Автоматическая защита 3-х фазных двигателей при обрыве фазы электрической сети при помощи дополнительного реле

Цель работы: Защита электродвигателей с помощью дополнительного реле, включенного в одну из фаз от случайного отключения

Порядок выполнения работы.

1. Произвести внешний осмотр. 1. Произвел внешний осмотр:

2. Записать технические данные.

Таблица 1 Паспортные данные

Тип оборудования	Технические характеристики
Кнопка Автомат АП50Б-3МТУ32 Магнитный пускатель ПМЕ-072 Реле напряжения РП-71/Е	ПКЕ 212-2 3 ~500В 50Гц Iн=15А Iуст=10Iн ~380В I ~380В

3. Составить монтажные схемы

внутренних и внешних соединений:

-схемы внутренних соединений:

1.QF

2. КМ

3. SB

4.KV

—

схемы внешних соединений

1. Фаза А-КМ

2. КМ-контакт КМ

3. контакт КМ-SB2

4. SB2-KV

5. SB1-KV

6. KV-Фаза В

7. Фаз. С-SB1

8. контакт KV и контакт КМ

4. С помощью мультиметра замерить сопротивление на участках цепи.

5. Собрать электрическую схему.

Рисунок 1. Схема соединения дополнительного реле для защиты при обрыве одной из фаз

6. Порядок работы схемы:

1) Включаем автомат QF и замыкаем однофазные выключатели SF получает питание цепь управления.

2) получает питание реле

KV, замыкает свои контакты в цепи управления.

3) При нажатии кнопки SB2, получает питание катушка магнитного пускателя КМ и замыкает свой блок контакт в цепи управления, шунтируя кнопку SB2.

4) магнитный пускатель замыкает свои силовые контакты и включает электродвигатель.

5) При обрыве фаз В или С катушка реле КV теряет питание и размыкает свой контакт в цепи управления, теряет питание магнитный пускатель КМ, размыкая свои силовые контакты отключает силовую цепь двигателя.

6) При обрыве фаз А или С катушка реле магнитного пускателя КМ теряет питание, размыкает свои силовые контакты и обесточивает двигатель.

Вывод: Изучить защиту электр двигателя с помощью дополнительного реле включенного в одну из фаз от случайной отключения.

Контрольные вопросы:

1. Для чего применяется искусственная нулевая точка.

2. Для чего применяется дополнительное реле.

Ответы

1. Нулевая точка нужна для создания схемы защиты

2. Дополнительное реле необходимо для сборки схем защиты.

Лабораторная работа 8

Тема: Автоматическая защита 3х фазных двигателей при отключении фазы эл. Сети с помощью конденсаторов

Цель работы: Защита электродвигателей с помощью создания искусственной нулевой точки от случайных отключений

Порядок выполнения работы.

1. Произвести внешний осмотр.

2. Технические данные:

3. Составить монтажные схемы внутренних и внешних соединений.

-Внутренние схемы соединения:

1. QF

2. Q

3. SB

4. KV

5. KM

6. C

-Внешние схемы соединений:

1. Подключение SB

2. Подключение KV

3. Подключение C₁-С₃

Таблица 1 Паспортные данные

Тип оборудования.	Технические характеристики
Автомат АП-50Б Кнопка ПКЕ-212-2УЗ Автомат АЕ-1031М-2УХПУ	АП-50Б 3МТУ52 U=500В f=50Гц ПКЕ-212-2УЗ U=380В f=50Гц U=380B f=50Гц

д) Подключение КМ

4.С помощью мультиметра замерить сопротивление на участках цепи.

5. Проверка работы схемы

1. Включаем автоматический выключатель QF. Получает питание схема управления.

2. Нажимаем SB2,получает питание КМ, замыкает блок контакт и силовые контакты КМ.

3. Имитируем обрыв фазы А,В,С, реле KV получает питание и размыкает свой контакт KV в цепи питания контактора КМ.

При размыкании контакта KV

Рисунок 1 Электрическая схема.

