Устройство для защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

6528
Устройство для защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах

В статье приводится описание устройства, которое автоматически контролирует состояние изоляции низковольтного асинхронного двигателя относительно «земли» (корпуса) в системе с глухозаземленной нейтралью перед пуском. При пониженном сопротивлении изоляции пуск двигателя блокируется. Одновременно устройство контролирует несимметрию линейных напряжений на входе асинхронного двигателя при его работе. При недопустимой степени несимметрии двигатель автоматически отключается от сети. Предлагаемое устройство представляет собой дальнейшую модернизацию схемы устройства, опубликованную в журнале «Электрик» 1–2/2008, С.56.

Распространенной причиной выхода из строя асинхронных двигателей (АД) напряжением до 1000 В является повреждение изоляции обмоток из-за их увлажнения или перегрева при работе электродвигателей на двух фазах.

Несимметричные режимы работы АД сопровождаются увеличением тока и повышенными тепловыми потерями в обмотках. При обрыве фазы ток в обмотке статора АД увеличивается приблизительно в 1,7–2 раза по сравнению с трехфазным режимом, если максимальный момент АД превышает статический момент нагрузки электродвигателя, иначе АД останавливается, при этом ток в его обмотке увеличивается до 87% от пускового тока в трехфазном режиме [1].

Для защиты АД от перегрузки используются тепловые реле. При неравномерном характере нагрузки тепловую защиту рассчитывают на длительную перегрузку, которая составляет не менее 25…30% от номинального тока. Таким образом, в большинстве случаев тепловые реле срабатывают и выключают АД при обрыве фазы, если его нагрузка составляет не менее 60…70% от номинальной. При меньшей нагрузке АД продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток. Тепловые реле практически не защищают АД от превышения несимметрии линейных напряжений сети питания в нормальных режимах.

Для защиты АД от несимметричных режимов могут быть использованы устройства, которые контролируют несимметрию трехфазной системы напряжений на входе АД или несимметрию фазных токов АД. Промышленностью выпускаются специальные реле обрыва фазы с фильтром обратной последовательности, однако широкого применения они не нашли из-за сложности их наладки и обслуживания.

Авторами данной статьи описана схема автоматического контроля изоляции обмоток АД при его пуске и защиты при отказе цепи силового предохранителя [2]. Функции этой схемы можно расширить с помощью дополнительного блока контроля несимметрии, принципиальная схема которого показана на рис.1. При этом узел контроля целостности предохранителей, выполненный на неоновых лампах HL1–HL3, из устройства изымается.

Несимметрия линейных напряжений на входе АД характеризуется напряжением смещения нейтрали, т.е. напряжением между нулевой точкой обмоток статора электродвигателя, соединенных звездой, и заземленной нейтралью сети. Так как нейтраль обмоток статора АД в большинстве случаев не выводится наружу и, кроме того, обмотки статора могут быть соединены треугольником, то данная схема контролирует напряжение смещения между искусственно образованной нейтралью и заземленной нейтралью сети питания (заземленным корпусом АД).

Искусственная нейтраль образована тремя конденсаторами С4–С6 емкостью 0,033 мкФ, напряжением 400 В, присоединенных к входным клеммам АД или выходным клеммам магнитного пускателя (контактора). Вместо конденсаторов С4–С6 в схеме могут быть использованы обычные резисторы с номинальными значениями сопротивлений 100 кОм мощностью 0,5 Вт.

При нарушении симметрии линейных напряжений трехфазной системы возникает напряжение смещения нейтрали U0’,0, которое выпрямляется однополупериодным выпрямителем, собранном на диоде VD7, стабилизируется с помощью стабилитрона VD8 и через усилитель, выполненным на транзисторе VT3, подается на управляющий электрод тиристора VS1, который выполняет функцию электронного коммутатора. Если несимметрия напряжений превышает допустимую норму, тиристор VS1 открывается и сопротивление R17 шунтирует фоторезистор R6 устройства контроля изоляции [2], в результате чего срабатывает триггер Шмитта, обмотка исполнительного реле Р обесточивается, реле возвращается в дежурный режим, размыкая свои контакты Р1 в цепи пускателя К управления АД, и электродвигатель АД отключается от сети.

Таким образом, устройство автоматического контроля изоляции АД с дополнительным блоком контроля несимметрии обеспечивает выполнение двух функций: блокировку пуска АД при сниженном сопротивлении изоляции обмоток статора и защиту АД от несимметричных режимов. Устройство также блокирует пуск АД при обрывах фазы или недопустимой асимметрии линейных напряжений сети питания.

В нормальном режиме работы сети напряжение смещения нейтрали U0’,0 практически отсутствует и блок контроля несимметрии напряжений не срабатывает, при этом фоторезистор R6 схемы устройства контроля изоляции является дешунтированным.


Рис. 1

 

Степень несимметрии напряжений при роботе АД на двух фазах зависит от нагрузки АД. Если обрыв фазы имел место при «холостом ходе» двигателя, то междуфазные (линейные) напряжения на его зажимах изменятся незначительно, по сравнению с трехфазным режимом, и напряжение смещения нейтрали U0’,0 будет наименьшим. Если при обрыве фазы нагруженного двигателя его скольжение превышает критическое, то двигатель останавливается, несимметрия и напряжение смещения нейтрали будут наибольшими. Для надежной работы защиты АД от несимметричных режимов уставка срабатывания блока контроля несимметрии напряжений выбирается для режима «холостого хода» АД. Она регулируется потенциометром R12–R13.

С помощью конденсаторов С7 и С8 осуществляется задержка срабатывания блока контроля несимметрии при пуске АД из-за неодновременного замыкания линейных контактов магнитного пускателя (контактора), а также в случае несимметричных коротких замыканий на соседних присоединениях.

Элементы блока контроля несимметрии монтируются на печатной плате (фото 1), которую размещают под печатной платой устройства контроля изоляции. Схема присоединения комбинированного устройства к электродвигателю показана на рис.2.


Фото 1

Детали

В устройстве использованы следующие элементы:

  • конденсаторы С4–С6 типа К73-17 или типа МБМ напряжением не ниже 400 В (подбирают с одинаковым отклонением от номинала). Вместо них могут быть использованы обычные резисторы типа МЛТ-0,5 100 кОм (также подбирают с одинаковым отклонением от номинала);
  • конденсаторы С7 и С8 – электролитические типа К50-35 или импортный на 5 и 10 мкФ соответственно с рабочим напряжением 25 В каждый;
  • резисторы R12, R14–R17 типа МЛТ-0,5;
  • переменный резистор R13 типа СП3-16а или СП5-2 10 кОм;
  • диод VD7 типа Д223, КД521 или КД522 с любым буквенным индексом;
  • стабилитрон VD8 типа КС156А можно заменить стабилитроном типа КС162А или иным с напряжением стабилизации 5,8…6,6 В;
  • тиристор VS1 типа КУ101 с любым буквенным индексом можно заменить тиристором типа КУ103А или КУ103В;
  • транзистор VT3 желательно германиевый типа МП25 или МП26 с любым буквенным индексом с коэффициентом усиления по току не ниже 25, его можно заменить транзистором типа КТ361, КТ3107 или аналогичный импортный.

 


Рис. 2

 

Литература

  1. Зимин Е.Н. Защита асинхронных двигателей до 500 В. – М.: Энергия, 1967.
  2. Коломойцев К.В., Романюк Ю.Ф. Устройство контроля изоляции электродвигателя и защиты его от неполнофазного режима при обрыве цепи силового предохранителя//Электрик. – 2008. – №1–2. – С.56–59.
Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus