adder of signals with three inputs is included in the first input, the connection point of the first and third resistors of the overload control element is combined with other outputs of the rectified voltage generation units, the connection point of the second resistor and one of the zener diodes of the overload control element connected to the output of the block selection of the maximum of the three rectified voltages, the second input of the integrator-adder signals connected to the output of the block selection of the minimum of the three rectified voltages, the output of the integrator-adder of the signals through the reacting body is connected to the input of the executive body.

Это устройство может выявлять режимы перегрузки трехфазных электродвигателей, а также обрыв хотя бы одной из фаз в цепи питания трехфазных электродвигателей и с помощью магнитных пускателей или автоматических выключателей производить их отключение. This device can detect the overload conditions of three-phase electric motors, as well as the breakdown of at least one of the phases in the power supply circuit of three-phase electric motors and, using magnetic starters or circuit breakers, turn them off.

Однако оно не может достаточно быстро выявлять КЗ в трехфазных электродвигателях или в питающем кабеле и в соответствии с этим быстро производить отключение поврежденного участка сети. However, it cannot quickly detect short circuit in three-phase electric motors or in the power cable and, accordingly, quickly disconnect the damaged part of the network.

Сущность предложения заключается в том, что при введении делителя из четвертого и пятого резисторов и разделительного диода, включенных определенным образом, обеспечивается возможность быстрого выявления КЗ в трехфазных электродвигателях или в питающем их кабеле и в соответствии с этим быстрого отключения поврежденного участка сети. The essence of the proposal lies in the fact that with the introduction of a divider of the fourth and fifth resistors and a diode connected in a certain way, it is possible to quickly detect short-circuit in three-phase motors or in the cable that feeds them and, accordingly, quickly disconnect the damaged section of the network.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 и 3 - временные характеристики его срабатывания. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device in FIG. 2 and 3 - temporary characteristics of its operation.

На схеме показаны трансформаторы 1, 2, 3 тока, подключенные к фазам А, В, С питания электродвигателя, блоки 4, 5, 6 формирования выпрямленных и сглаженных напряжений, блок 7 выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, блок 8 выделения максимальных из трех выпрямленных напряжений; элемент 9 контроля перегрузки с регулятором уставки по току перегрузки R₁, реагирующий орган 10, выполненный в виде порогового элемента с положительной обратной связью, исполнительный орган 11 (например, реле, контакты которого используются для отключения магнитного пускателя, первый, второй и третий резисторы 12, 13, 14 мостовой схемы; стабилизатор 15 мостовой схемы; интегратор-сумматор 16 сигнала с тремя входами; четвертый и пятый резисторы 17, 18 регулируемого делителя R₂; разделительный диод 19, входные резисторы 20, 21, 22 интегратора-сумматора сигналов 16, усилительный элемент (например, транзистор) 23 интегратора-сумматора 16; интегрирующий конденсатор 24 интегратора-сумматора сигналов 16; пороговый элемент 25 реагирующего органа; выходной транзистор 26 реагирующего органа.The diagram shows current transformers 1, 2, 3 connected to phases A, B, C of the electric motor power, blocks 4, 5, 6 for forming rectified and smoothed voltages, block 7 for isolating the minimum of three rectified voltages, block 8 for isolating the maximum of three rectified stresses; overload control element 9 with an overload current setpoint regulator R ₁ , a response element 10 made in the form of a threshold element with positive feedback, an actuator 11 (for example, a relay whose contacts are used to disconnect a magnetic starter, the first, second and third resistors 12 , 13, 14 of the bridge circuit; bridge stabilizer 15; integrator-adder 16 of the signal with three inputs; fourth and fifth resistors 17, 18 of the adjustable divider R ₂ ; isolation diode 19, input resistors 20, 21, 22 of the signal integrator-adder Alov 16, an amplifying element (e.g., a transistor) 23 of the integrator-adder 16; an integrating capacitor 24 of the integrator-combiner of signals 16; a threshold element 25 of the reacting organ; an output transistor 26 of the reacting organ.

