Электронные реле защиты электрических двигателей
Цель работы - изучить принцип действия, устройство и назначение электронных реле защиты асинхронных двигателей.
Программа работы:
1. Изучить аварийные режимы асинхронных двигателейи основныеметоды их защиты.
2. Изучить принцип действия и устройство универсальных встроенных защит.
3. Изучить принцип действия и назначение фазочувствительных устройств защиты.
Основные аварийные режимы электродвигателей и их функциональные связи.
Чтобы правильно защитить электродвигатели, необходимо знать причины их отказов. Основные аварийные режимы возникают из-за:
обрыва фазы (ОФ) 40...50 %
заторможения ротора (ЗР) 20...25 %
технологических перегрузок (TП) 8...10 %
нарушения охлаждения (НО) 8...10 %
понижения сопротивления изоляции (ПСИ) 10...15 %
Основной аварийный режим электродвигателей в сельском хозяйстве - обрыв одной фазы. Если этот режим является следствием однофазного короткого замыкания, то ЭДС, генерируемая в поврежденной фазе электродвигателями, работавшими на двух фазах, по исправной цепи со стороны двигателей создает через место короткого замыкания потенциал в нулевом проводе, который может быть причиной поражения животных и людей электрическим током.
Из рисунке 12видно, что на изменение физических параметров, указанных в скобках под названием каждого аварийного режима, должно реагировать устройство защиты, не допуская отказа двигателя или нарушения электробезопасности. Анализируя функциональные связи, можно определить оптимальную область применения каждого вида защиты и обосновать технические требования к устройствам защиты в зависимости от назначения.
|
|
|
Рисунок 12 -Функциональные связи видов защиты
Встроенная температурная защита (устройство УВТЗ), косвенно реагирующая на аварийные режимы, контролируя их следствие - перегрев обмотки, особенно эффективна при нарушении охлаждения, а также при частых резких перегрузках, пусках и реверсах, когда моделировать тепловыепроцессы электродвигателя тепловым реле или электронной схемой почти невозможно. Однако УВТЗ недостаточно эффективна при заторможенном роторе электродвигателя и обрыве фазы и совершенно не реагирует на понижение сопротивления изоляции. Это серьезный недостаток защиты. При использовании УВТЗ в статорную обмотку двигателя необходимо установить три позистора, а для соединения двигателя с пускозащитной аппаратурой нужно применять дополнительные провода. Все это ограничивает применение УВТЗ в сельском хозяйстве.
|
|
|
Различные схемы дополнительной защиты электродвигателей также ограниченно применяют в сельском хозяйстве. Так, например, устройства контролирующие напряжение или ток нулевой последовательности неизбежно создают ложные отключения двигателей при реальной асимметрии сельских электрических сетей. Все устройства защиты по минимальному напряжению и реле обрыва фаз реагируют на обрыв фаз только в том случае, если он произошел до места установки защиты. Реле минимального тока не срабатывают при перегрузке и выявляют только обрыв фазы, а реле максимального тока, наоборот, защищают электродвигатели от перегрузок и коротких замыканий и не реагируют на обрыв фазы. Известные устройства контроля сопротивления изоляции или токов утечки не срабатывают при иных аварийных режимах электродвигателей. Вот почему их можно применять только совместно с другим устройством защиты.
Встроенная температурная зашита
Нагрев обмотки можно контролировать различными температурными датчиками, например терморезисторами, в том числе позисторами, если их установить в статорной обмотке. Так как датчики температуры встраивают в статорные обмотки, то такую защиту электродвигателей называют встроенной.
|
|
|
Несмотря на указанные преимущества встроенной защиты, ей свойствен ряд существенных недостатков, ограничивающих ее применение.
Защита по температуре статорной обмотки является косвенной, реагирующей не на причину, а на следствие аварийного режима. При явных аварийных режимах, таких, как заторможение ротора электродвигателя или незапускание его на двух фазах, электродвигатель сразу не отключается, а остается в аварийном режиме до опасного перегрева статорной обмотки, что вызывает интенсивное старение изоляции, а в некоторых случаях сгорание статорной обмотки (при повышенной температурной инерции датчиков). Ограничивает использование встроенной температурной защиты и то обстоятельство, что в условиях хозяйств устанавливать температурные датчики в статорные обмотки электродвигателей нельзя. Это можно делать на заводах при изготовлении электродвигателей или в мастерских при их перемотке, потому что датчики должны быть установлены до пропитки обмотки, а вмешательство в обмотку готового электродвигателя недопустимо. Во всех случаях применения встроенной защиты необходимы дополнительные провода длясоединение датчиков с пускозащитной аппаратурой. Кроме того, встроенная температурная защита не обеспечивает электробезопасности, допуская работу электродвигателей на двух фазах. Это особенно опасно в животноводческих помещениях. Следовательно, встроенную температурную защиту нельзя рассматривать как самую перспективную, особенно в сельском хозяйстве, где основными аварийными режимами являются обрыв фаз и заторможение (незапускание) электродвигателей, при которых сама встроенная защита может стать причиной аварий. Во многих случаях большую надежность защиты обеспечиваютфазочувствительные устройства.
|
|
|
Позисторы.
Позисторы характеризуются положительным температурным коэффициентом сопротивления. Фактически при низких температурах у позистора отрицательный температурный коэффициент сопротивления, а при температуре срабатывания он становится положительным и достаточно большим. Благодаря этому сопротивление позистора резко, почти
Рисунок 13- Температурная характеристика позистора
Из характеристики (рисунок 13) видно, что в диапазоне температур 110...130° С сопротивление позистора меняется от 100 до 10000 Ом. Такое резкое изменение сопротивления легко позволяет создавать соответствующие устройства защиты, которые срабатывают в указанном диапазоне температур с высокой точностью. Габаритные размеры позисторов достаточно малы, их удобно устанавливать в статорные обмотки трехфазных электродвигателей любой мощности.
Температуру срабатывания позисторов, при которой происходит резкий скачок сопротивления, называют классификационной, так как она согласована с допустимой температурой изоляции соответствующего класса.
Таблица 1 -Основные параметры отечественных позисторов типа СТ14-ХХ
| Параметр | Ед. изм. | ХХ – модификация позистора | |||||
| - 1А | - 1 Б | - 2 -115 | - 2 -130 | - 2 -145 | - 2 -160 | ||
| Классификационная температура (Твкл) | оС | 130 | 105 | 115 | 130 | 145 | 160 |
| Сопротивление при +25 оС | Ом | от 40 до 150 | от 40 до 150 | от 40 до 150 | от 40 до 150 | от 40 до 150 | от 40 до 150 |
| Сопротивление при Твкл=-5оС | Ом | 50 | 50 | 550 | 550 | 550 | 550 |
| Сопротивление при Твкл=+5оС | Ом | 1330 | 1330 | 1330 | 1330 | 1330 | 1330 |
| Срок службы | ч | 13000 | 13000 | 20000 | 20000 | 20000 | 20000 |
| Максимальная допустим.мощность | Вт | 0,6 | 0,8 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 |
| Рабочие температуры | оС | от –40 до +145 | от –40 до +120 | от –60 до +145 | от –60 до +145 | от –60 до +160 | от –60 до +175 |
| Макс.допустимая температура | оС | 190 | 170 | 195 | 210 | 225 | 240 |
Из параметров приведённых, в таблице1 можно сделать вывод, что у всех позисторов с различной классификационной температурой одинаковые выходные параметры. Это означает, что аппараты защиты, которые подключаются к позисторам, взаимозаменяемы независимо от класса изоляции электродвигателя. Согласуют только типы позисторов при их установке в статорные обмотки электродвигателей. Часть электродвигателей, в том числе сельскохозяйственного исполнения, выпускают со встроеннымипозисторами. В этом случае в обозначение двигателей серии 4А добавляется буква Б, например электродвигатель 4А132М4БУЗ.
