КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам для компенсации реактивной мощности асинхронных электродвигателей напряжением 0.4 кВ.
Известен компенсатор реактивной мощности (Краткий обзор продукции 2010 г. фирмы «EPCOS AG», стр.49), включающий в себя трехфазный косинусный конденсатор и специализированный контактор. Входные контакты контактора подключены к цепям трехфазного напряжения, а его выходные контакты к выводам конденсатора. Выводы катушки управления контактора подключены к внешней цепи управления.
Недостатком данного компенсатора является отсутствие устройств контроля разряда конденсатора до уровня безопасного напряжения и устройства защиты от обратной мощности при возникновении самовозбуждения, вызванного отключением электродвигателя с подключенным компенсатором. Процесс самовозбуждения электродвигателя возникает при определенных соотношениях параметров электродвигателя, таких как мощность и скорость, и мощности конденсатора. При возникновении короткого замыкания во внешней сети, электродвигатель в процессе выбега с подключенным компенсатором, представляет собой асинхронный генератор с самовозбуждением, значение его ЭДС может достигнуть недопустимой величины и вызвать выход из строя конденсатора и электродвигателя.
Известен компенсатор реактивной мощности (Патент RU №75517, U1, H02J 3/18, 2008 г.), принятый в качестве прототипа, содержащий косинусный конденсатор, контактор с катушкой управления, блок включения контактора. Блок включения осуществляет операцию включения контактора при условии завершении разряда конденсатора после предыдущего отключения до разрешенного нормируемого уровня напряжения на его выходах (менее 10% от номинального значения).
Недостатком известного устройства является отсутствие контроля обратной мощности, возникающей при определенных условиях в электрической сети.
Техническая задача полезной модели заключается в создании компенсатора реактивной мощности асинхронного электродвигателя с функцией включения и отключения конденсатора и компенсируемого двигателя в определенной последовательности при различных режимах работы питающей сети.
Результат, получаемый при реализации предложенного технического решения, состоит в исключении процесса самовозбуждения двигателя или его последствий в зависимости от режима работы питающей сети, что способствует повышению надежности компенсатора.
Поставленная цель достигается тем, что в компенсатор реактивной мощности асинхронного электродвигателя, содержащий трехфазный конденсатор, контактор, схему управления, включающую блок разрешения включения контактора, подключенный к выводам конденсатора, причем выводы трехфазного конденсатора соединены с выходами контактора, входы которого подключены к трехфазной электрической сети, дополнительно введены три трансформатора тока, подключенные к вводу трехфазной сети, второй контактор, входы которого объединены с входами первого контактора и подключены через трансформаторы тока к напряжению сети, а выходы - к статорной обмотке асинхронного двигателя, при этом катушка контактора трехфазного конденсатора подключена к схеме управления, а катушка контактора двигателя подключена к замыкающему контакту контактора трехфазного конденсатора, блок защиты, входы которого подключены к вторичным обмоткам трансформаторов тока трех фаз сети и к трехфазному напряжению, а выходной контакт блока защиты подключен к входу схемы управления контактора трехфазного конденсатора.
Технический результат достигается также за счет того, что блок защиты содержит три однофазных элемента направления мощности, элементы ИЛИ и временной задержки, а также выходное реле, контакт которого введен в схему управления контактора трехфазного конденсатора.
Сравнение заявленного решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что изложенная совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию полезной модели «новизна».
Соответствие заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения устройства компенсации реактивной мощности асинхронного электродвигателя.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства.
Компенсатор содержит косинусный трехфазный конденсатор 1 с внешними зажимами 2-4, состоящих из соединенных в треугольник однофазных конденсаторов 5-7, разрядные резисторы 8-10, подключенные параллельно конденсаторам 5-7 соответственно. Зажимы 2-4 косинусного трехфазного конденсатора 1 подключены к выходам 11-13 контактора 14, входы 15-17 которого подключены к фазам А, В и С электрической сети соответственно. Выводы 2-4 косинусного трехфазного конденсатора 1 подключены к входам 18-20 блока разрешения включения контактора (БРВК) 21. Контактор 14 содержит две группы контактов: основные контакты 22-24 и дополнительные контакты 25-27. К дополнительным контактам 25-27 подключены токоограничивающие резисторы 28-30 соответственно. Вывод 31 катушки элемента управления 32 подключен к нейтрали сети N, а вывод 33 подключен к кнопке «Стоп» 57, образующую последовательную цепь с кнопкой «Пуск» 56 и выходным контактом БРВК 21.5, в свою очередь кнопка «Пуск» 56 и выходной контакт БРВК 21.5 зашунтированы контактом 34 контактора 14, выводы 36 и 37. Контактор двигателя 41 подключен своими выходами 42, 43, 44 к статорной обмотке двигателя 40, а входы 45, 46, 47 объединены с соответствующими входами контактора 14 номера 15, 16, 17 и также подключены к фазам электрической сети А, В и С.
Блок разрешения включения контактора (БРВК) 21 содержит последовательно включенные максиселектор 21.1, пороговый элемент 21.2 и выходное реле 21.3. Данные элементы могут быть реализованы любым известным способом. Пример конкретного выполнения приведен на Фиг.2, где максиселектор выполнен по схеме трехфазного выпрямителя Ларионова с интегрирующим конденсатором на выходе. Пороговый элемент 21.2 содержит делитель входного напряжения, выполненный на резисторах R1 и R2 и резистор положительной обратной связи R3. Включение положительной обратной связи осуществляет контакт выходного реле 21.4.