Трансформаторы 1, 2, 3 тока подключены к фазам А, В, С питания электродвигателя, входы блоков формирования выпрямленных напряжений 4, 5, 6 подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока 1, 2, 3, входы блоков выделения минимального 7 и максимального 8 из трех выпрямленных напряжений подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент 9 выполнен в виде мостовой схемы из трех резисторов 12-14 и стабилитрона 15, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов 16 с тремя входами, точка соединения первого 12 и третьего 14 резисторов элемента 9 контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков 4, 5, 6, точка соединения второго резистора 13 и стабилитрона 15 элемента контроля перегрузки 9 подключена к выходу блока 8 выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора 16 сигналов подключен к выходу блока 7, входы делителя из четвертого 17 и пятого 18 резисторов подключены между точкой соединения первого 12 и второго 13 резисторов элемента 9 и выходом блока 8 выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, третий вход интегратора-сумматора сигналов через разделительный диод 19 подключен к средней точке делителя из четвертого 17 и пятого 18 резисторов, и выход интегратора-сумматора 16 сигналов через реагирующий орган 10 подключен к входу исполнительного органа 11. Current transformers 1, 2, 3 are connected to electric motor phases A, B, C, the inputs of rectified voltage generating units 4, 5, 6 are connected to the outputs of the corresponding current transformers 1, 2, 3, the inputs of the allocation blocks are minimum 7 and maximum 8 out of three rectified voltages are connected to one of the outputs of the rectified voltage generation blocks, element 9 is made in the form of a bridge circuit of three resistors 12-14 and a zener diode 15, the measuring diagonal of which includes an integrator-signal adder 16 with three inputs in the first input, the connection point of the first 12 and third 14 resistors of the overload control element 9 is combined with other outputs of blocks 4, 5, 6, the connection point of the second resistor 13 and the zener diode 15 of the overload control element 9 is connected to the output of the block 8 for extracting the maximum of the three rectified voltages, the second input of the integrator -summator 16 of the signals is connected to the output of block 7, the inputs of the divider from the fourth 17 and fifth of 18 resistors are connected between the connection point of the first 12 and second 13 resistors of element 9 and the output of block 8 allocating the maximum of three rectified voltages, the third input of the integrator-adder of the signals through the separation diode 19 is connected to the midpoint of the divider of the fourth 17 and fifth of 18 resistors, and the output of the integrator-adder 16 of the signals through the reacting organ 10 is connected to the input of the actuator 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В нормальном нагрузочном режиме максимальное и минимальное напряжения на выходах блоков 8 и 7 примерно равны, транзистор 23 закрыт, конденсатор 24 разряжен, а блоки 10 и 11 находятся в несработанном состоянии. In normal load mode, the maximum and minimum voltages at the outputs of blocks 8 and 7 are approximately equal, the transistor 23 is closed, the capacitor 24 is discharged, and blocks 10 and 11 are in an unused state.

При появлении перегрузки транзистор 23 открывается и с выдержкой времени, зависимой от тока и постоянной времени элементов 20, 24, обеспечивается заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и через дополнительный коммутационный аппарат происходит отключение защищаемого электродвигателя. Зависимая временная характеристика срабатывания устройства при перегрузке на фиг. 2 соответствует кратностям тока перегрузки в диапазоне 1-8. Уставка по току перегрузки может плавно регулироваться в диапазоне не менее чем в 2 раза потенциометром R₁, а ступенчатая регулировка обеспечивается изменением числа витков силового кабеля, пропущенного через окна сердечников в трансформаторах тока 1-3.When an overload occurs, the transistor 23 opens and with a time delay dependent on the current and time constant of the elements 20, 24, the capacitor 24 is charged, after which the blocks 10 and 11 are triggered and the protected motor is switched off through an additional switching device. The dependent time response of the device during overload in FIG. 2 corresponds to the multiples of the overload current in the range of 1-8. The setting for the overload current can be continuously adjusted in the range of at least 2 times by the potentiometer R ₁ , and step-by-step adjustment is provided by changing the number of turns of the power cable passed through the windows of the cores in current transformers 1-3.

При появлении обрыва одной из фаз значение минимального напряжения на выходе одного из блоков 4, 5 или 6, а также на выходе блока 7 уменьшается и с выдержкой времени, зависимой от тока неповрежденных фаз и постоянной времени элементов 21, 24 обеспечивается заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и происходит отключение электродвигателя. When one of the phases breaks, the value of the minimum voltage at the output of one of the blocks 4, 5 or 6, as well as at the output of block 7 decreases, and with a time delay dependent on the current of undamaged phases and the time constant of the elements 21, 24, the capacitor 24 is charged, after which blocks 10 and 11 are triggered and the motor is turned off.

При возникновении КЗ в электродвигателе или в питающем его кабеле (несимметричного или симметричного) с кратностями, превышающими пусковой ток электродвигателя (например, более 8 на фиг. 2), открывается разделительный диод 19 и с постоянной времени 22, 24 обеспечивается быстрый (например, в течение времени 20 мс) заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и происходит отключение электродвигателя. If a short circuit occurs in the electric motor or in the cable supplying it (asymmetric or symmetrical) with multiples exceeding the starting current of the electric motor (for example, more than 8 in Fig. 2), an isolation diode 19 opens and with a time constant 22, 24 it is fast (for example, in for 20 ms) the capacitor 24 is charged, after which the blocks 10 and 11 are triggered and the motor is switched off.

Уставка устройства по току перегрузки определяется расчетным путем с учетом номинального тока двигателя и допустимого коэффициента перегрузки по току. Особенность устройства заключается в том, что предусмотрена возможность ускоренного выставления уставки по току перегрузки. Для этого к устройству подводят симметричную систему расчетных токов и при выведенном потенциометре R2 (когда сопротивление 17 равно нулю, а уставка по току КЗ равна уставке по току перегрузки) плавным поворотом движка потенциометра R1 (12, 13) определяют грань срабатывания блоков 9-10 (контроль срабатывания устройства определяют по состоянию размыкающих или замыкающих контактов выходного реле 11, которые с целью упрощения на схеме не указаны). Ускоренное и точное выставление уставки по току перегрузки обеспечивается тем, что сопротивление резистора 22 выбирается много меньше, чем сопротивление резистора 20. При этом время срабатывания устройства в режиме настройки уставки по току перегрузки (при выведенном резисторе 17) уменьшается от нескольких минут до долей секунды. При этом обеспечивается не только ускоренная, но и достаточно точная настройка уставки по току перегрузки. The setpoint of the device for overload current is determined by calculation taking into account the rated current of the motor and the permissible overload coefficient for current. A feature of the device is that it provides the ability to accelerate the setting of the overload current. To do this, a symmetric system of rated currents is brought to the device and, with the potentiometer R2 turned out (when the resistance 17 is zero and the short-circuit current setting is equal to the setting for the overload current), the response face of blocks 9-10 is determined by smoothly turning the potentiometer R1 (12, 13) ( the control of the operation of the device is determined by the state of the opening or closing contacts of the output relay 11, which are not indicated in the diagram for the purpose of simplification). The accelerated and accurate setting of the overload current setting is ensured by the fact that the resistance of the resistor 22 is selected much less than the resistance of the resistor 20. In this case, the response time of the device in the setting mode of the overload current setting (with the resistor 17 output) is reduced from several minutes to fractions of a second. At the same time, not only accelerated, but also sufficiently accurate setting of the overload current setting is ensured.

Уставка устройства по току КЗ определяется расчетным путем и в соответствии с этим выставляется потенциометром R2 (17, 18) после настройки уставки по перегрузке. Возможна также проверка этой уставки путем отстройки от пусковых токов электродвигателя в действующей электроустановке. The device short-circuit current setting is determined by calculation and, in accordance with this, is set by potentiometer R2 (17, 18) after setting the overload setting. It is also possible to check this setting by detuning from the starting currents of the electric motor in an existing electrical installation.

Таким образом, по сравнению с известным устройством дополнительно обеспечивается достаточно быстрое выявление и ликвидация КЗ в трехфазных электродвигателях и в питающих их кабелях без дополнительных затрат на установку специальных защит, т. к. устройство имеет дополнительную быстродействующую ступень защиты, отстроенную от пусковых токов. Thus, in comparison with the known device, a sufficiently quick detection and elimination of short circuit in three-phase electric motors and in the cables supplying them is additionally provided without additional costs for the installation of special protections, since the device has an additional high-speed protection level, which is detached from the starting currents.

Технико-экономическая эффективность устройства образуется за счет повышения надежности электроснабжения и уменьшения технологического ущерба у потребителей, связанного, например, с частыми перегораниями электродвигателей и технологическими потерями при этом. (56) Авторское свидетельство СССР N 298987, кл. H 02 H 7/08, 1971. The technical and economic efficiency of the device is formed by increasing the reliability of power supply and reducing technological damage to consumers, associated, for example, with frequent burnout of electric motors and technological losses. (56) Copyright certificate of the USSR N 298987, cl. H 02 H 7/08, 1971.

Авторское свидетельство СССР N 1670735, кл. H 02 H 7/08, 1991. USSR author's certificate N 1670735, cl. H 02 H 7/08, 1991.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, содержащее трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, блоки формирования выпрямленных напряжений, входы которых подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блоки выделения минимального и максимального из трех выпрямленных напряжений, входы которых подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент контроля перегрузки, выполненный в виде мостовой схемы из трех резисторов и стабилитрона, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов с тремя входами, точка соединения первого и третьего резисторов элемента контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков формирования выпрямленных напряжений, точка соединения второго резистора и стабилитрона элемента контроля перегрузки подключена к выходу блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора сигналов подключен к выходу блока выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, выход интегратора-сумматора сигналов через реагирующий орган подключен к входу исполнительного органа, отличающееся тем, что дополнительно содержит делитель из четвертого и пятого резисторов и разделительный диод, при этом входы делителя подключены между точкой соединения первого и второго резисторов элемента контроля перегрузки и выходом блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, а третий вход интегратора-сумматора сигналов через разделительный диод подключен к средней точке делителя. DEVICE FOR PROTECTING THREE-PHASE ELECTRIC MOTORS, containing current transformers for connecting to different phases of the electric motor power supply, rectified voltage generation blocks, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding current transformers, minimum and maximum voltage isolation blocks of the three rectified voltages, the inputs of which are connected to one outputs of the rectified formation blocks voltage, overload control element, made in the form of a bridge circuit of three resistors and a zener diode, in the measuring the diagonal of which the integrator-adder of signals with three inputs is turned on by the first input, the connection point of the first and third resistors of the overload control element is combined with other outputs of the rectified voltage generation units, the connection point of the second resistor and the zener diode of the overload control element is connected to the output of the maximum three rectified voltage isolation unit , the second input of the integrator-adder signals is connected to the output of the block selection of the minimum of the three rectified voltages, the output of the integ a signal combiner through a reacting organ is connected to the input of the executive body, characterized in that it further comprises a divider of the fourth and fifth resistors and a dividing diode, while the inputs of the divider are connected between the connection point of the first and second resistors of the overload control element and the output of the maximum three rectified voltages, and the third input of the integrator-adder signals through a separation diode is connected to the midpoint of the divider.