Устройство защиты типа УВТЗ-1М (рисунок 3) включают в себе узел питания, усилитель и выходное реле КV. Узел питания состоит из диодного моста VD1...VD4, ограничивающих резисторов R1, R2 и R4 и стабилитронов VD5 и VD8. Усилитель выполнен на транзисторах VT1...VТ4 и тиристоре VS.
Рисунок 14 - Принципиальная схема реле УВТЗ-1М
Схема УВТЗ-1М работает следующим образом. Если температура обмотки электродвигателя ниже предельно допустимого значения, то сопротивление позисторов мало и напряжение, поступающее на транзистор VТ4, будет больше значения порога срабатывания усилительного каскада VТЗ, VТ4. определяемого делителями R6, R7, R8. В этом случае транзистор VТ4 будет открыт, транзистор VТ1 и тиристор VS закрыты, а реле КV обесточено.
При увеличении температуры обмоток электродвигателя сверх предельно допустимого значения сопротивление позисторов резко возрастает, и сигнал, поступающий на транзистор VТ4 уменьшается. Тогда транзистор VТ4 закрывается, а VТ1 открывается. Тиристоры VS и выходное реле КV включаются; контакты реле КV размыкают цепь питания катушки магнитного пускателя, который отключает электродвигатель от сети.
Устройство УВТЗ-1М осуществляет также самоконтроль - отключает электродвигатель при возникновении неисправности вцепи датчиков - позисторов.
Как уже указывалось, устройства встроенной температурной защиты не обеспечивают надежной защиты электродвигателей с заторможенным ротором, в том числе не запустившихся на двух фазах из-за температурной инерции встроенных позисторов. Кроме того, эта защита не обеспечивает электробезопасности. Поэтому УВТЗ-1М было усовершенствовано - дополнено быстродействующей зашитой от обрыва фаз.
Рисунок 15 - Принципиальная схема реле УВТЗ-5
УВТЗ-5 (рисунок 15) состоит из усовершенствованной схемы температурной защиты, собранной на транзисторах VТ1...VТ5. и схемы контроля напряжения нулевой последовательности (искусственной звезды из трех резисторов R1, R2 и RЗ). Трансформатор ТV служит для развязки фазы питания и искусственной звезды. Схема температурной защиты имеет более высокую помехоустойчивость, чем УВТЗ-1М.
Схема работает следующим образом. При температуре обмоток электродвигателя, не превышающей допустимую, и при симметричной системе напряжений трехфазной сети ток поступает на схему через катушку KVгерконового реле. При этом транзисторы VT1, VT2, VT5 и тиристоры VSзакрыты, а транзисторы VT3 и VT4 открыты, герконовое реле KV включено.
При аварийном увеличении температуры обмоток срабатывают позисторы (или один позистор). Транзистор VT2 открывается, а VT4 закрывается. Тиристор VS открывается и шунтирует KV. Контакт герконового реле размыкается, что приводит к отключению электродвигателя.
При возникновении обрыва фазы на первичной обмотке трансформатора TV появляется напряжение нулевой последовательности, при этом транзистор VT5 открывается, а VT4 закрывается, тиристор VS открывается и шунтирует катушку KV. Это снова приводит к отключению электродвигателя. Таким образом, УВТЗ-5 моментально реагирует на обрыв фазы, не допуская опасной роботы электродвигателя внеполнофазном режиме или его перегрева при незапускании на двух фазах. УВТЗ-5 особенно эффективно, если искусственная звезда подключена непосредственно к клеммам электродвигателя. На обрыв фаз после пускозащитной аппаратуры схема контроля напряжения нулевой последовательности не реагирует.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2577; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!