В компенсатор дополнительно введены установленные на вводе сети трансформаторы тока 52, 53 и 54, блок защиты 51, входы которого подключены к трехфазному напряжению сети и трансформаторам тока 52, 53 и 54 трех фаз сети, а выходной контакт реле 51.8 выводом 51.2 соединен с объединенными выходами 21.7 БРВК 21 и 37 контактора 14, а выводом 51.1 соединен с объединенными выводами 39 контактора 14 и выводом 55.2 штатной кнопки аварийного отключения 55. Вывод 55.1 кнопки 55 подключен к фазе С сети, выводу 17 контактора 14, выводу 47 контактора 41 и первому входу блока питания 51.9, второй вход которого подключен к общему проводу сети N.
Блок защиты 51 содержит три однофазных элемента направления мощности 51.3, 51.4 и 51.5, входы которых подключены к вторичным обмоткам трансформаторов тока соответственно 52, 53, 54 и к фазным напряжениям сети. выходы элементов 51.3, 51.4 и 51.5 подключены у входам элемента 51.6 «ИЛИ», выход которого через элемент временной задержки 51.7 подключен к выходному реле защиты 51.8. Выходные цепи блока питания 51.9, по которым производится питание элементов 51.3, 51.4, 51.5, 51.6, 51.7, 51.8, на схеме не показаны.
Однофазные элементы направления мощности 51.3, 51.4, 51.5 могут быть выполнены на интегральных микросхемах («Функциональные элементы релейных устройств на интегральных микросхемах» Е.В.Лысенко, Москва, Энергоатомиздат, 1983 год. Стр.102-110, рис.63). Блок питания 51.9 блока защит 51 может быть выполнен например, в виде мостовой однофазной двухполупериодной схемы выпрямителя («Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах»: Г.Э.Линт. Москва, Энергоатомиздат, 1990 г. Стр.60, 61. Рис 28б).
Элемент времени 51.7 может быть выполнен на логических элементах («Функциональные элементы релейных устройств на интегральных микросхемах» Е.В.Лысенко, Москва, Энергоатомиздат, 1983 год. Стр.49, 51. Рис.34д).
Компенсатор работает следующим образом. При подключении компенсатора к сети внешними коммутационными устройствами, переменное напряжение поступает через тр-ры тока 52, 53 и 54 на контактор 14, выводы 15, 16, 17 и на контактор 41, выводы 45, 46 и 47, а также на блок защиты 51 и схему управления.
Блок питания 51.9 получает питание также от фазы С. Выходные реле блоков 21 и 51 находятся в отключенном положении. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки «Пуск». При этом включается контактор 14, который подает питание на трехфазный конденсатор 1 и БРВК 21. Срабатывая, контактор 14 замыкает контакты 34 и 35, тем самым предотвращает отключение от блока БРВК 21 и включает контактор 41 двигателя. Последовательность включения конденсаторов и двигателя предотвращает коммутационные перенапряжения, снижает посадку напряжения при пуске двигателя и облегчает его пуск. Отключение двигателя производят нажатием кнопки «Стоп» 57. При этом первым отключается контактор 14 трехфазного конденсатора 1, а затем контактор 41 двигателя 40. Тем самым исключается процесс самовозбуждения выбегающего двигателя 40 и конденсатора 1.
После отключения контактора 14 выходное реле 21.3 блока БРВК 21 остается во включенном состоянии пока не завершится процесс разряда конденсатора до приемлемой величины остаточного напряжения на его выводах. Тем самым, реле своим контактом 21.5 блокирует подключение к сети неразряженного конденсатора 1. Величину напряжение, при котором реле 21.3 срабатывает, задают резистором R2 в пороговом элементе 21.2 (Фиг.2), а величину напряжения возврата реле 21.3 задают резистором R3. Таким образом, обеспечивается необходимый гистерезис работы блока 21.
Если при включенном компенсаторе в питающей сети возникает глубокая посадка напряжения, вызванная либо внешним коротким замыканием, либо потерей питания, то выбегающий асинхронный двигатель 40 и подключенный к его выводам трехфазный конденсатор 1 принимают участие в подпитке места короткого замыкания, тем самым усугубляют аварию и препятствуют успешной работе релейной защиты и противоаварийной автоматике в сети. С целью устранения этого в компенсатор введен блок защиты 51. отключающий компенсатор в аварийном режиме сети. Блок защиты работает следующим образом. В нормальном режиме направление мощности направлено из сети к двигателю, а при внешнем коротком замыкании и потере питания меняется на противоположное. При этом элементы 51.3, 51.4, 51.5 срабатывают, фиксируя факт аварии в сети. Работа элементов 51.3, 51.4, 51.5 подробно описана на стр.102-110 и рис.63 в книге Е.В.Лысенко «Функциональные элементы релейных устройств на интегральных микросхемах».
Сработавший элемент 51.3, 51.4 или 51.5 через элемент «ИЛИ» выдает сигнал на вход элемента задержки 51.7, который через заданную выдержку времени воздействует на выходное реле 51.8. Время задержки необходимо для предотвращения ложного отключения компенсатора при кратковременных посадках напряжения в сети и отстраивается от времени срабатывания установочных автоматов и предохранителей, защищающих электроприемники внешней сети. Выходной контакт реле 51.8 отключает контактор 14, а контактор 41 отключается в свою очередь контактом контактора 14. Таким образом, последовательность отключения контакторов двигателя и конденсатора совместно с блоком защит позволяет исключить самовозбуждение двигателя с конденсатором в нормальном и аварийном режимах.
Использование предложенного компенсатора позволит осуществить полную компенсацию реактивной мощности асинхронного двигателя, исключив негативные факторы, связанные с перенапряжением, подпиткой мест короткого замыкания, снижением напряжения в сети, связанные с пуском двигателя. Кроме того, облегчаются условия работы релейной защиты и противоаварийной автоматики на питающей сеть.