Спосіб захисту електродвигуна змінного струму

Реферат: Спосіб захисту електродвигуна змінного струму включає вимірювання струмів всіх фаз електродвигуна, визначення значень їх квадратів, формування інформаційних точок струмів, з яких складається часовий ряд часткових сум інформаційних точок квадратів струмів, видалення останнього значення часового ряду при надходженні чергового значення інформаційної точки зсуву на крок вперед вмісту усіх елементів часового ряду, встановлення на перше місце часового ряду чергового значення інформаційної точки струму і підсумовування його до вмісту решти елементів часового ряду, формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні часткової суми струмів в будь-якому елементі часового ряду припустимого рівня. При формуванні інформаційних точок квадратів струму визначають фази з максимальним та мінімальним рівнями значень та до квадрату одержаного максимального рівня значення, додають квадрат різниці між максимальним та мінімальним рівнями значень, помножених на ваговий коефіцієнт, а на період з моменту формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення продовжують формувати часовий ряд часткових сум інформаційних точок до моменту обнуління всіх його складових елементів, або впродовж 3…4 постійних часу нагріву електродвигуна змінного струму після фактичного його відключення від мережі живлення. UA 103593 U (12) UA 103593 U UA 103593 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для захисту трифазного електродвигуна при частих пусках та порушеннях симетрії напруги живлення. Відомий спосіб захисту електродвигуна, що включає безперервне вимірювання струму електродвигуна, формування сигналу пропорційного квадрату струму електродвигуна, усереднювання вказаного сигналу в часі, відключення електродвигуна від мережі при перевищенні гранично допустимої тривалості струмового перевантаження [1]. Недоліком відомого способу є те, що він має низьку надійність, тому що усереднення сигналу струму навантаження здійснюється на конкретному, прийнятому за допомогою розрахунку часу усереднення, яке не враховує тепловий стан електродвигуна перед пуском. Крім цього він не реагує на зниження коефіцієнта корисної дії перетворення електричної енергії в механічну за наявності струмів зворотної послідовності при порушеннях симетрії в ланцюгах живлення. Найбільш близьким до способу, який заявляється, є спосіб захисту електродвигуна, що включає безперервне вимірювання амплітудних значень струмів електродвигуна, зведення їх в квадрат, формування часового ряду квадратів струмів, видалення останнього значення часового ряду при надходженні чергового значення квадрата струму електродвигуна, зміщення на крок уперед вмісту елементів пам'яті часового ряду, встановлення на перше місце часового ряду знов виміряного значення квадрата струму і підсумовування його до вмісту решти елементів пам'яті, при перевищенні суми квадратів струму в будь-якому елементі пам'яті заданого рівня формують сигнал на відключення електродвигуна від мережі живлення [2]. Недоліком способу є низька надійність захисту при короткочасних повторних пускових навантаженнях електродвигуна, так як не враховується тепловий стан на момент чергового його пуску. Крім цього він не реагує на зниження коефіцієнта корисної дії перетворення електричної енергії в механічну за наявності струмів зворотної послідовності при порушеннях симетрії в ланцюгах живлення. В способі, прийнятому за найближчий аналог, визначають еквівалентні струми з часом усереднення від n·Δt до m·n·Δt, де Δt - крок дискретизації вимірів датчика струму; n - кратність дискретизації інформаційної точки; m - кількість елементів часового ряду. Такий спосіб дозволяє захищати трифазний електродвигун незалежно від виду його перевантаження, але якщо для розрахунку еквівалентного струму використовують короткі проміжки часу його усереднення, наприклад секунди, то виявити незначні (5 %…10 %), але тривалі струмові перевантаження неможливо. Якщо еквівалентний струм визначають на тривалому проміжку часу усереднення, наприклад, сумісному з тепловою постійною Тн часу нагріву електродвигуна, то неможливо вчасно виявити перевантаження пусковими струмами, особливо при частих пусках. Для того, щоб врахувати попередній на момент чергового пуску еквівалентний струм електродвигуна, необхідно формувати часовий ряд часткових сум квадратів струму після відключення електродвигуна змінногоструму від мережі живлення протягом (3…4) Тн постійних його нагріву, що дозволить контролювати еквівалентний струм електродвигуна змінного струму на період часу після відімкнення його від мережі живлення. Щоб скоротити m - кількість елементів часового ряду, необхідно їх формувати з ланок з наростаючою кратністю часу усереднення інформаційних точок. Цей спосіб також не дозволяє попередити аварійну ситуацію, наприклад при поступовому збільшенні опору контактів автоматичного вимикача або контактора, що підключає мережу живлення. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення надійності та ефективності захисту електродвигуна змінного струму з врахуванням зниження його коефіцієнта корисної дії за наявності струмів зворотної послідовності шляхом врахування струмів як прямої послідовності та зворотної послідовностей. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб захисту електродвигуна змінного струму, що включає вимірювання струмів всіх фаз електродвигуна, визначення значень їх квадратів, формування інформаційних точок струмів, з яких складається часовий ряд часткових сум інформаційних точок квадратів струмів, видалення останнього значення часового ряду при надходженні чергового значення інформаційної точки зсуву на крок вперед вмісту усіх елементів часового ряду, встановлення на перше місце часового ряду чергового значення інформаційної точки струму і підсумовування його до вмісту решти елементів часового ряду, формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні часткової суми струмів в будь-якому елементі часового ряду припустимого рівня. Новим є те, що при формуванні інформаційних точок квадратів струму визначають фази з максимальним та мінімальним рівнями значень та до квадрату одержаного максимального рівня значення додають квадрат різниці між максимальним та мінімальним рівнями значень, помножених на ваговий коефіцієнт, а на період з моменту формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення продовжують формувати часовий ряд часткових сум інформаційних точок 1 UA 103593 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 до моменту обнуління всіх його складових елементів, або впродовж 3…4 постійних часу нагріву електродвигуна змінного струму після фактичного його відключення від мережі живлення. При змінному характері навантаження електродвигуна змінного струму контролюють не миттєве, а еквівалентне за тепловими витратами значення струму навантаження, яке можна визначити тільки за конкретний проміжок часу. За наявності струмів зворотної послідовності, наприклад при поступовому збільшенні опору контактів автоматичного вимикача, контактора або несиметричній напрузі живлення зменшується коефіцієнт корисної дії електродвигуна при перетворенні електричної енергії в механічну. Електродвигун, який живиться також і струмами зворотної послідовності, можна представити як два двигуни з жорстким зв'язком між валами. Один живиться з прямою послідовністю струмів, працює в режимі двигуна з ковзанням Snp, близьким до номінального SnpSном=0,03…0,05. Другий - зі зворотною послідовністю струмів, працює в гальмівному режимі противвімкнення з ковзанням Sн=2-Sном=2-(0,03…0,05)2. Це означає, що струм зворотної послідовності не залежить від навантаження електродвигуна змінного струму і визначається лише напругою U2і зворотної послідовності. За наявності несиметрії напруги (2…20) % живлення критичний момент від струмів зворотної послідовності складає 0,0004…0,04 критичного моменту прямої послідовності, тому ним можна знехтувати. Величина активного приведеного опору R`2 ротора для Т-подібної схеми заміщення електродвигуна складає R`2/2 - для живлення струмами зворотної послідовності, та R`2/(0,03…0,05) - для струмів прямої послідовності. Тобто приведений активний опір R`2 ротора для струмів зворотної послідовності у 40…66 разів менший, ніж для прямої. Тому струми зворотної послідовності режиму противвимкнення сумісні зі струмами прямої послідовності режиму двигуна. Поява струмів зворотної послідовності, частіше за все, виникає при збільшенні опору контактів автоматичного вимикача, або контактора електродвигуна. Вони створюють додаткове нагрівання статора і ротора і зменшують коефіцієнт корисної дії електродвигуна перетворення електричної енергії в механічну, завдяки чому він може вийти з ладу навіть при номінальному еквівалентному струмі навантаження. Згідно з ГОСТ 13109-97, рекомендується розраховувати напругу зворотної послідовності за спрощеною формулою U2і=0,62(Ui.max-Ui.min), де Ui.max, Ui.min - відповідно, найбільше та найменше діюче значення з трьох міжфазних напруг при і-ому спостереженні. Використовуючи співвідношення складових зворотної послідовності для струмів і напруг, можна перетворити наближену формулу для напруги зворотної послідовності у формулу для струму зворотної послідовності в вигляді І2і=1,074(Iі.mах-Іі.mіn), де Iі.mах i Іі.mіn - відповідно, найбільше та найменше з трьох діючих значень фазних струмів при і-ому спостереженні. Інформаційні точки часового ряду часткових сум можна формувати з урахуванням діючих струмів зворотної послідовності, які визначаються за виразом 2 2 2 Іi.екв =Ii.max +K(Iі.mах-Іі.mіn) . Для вимірювання струмів в фазах живлення електродвигуна використовують датчики струму. Здійснюють спосіб наступним чином. Вимірюють значення струмів електродвигуна з кроком Δt дискретизації вимірів датчика струму. Виміряні значення струмів усереднюють на nΔt - кроці дискретизації інформаційних точок часового ряду часткових сум, де n - кількість вимірів датчика струму на кроці дискретизації точок часового ряду. Формування інформаційних точок часового ряду часткових сум квадратів струмів включає наступне. Визначають фази з максимальним та мінімальним рівнями значень струмів, для фази з максимальним рівнем визначають значення квадратів струмів. До квадрату струму фази з максимальним рівнем додають, помножений на ваговий коефіцієнт, квадрат різниці значень між фазами з максимальним та мінімальним рівнями. За допомогою інформаційних точок формують часові ряди часткових сум. При надходженні чергового значення інформаційної точки, видаляють останнє значення та зсовують на крок вперед вміст усіх елементів пам'яті часового ряду. Чергове значення інформаційної точки ставлять на перше місце і додають до вмісту значення решти елементів часового ряду. При перевищенні припустимого рівня часткових сум інформаційних точок в будь-якому елементі часового ряду формують сигнал на відключення електродвигуна від мережі живлення. Довжину часового ряду вибирають завдовжки не менш ніж 3…4 теплової сталої часу нагріву електродвигуна. На період з моменту формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення продовжують формувати часовий ряд з інформаційних точок до моменту обнуління всіх його складових елементів, або впродовж 3…4 постійних часу нагріву електродвигуна змінного струму після фактичного його відключення від мережі живлення. Це дає змогу контролювати тепловий стан електродвигуна перед його черговим пуском. Визначення гранично припустимих значень часткових сум інформаційних точок в кожному з елементів часового ряду проводять, виходячи, наприклад, з рекомендацій для струмового 2 UA 103593 U захисту з витримкою часу. Гранично припустиме значення часткових сум інформаційних точок в m-ному елементі часового ряду дорівнює: I еквm  mI2ном (К1 / nt)  1 , де m - порядковий номер елементу часового ряду, Іном - номінальний діючий струм електродвигуна, К1 - ваговий коефіцієнт струму, nΔt - крок дискретизації часового ряду часткових сум. Далі порівнюють значення часткових сум інформаційних точок в елементах часового ряду з їх гранично припустимими значеннями. При виході за межі хоча б в одному з елементів часового ряду припустимого значення, формують сигнал на відключення електродвигуна від мережі живлення. Спосіб дозволяє контролювати еквівалентні струми навантаження з часом усереднення від секунд до 3…4 теплових сталих нагріву електродвигуна, також враховувати тепловий стану електродвигуна перед черговим пуском та враховувати зниження коефіцієнта корисної дії електродвигуна перетворення електричної енергії в механічну при збільшенні опору контактів автоматичного вимикача, контактора або при несиметричній напрузі живлення, шляхом врахування струмів як прямої так і зворотної послідовностей, що підвищує надійність та ефективність захисту електродвигуна змінного струму. 1 m 2 5 10 15 20 Джерела інформації: 1. Авторское свидетельство СССР. SU № 1365226 A1, МПК Н02Н 5/04, 7/08. Аистов В.В., Левашов Б.И., Медяков И.Н. "Способ тепловой защиты электродвигателя следящей системы". Опубл. 07.01.88. 2. Патент України UA 42964 U, МПК Н02Н 7/08. Дубовик В.Г., Лебедев Л.М. "Спосіб захисту електродвигуна". Опубл. 27.07.2009. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб захисту електродвигуна змінного струму, що включає вимірювання струмів всіх фаз електродвигуна, визначення значень їх квадратів, формування інформаційних точок струмів, з яких складається часовий ряд часткових сум інформаційнихточок квадратів струмів, видалення останнього значення часового ряду при надходженні чергового значення інформаційної точки зсуву на крок вперед вмісту усіх елементів часового ряду, встановлення на перше місце часового ряду чергового значення інформаційної точки струму і підсумовування його до вмісту решти елементів часового ряду, формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні часткової суми струмів в будь-якому елементі часового ряду припустимого рівня, який відрізняється тим, що при формуванні інформаційних точок квадратів струму визначають фази з максимальним та мінімальним рівнями значень та до квадрату одержаного максимального рівня значення, додають квадрат різниці між максимальним та мінімальним рівнями значень, помножених на ваговий коефіцієнт, а на період з моменту формування сигналу на відключення електродвигуна від мережі живлення продовжують формувати часовий ряд часткових сум інформаційних точок до моменту обнуління всіх його складових елементів, або впродовж 3…4 постійних часу нагріву електродвигуна змінного струму після фактичного його відключення від мережі живлення. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3