28 Фев

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ НЕПОЛНОФАЗНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЛЬТРА НАПРЯЖЕНИЯ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ФНОП)




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Перегрузка и несимметричное питающее напряжение являются основными причинами выхода из строя электродвигателей в сельском хозяйстве. Наиболее простыми устройствами защиты являются фильтры симметричных составляющих, которые подразделяются на фильтры напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности [1]. Так как в сети 10 кВ используют систему с изолированной нейтралью, то при обрыве фазы питающей сети на стороне высшего напряжения трансформатора 10/0,4 кВ напряжения нулевой последовательности не возникает. В этом случае  целесообразно использовать в качестве устройства защиты фильтры напряжения прямой или обратной последовательности.

Обычно фильтры напряжений обратной последовательности (ФНОП) изготавливают активно-ёмкостными с тремя входами А, В, С, и двумя выходными зажимами m и n (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема ФНОП.

Рассмотрим работу ФНОП, если к нему подведено напряжение прямой последовательности А, В, С. Под действием напряжения UАВ через цепь С1R1 протекает ток I1, опережающий напряжение UAB на угол φ1. Этот ток создаёт падение напряжения на конденсаторе С1 и резисторе R1, определяя положение точки m на топографической диаграмме (рисунок 2).

Под действием напряжения UВС протекает ток I2, создавая падение напряжения на резисторе R2 и конденсаторе С2, которые определяют положение точки n на топографической диаграмме. Параметры элементов фильтра напряжений обратной последовательности выбирают таким образом, что точки m и n совпадали на топографической диаграмме.

Это происходит в том случае, если:

Для уменьшения рассеиваемой мощности резисторы фильтра обратной последовательности выбирают порядка сотен килоОм, поэтому ФНОП имеет большое выходное сопротивление и подключить к его выходу обычное реле, которое своими контактами разомкнуло катушку магнитного пускателя нельзя. Для этого было принято решение использовать энергию предварительно заряженного конденсатора, а качестве реле использовать токовое указательное реле РУ1-11, которое исключает повторный запуск электродвигателя и выполняет функцию индикации об аварийном режиме. В качестве исполнительного элемента используется полупроводниковый прибор – динистор, который выполняет функцию ключа.

В реальности конденсаторы С1 и С2, резисторы R1 и R2 имеют разброс параметров, поэтому на выходе фильтра всегда присутствует напряжение небаланса 0…20 В. Для исключения этого явления напряжение включения динистора  VD1 всегда должно быть больше напряжения небаланса. При кратковременной импульсной помехе возможно ложное срабатывание динистора, поэтому параллельно ему включает конденсатор (рисунок 4) [2].

Рисунок 4 – Подключение накопительного конденсатора С3 к ФНОП

Когда напряжение на накопительном конденсаторе С3 достигает напряжения включения динистора VD1, конденсатор С3 разряжается на катушку реле  KV1 (рисунок 4). Реле разомкнет свои контакты в цепи магнитного пускателя и отключит электродвигатель. Очевидно, что энергии накопительного конденсатора должно хватать для надежного срабатывания реле, а это возможно лишь в том случае, если ток, протекающий через обмотку реле больше тока срабатывания в течении определенного времени, которое должно быть больше времени срабатывания.

Отсюда следует, что динистор выполняет роль ключа, поэтому составим схему коммутации (рисунок 5).

Рисунок 5 — Схема коммутации

Так как обмотка реле представляет собой последовательно соединенные активное и индуктивное сопротивление, то при разрядке конденсаторов С3 и С4 возникает переходный процесс. Очевидно, что емкость С4 будет разряжаться через сопротивление ключа S1 и не окажет влияние на величину тока I, протекающего через обмотку указательного реле, представленного активным сопротивлением R и индуктивностью L.

Ключ S1, выполненный на динисторе КН102 (зарубежный аналог DB3), не является идеальным, поэтому на нем происходит падение напряжения, составляющее порядка 1,5 В…1,7 В в зависимости от температуры [3]. Очевидно, что при открытии динистора напряжение на накопительном конденсаторе будет снижаться на эту величину, которую обозначим как Us.

В работах [4,5] были произведены расчеты по выбору оптимального значения емкости накопительного конденсатора, однако эти факторы не были учтены.

Для расчёта составим  уравнение в дифференциальной форме:

Для расчёта составим характеристическое уравнение:

 

По этим расчётным соотношению производился  расчёт в программе  Microsoft Excel для некоторых типов реле РУ 1-11 (на различные токи срабатывания) с целью выбора оптимального значения накопительного конденсатора и напряжения включения динистора. Зная время срабатывания и ток срабатывания реле по расчетным данным легко определить хватает ли емкости накопительного конденсатора или напряжения включения динистора для надежного срабатывания реле.

Выводы: все современные защиты от перегрузки и токов короткого замыкания стараются выполнить с использованием микропроцессорных средств, незаслуженно забывая фильтровые защиты, которые обладают более высоким быстродействием, минимальным числом элементов и, следовательно, более высокой надежностью.

Литература

  1. Чернобровов Н.В. Релейная защита. – М.: Энергия, 1974, 680 с.
  2. Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от неполнофазного режима / Гетманенко В.М., Иваница М.А. Патент РФ №2400004 Опубл. 20.09.2010 Бюл. №26
  3. Электронный ресурс. [Режим доступа] http://tec.org.ru/board/55-1-0-184
  4. Гетманенко В.М. Расчет параметров схемы защиты электродвигателя от перегрузки/ В.М. Гетманенко, М.А. Иваница// Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2010. — №7
  5. Гетманенко В.М. Устройство для защиты асинхронного электродвигателя/ В.М. Гетманенко, М.А. Иваница// Электронный научный журнал КубГАУ,№73(09)2011http://ej.kubagro.ru КубГАУ,№73(09)2011http://ej.kubagro.ru/2011/09/pdf/15.pdf
    УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ НЕПОЛНОФАЗНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЛЬТРА НАПРЯЖЕНИЯ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ФНОП)
    Written by: Гетманенко В.М., Старовойт М.Ю., Каун О.Ю.
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook