Устройство защиты машины переменного тока
DEVICE FOR ALTERNATING CURRENT MACHINE PROTECTION

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты машины переменного тока от повреждений обмотки статора.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство защиты машины переменного тока, содержащее блок контроля состояния обмотки статора с температурным датчиком, блок управления с коммутационным аппаратом и реагирующий орган блок контроля состояния обмотки статора [1].
Однако такое устройство защиты не способно защитить машину переменного тока от коротких замыканий в обмотке статора. Кроме того, для передачи сигнала о повреждении от блока контроля к реагирующему органу требуется дополнительный контрольный кабель.
Задачей изобретения является - расширение функциональных возможностей защиты электрической машины переменного тока.
Поставленная задача решается за счет того, что в блок контроля состояния обмотки статора дополнительно введен индукционный датчик, а коммутационный аппарат выполнен в виде двух параллельно - встречно соединенных тиристоров закрывающихся при поступлении сигналов с температурного и индукционного датчиков, при этом реагирующий орган представляет собой поляризованное реле, реагирующее на положительную и отрицательную составляющие тока в этой фазе, сигнал с контактов которого подается на блок индикации, при этом если в токе появляется положительная или отрицательная составляющие, то реагирующий орган формирует сигнал о виде состояний машины переменного тока для блока индикаций и на отключение машины переменного тока.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения наличием дополнительных функциональных элементов и исполнением схемы соединений функциональных элементов.
Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что подобные функциональные элементы известны. Однако такое соединение этих функциональных элементов проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства.
Работа устройства защиты электрической машины переменного тока основана на том, что при перегрузе электрической машины переменного тока обмотка ее статора нагревается и сопротивление резко меняется. В результате блок контроля состояния обмотки статора формирует сигнал для коммутационного аппарата. Его первый тиристор закрывается и по жиле кабеля, в которую включен коммутационный аппарат, начинает протекать ток только с положительной полуволной. Следует добавить, что контроля состояния обмотки статора и коммутационный аппарат располагаются непосредственно на машине, а реагирующий орган непосредственно у выключателя электрической машины. При коротком замыкании в обмотке статора в индукционном датчиком возникает электродвижущая сила. В результате блок контроля состояния обмотки статора также формирует сигнал для коммутационного аппарата. В данном случае закрывается второй тиристор и по жиле кабеля с тиристорами начинает протекать ток только с отрицательной полуволной. Ток с положительной или отрицательной полуволнами служит информацией о виде повреждения электрической машины переменного тока, которая распознается в реагирующем органе и служит для отключения машины.
На фиг. 1 представлена блок схема устройства защиты машины 1 переменного тока. В ней блок 2 контроля состояния обмотки статора 3 через блок 4 управления подключен к коммутационному аппарату 5. При этом реагирующий орган 6 подключен к цепи отключения выключателя 7 и блоку индикации 8. Блок 2 контроля состояния обмотки статора 3 представляет собой индукционный датчик 9 и температурный датчик 10. При этом индукционный датчик 9 выполнен в виде плоской катушки индуктивности располагаемой в торцевой зоне машины переменного тока 1 так, чтобы ее плоскость была перпендикулярно к оси 11 вращения ротора, а его геометрический центр находится на этой оси. Температурный датчик 10 может закрепляться на лобовой части обмотки стартера 3. Коммутационный аппарат 5 представляет собой два соединенных параллельно - встречно тиристора 12 и 13, закрывающихся при поступлении сигналов с температурного и индукционного датчиков соответственно, а реагирующий орган 6 можно выполнять в виде поляризованного реле реагирующего на положительную и отрицательную составляющие тока в фазе с тиристорами. Сигнал на выключатель 7 для отключения машины 1 от сети и в блок индикации 8 формируется контактами этого реле.
На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 приведены осциллограммы тока в жиле кабеля с тиристорами 12 и 13 в нормальном режиме работы, при перегреве машины 1 переменного тока 1 и при коротком замыкании в обмотке 3 статора.
В нормальном режиме работы машины 1 переменного тока температура нагрева обмотки 3 статора не превышает нормы и в ней отсутствуют короткозамкнутые витки с током, значительно превышающим свое номинальное значение, которые возникают при коротком замыкании. В результате сопротивление температурного датчика 10 и электродвижущая сила на выходе индукционного датчика 9 ниже нормы. Поэтому сигнал на выходе блока управления 4 отсутствует. Тиристоры 12 и 13 коммутационного аппарата 6 находятся в открытом состоянии, а ток в жиле с тиристорами соответствует тому, который приведен на фиг. 2. Машина 1 переменного тока остается в работе.
При перегрузе электрической машины 1 переменного тока обмотка 3 статора нагревается и сопротивление температурного датчика 10 резко возрастает и значительно превышает установленную норму. В результате на выходе блока управления 4 появится сигнал и тиристор 12 коммутационного аппарата 5 закроется, а ток в жиле с тиристорами будет соответствовать тому, который приведен на фиг. 3. Якорь поляризованного реле реагирующего органа 6 сместится и замкнет контакты, которые сформируют сигнал для блока индикации 8 «ПЕРЕГРЕВ МАШИНЫ» и для выключателя 7, который отключит машину 1 переменного тока от сети.
При коротком замыкании в обмотке статора 2 машины 1 переменного тока появляются короткозамкнутые витки с током, значительно превышающим свое номинальное значение. В результате электродвижущая сила на выходе индукционного датчика 9 резко возрастает и превысит установленную норму. В результате на выходе блока 4 управления появится сигнал и тиристор 13 коммутационного аппарата 5 закроется, а ток в жиле с тиристорами будет соответствовать тому, который приведен на фиг. 4. Якорь поляризованного реле реагирующего органа 6 сместится и замкнет контакты, которые сформируют сигнал для блока 8 индикации и на отключение выключателя 6. В блоке индикации загорится сигнал «КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ» и машина 1 переменного тока будет отключена от сети.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства защиты заключается в расширение функциональных возможностей защиты электрической машины переменного тока, которое позволит уменьшить стоимость этой защиты и резко сократить размеры повреждения машины переменного тока, а следовательно время и стоимость послеаварийного ремонта.
1. Температурная защита электродвигателей // Кузник Ю.С., Опубл. журнал Промышленная энергетика 1995 №6.