Патент на изобретение №2229765

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ НЕПОЛНОФАЗНОМ РЕЖИМЕ

(57) Реферат:

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

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.11.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008 БИ: 02/2008