контактор КМ теряет питание и отключает свои силовые контакты КМ, а также контакты в цепи управления отключает свои силовые контакты КМ, а также контакты в цепи управления.

Вывод: Изучил защиту электродвигателя с помощью создания искусственной нулевой точки от случайных отношения.

Контрольные вопросы:

1. Назначение автоматических выключателей.

2. Что произойдет, если катушка доп. реле потеряет питание.

3. Какой тип реле может применяться в качестве дополнительного.

Ответы

1. автоматический выключатель предназначен для коммутации электрических цепей и защиты цепи от КЗ и перегрузок.

2. Если катушки дополнительного реле потеряли питание, то получит питание цепь управления.

3. В качестве дополнительного реле может применятся реле типа KV типа РПЭ1

Схемы автоматической защиты трехфазного двигателя при пропадании фазы

   Трехфазные электродвигатели при случайном отключении одной из фаз быстро перегреваются и выходят из строя, если их вовремя не отключить от сети. Для этой цели разработаны различные системы автоматических защитных отключающих устройств, однако они либо сложны, либо недостаточно чувствительны. Защитные устройства можно условно разделить на релейные и диоднотранзисторные. Релейные в отличие от диодно-транзисторных более просты в изготовлении.

   Рассмотрим несколько релейных схем автоматической защиты трехфазного двигателя при случайном отключении одной из фаз питания электрической сети.

   Первый способ (рис. 14). В обычную систему запуска трехфазного двигателя введено дополнительное реле Р с нормально разомкнутыми контактами Р1. При наличии напряжения в трехфазной сети обмотка дополнительного реле Р постоянно находится под напряжением и контакты Р1 замкнуты. При нажатии кнопки «Пуск» через обмотку электромагнита магнитного пускателя МП проходит ток и системой контактов МП1 электродвигатель подклю-

   

   Рис, 14

   частся к трехфазной сети. При случайном отключении от сети провода А реле Р будет обесточено, контакты Р1 разомкнутся, отключив от сети обмотку магнитного пускателя, который системой контактов МП1 отключит двигатель от сети. При отключении от сети проводов В к С обесточивается непосредственно обмотка магнитного пускателя. В качестве дополнительного реле Р используется реле переменного тока типа МКУ-48.

   Второй способ (рис. 15). Защитное устройство основано на принципе создания искусственной нулевой точки , образованной тремя одинаковыми конденсаторами С1—СЗ. Между этой точкой и нулевым проводом О включено дополнительное реле Р с нормально замкнутыми контактами. При нормальной работе электродвигателя напряжение в точке 0′ равно нулю и ток через обмотку реле не протекает. При отключении одного из линейных проводов сети нарушается электрическая симметрия трехфазной системы, в точке O’ появляется напряжение, реле Р срабатывает и контактами Р1 обесточивает обмотку магнитного пускателя—двигатель отключается. Это устройство обеспечивает более высокую надежность по сравнению с предыдущим. Реле типа МКУ, на рабочее напряжение 36 В. Конденсаторы С1СЗ— бумажные, емкостью 4—10 мкФ, на рабочее напряжение не ниже удвоенного фазного.

   Чувствительность устройства настолько высока, что иногда двигатель может отключиться в результате нарушения электрической симметрии, вызванного подключением посторонних однофазных потребителей, питающихся от этой сети. Чувствительность можно понизить, если применить конденсаторы с меньшей емкостью.

   Третий способ (рис. 16). Схема защитного устройства аналогична схеме, рассмотренной в первом способе. При нажатии кнопки «Пуск» включается реле Р, контактами Р1 замыкая цепь питания катушки магнитного пускателя МП.

   

   Рис. 15

   

   Рис. 16

   Магнитный пускатель срабатывает и контактами МП1 включает электродвигатель. При обрыве линейных проводов В или С отключается реле Р, при обрыве провода А или С — магнитный пускатель МП.

   В обоих случаях электродвигатель выключается контактами магнитного пускателя МП1.

   По сравнению со схемой защитного устройства трехфазного двигателя, рассмотренной в первом способе, это устройство имеет преимущество: дополнительное реле Р при выключенном двигателе обесточено.

   

21. Защита электродвигателя от перегрузки. Защита от понижения напряжения двигателя.

Защита от

перегрузки

устанавливается

обычно в одной фазе. Аналогично защите

трансформатора от перегрузки данная защита

может срабатывать через определенное время

на разгрузку (если это возможно), а затем на

отключение или сразу на отключение. Ток

срабатывания

защиты

определяется

по

Защита

электродвигателя от перегрузки

формуле

kОТС

, где kОТС

―

IС ,З ≥

IН ,ДВ

kВ

коэффициент отстройки, kОТС = 1,05, kВ ― коэффициент возврата, для реле максимального действия kВ < 1.

Время срабатывания защиты выбирается больше времени пуска двигателя tС ,З = tП +

t .

Защита от понижения напряжения При

групповом

запуске

или

самозапуске

понижается напряжение на шинах, у

двигателей повышается потребляемый ток,

дополнительно снижается напряжение, что

приводит

к

увеличению

времени

самозапуска. Для предотвращения работы

двигателя

при

глубоком

снижении

напряжения

предусматривается

защита от

понижения

напряжения.

В

качестве

измерительного органа защиты используется

Защита от понижения напряжения

реле напряжения.

Напряжение

срабатывания

защиты

электродвигателей неответственных механизмов UС ,З ≤

UMIN ,Р

kОТС kВ

, где kОТС –

коэффициент

отстройки,

kОТС=1,2…1,3, kВ – коэффициент возврата, для реле минимального действия kВ>1; UМIN,Р – минимально возможное напряжение в рабочем режиме, принимается UМIN,Р=0,9 UНОМ.

Для электродвигателей ответственных механизмов принимается UС,З=0,5 UНОМ. Время срабатывания защиты tС ,З = 10…15 с.

22. Защита электродвигателя от замыканий обмотки статора на корпус.

	Защита отстраивается от броска собственного
	емкостного тока IС при внешнем замыкании на землю
	IС,З ≥ kОТС kБ IС ,		где kБ	― коэффициент,
	учитывающий бросок емкостного тока присоединения
	в начальный момент внешнего замыкания на землю,
	связанный с перезарядом распределенных емкостей
	сети, kБ = 2 – 3 для реле РТЗ-51, kБ=3 – 4 для реле
	РТЗ-50 и РТ-40.
	Реле защиты от замыканий на корпус обмотки
	статора подключаются к трансформатору тока
	нулевой последовательности (ТТНП), через который
	продевается питающий кабель ЭД. Необходимо
	отметить, что заземление оболочки кабеля
	обязательно должно проходить через ТТНП во
	избежание неправильных срабатываний защиты от
Защита от замыканий на корпус обмотки	наведенных блуждающих токов на оболочку кабеля.					IС
	Собственный		емкостный		ток
статора	присоединения	складывается		из	собственного
	емкостного тока	кабельной		линии	IС,КЛЭП	и
собственного емкостного тока электродвигателя	IС,ДВ IС = IС,КЛЭП + IС, ДВ		, где	IС ,КЛЭП = IС ,УД l		и

IС, ДВ = 2 π f 3 CДВUФ, IС, УД ― утроенная величина собственного емкостного тока одного километра

КЛЭП, l ― длина КЛЭП, UФ ― фазное напряжение, f ― промышленная частота, CДВ ― емкость двигателя, которая для неявнополюсных синхронных и асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором может быть

рассчитана по формуле		0,0187 SНОМ , ДВ 10−6	для остальных ЭД	C ДВ =		40 4 SНОМ3 ,ДВ 10−9	,
CДВ =	1,2	UНОМ ( 1 + 0,08 UНОМ )			3	(UНОМ + 3,6 ) 3 nНОМ

где SНОМ,ДВ ― номинальная мощность ЭД, МВА; UНОМ ― номинальное линейное напряжение ЭД, кВ; nНОМ ― номинальная частота вращения ЭД, об/мин.

Принципиальная схема защиты от замыкания обмотки статора на корпус приведена на рис. 7.7. Здесь ТА2 ― ТТНП.

Защита от замыкания обмотки статора на корпус

Защита срабатывает на отключение без выдержки времени (если это необходимо по условиям технологии ― взрыво- и пожароопасные помещения) или с выдержкой времени tС,З = 1…2 с.; так как на

промышленных предприятиях на механизмах может присутствовать опасно высокий потенциал прикосновения.

Коэффициент чувствительности защиты в сетях с изолированной нейтралью рассчитывается по

выражению kЧ	=	IC′Σ − IC	≥ 2 .
		IC ,З

23. Защита электродвигателя от несимметричного режима и обрыва фазы.

Несимметричный работа двигателя может возникнуть:

–от внешних факторов, вызванных несимметричным питанием при несимметричных КЗ или несимметричных нагрузок;

–от внутренних факторов, вызванных витковыми замыканиями.

Внесимметричном режиме токи статора электродвигателя можно разложить на симметричные составляющие прямой и обратной последовательности. Токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающееся с синхронной угловой скоростью в ту же сторону, что и ротор двигателя. Поле обратной последовательности также вращается с синхронной угловой скоростью, но в противоположную сторону.

Поле обратной последовательности оказывает тепловое и механическое воздействие на ЭД. Тепловое воздействие обусловлено дополнительными потерями в роторе, которые особенно сильно проявляются при номинальной частоте вращения ротора. При этом в замкнутых контурах ротора наводятся токи с частотой порядка 100 Гц, вызывающие усиленный разогрев элементов на поверхности неявнополюсного ротора (пазовые клинья, зубцы ротора, бандажные кольца, особенно в торцевых зонах, в местах контакта указанных элементов). Синхронные двигатели с явнополюсным ротором и, в меньшей степени, асинхронные нагреваются токами двойной частоты либо из-за наличия специальной обмотки возбуждения, либо из-за наличия короткозамкнутой обмотки на роторе.

Механическое воздействие обусловлено появлением знакопеременного электромагнитного момента и проявляется в виде усиленной вибрации элементов статора и ротора. Наибольшие механические воздействия испытывают сварные швы, крепящие клинья активной стали к полкам корпуса, и лобовые части обмотки статора, особенно места их выхода из пазов.

Для АД допустимо значение U2* более 2% и в соответствии со стандартом должно рассчитываться с учетом отклонения напряжения прямой последовательности, гармоник напряжения и коэффициента

загрузки KЗ. Расчет показывает, что при отсутствии гармоник и отклонений напряжения при номинальной нагрузке двигателя допустимое значение U2* составляет примерно 2,3—4,5% при медленных изменениях U2

и4,82—7,8% при быстрых изменениях U2

Допустимость продолжительного несимметричного режима мощных синхронных машин в соответствии с отечественной практикой эксплуатации определяется неравенством токов в фазах, т. е. арифметической разностью токов. Явнополюсные машины, допускают длительную несимметрию, если ток ни в одной из фаз не превышает номинального значения, а арифметическая разность 20% номинального тока статора при воздушном охлаждении обмотки статора. Нсявнополюсные машины, например синхронные турбодвигатели, исходя из наибольшей длительно допустимой температуры для стали

зубцов ротора, торцевых клиньев и обмотки возбуждения (+130°С) допускают длительную работу при токе обратной последовательности I2=0,08IНОМ и токах в фазах, не превышающих номинальный.

Асинхронные двигатели допускают примерно такую же несимметрию, как и синхронные неявнополюсные машины.

24. Защита электродвигателей напряжением до 1000 В.

Защита предохранителями АД

Основным условием, определяющим выбор предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока. Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск двигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска. Все двигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т.п., пуск которых заканчивается за 2 — 5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению:

I

IВС ≥ Пk,Д , где IП,Д — пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или

непосредственным измерением; k — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6 — 2

Защита автоматическими выключателями АД

Токовая отсечка. Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времена пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. В каталогах приводится только значение периодической составляющей пускового тока IПУСК,ДВ. Несрабатывание отсечки при пуске

электродвигателя	обеспечивается	выбором	тока	срабатывания	по	выражению
IC ,O = 1,05kЗkАkР IПУСК , ДВ = kН IПУСК ,ДВ , где kH			=1,05kЗkAkР — коэффициент		надежности отстройки

отсечки от пускового тока электродвигателя; 1,05 — коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме напряжение может быть на 5 % выше номинального напряжения электродвигателя; k3 — коэффициент запаса; kа — коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя; kp — коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.

Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий IН,РАСЦ = IН,ДВ. В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле kВ=1, ток срабатывания защиты (пограничный ток) составит IC ,П = kН IН ,РАСЦ = kН IН ,ДВ

Для защиты АД современными автоматическими выключателями берутся выключатели класса D, у которых

kOТС =	IC ,O	= 10…20
	IН ,РАСЦ

Устройство безаварийной работы асинхронного электродвигателя от обрыва одной из фаз питающей сети

 

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты асинхронного двигателя при обрыве фаз питающей сети. Сущность изобретения: в устройство безаварийной работы асинхронного электродвигателя при обрыве одной из фаз питающей сети, содержащее конденсаторы 11 и коммутирующие элементы 4, введены два диодных выпрямителя 10, 20, промежуточное реле 12 и второй пускатель 15, при этом обмотка промежуточного реле 12 включена между нулевыми точками сети и обмотки статора, его замыкающий контакт 18 — между одним из выводов обмотки второго пускателя 15 и общей точкой соединения катодов трех диодов выпрямителя 20, аноды которых подключены к фазам сети после замыкающих контактов первого магнитного пускателя 3. Обмотка второго пускателя 15 включена между нулевой точкой обмотки статора и одной из общих точек параллельно включенных контактов промежуточного реле 12 и второго пускателя 15, а обмотка первого пускателя 3 подключена между нулевым выводом сети и общей точкой соединения трех диодов выпрямителя 10 через цепочку из последовательно соединенных кнопок «Пуск» — «Стоп» 8, 9 и контакты теплового реле 7, причем аноды этих диодов подключены к фазам сети, а конденсаторы 11 подключены к фазным зажимам обмотки статора по схеме «треугольник». 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты асинхронного двигателя при обрыве фаз питающей сети.

Известно устройство, в котором нулевая точка обмотки статора асинхронного двигателя соединена с нулевым выводом источника питания [1] Однако указанное устройство при обрыве фазы сети обеспечивает безаварийную работу электродвигателя при нагрузках не более 70% от номинальной. Кроме того, в нормальном режиме по обмоткам статора двигателя и проводнику, связывающему нулевую точку двигателя с нулевой точкой сети, протекают токи третьей гармоники сетевого напряжения, вызванные насыщением сердечника двигателя. Эти токи вызывают дополнительные потери и снижают КПД двигателя. Известно также устройство, в котором нулевая точка двигателя подключается к нулевой точке сети через систему контактов токовых реле [2] Недостатком такого устройства является то, что подключение нулевой точки двигателя и нулевой точки сети осуществляется только при обрыве двух фаз сети и не используется преимущество такой коммутации при обрыве одной фазы. Целью предлагаемого изобретения является сохранение положительных свойств соединения нулевой точки сети с нулевой точкой статора в аварийном режиме и устранение дополнительных потерь при наличии такой связи в нормальном режиме работы. Поставленная цель достигается тем, что нулевая точка обмотки статора соединяется с нулевым проводом сети только при обрыве одной или двух фаз сети. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Обмотка статора электродвигателя 1 подключается к трехфазной сети через автомат 2 и магнитный пускатель, имеющий катушку 3, силовые контакты 4 и блок-контакт 5. Нагревательные элементы теплового реле 6 подключены к сети через обмотки электродвигателя, а его контакты 7 подключены последовательно с обмоткой пускателя 3. Включение и отключение двигателя происходит при нажатии кнопок «Пуск» 8 и «Стоп» 9 соответственно. Для того, чтобы магнитный пускатель не отключался при обрыве фаз сети, его катушка 3 подключена по схеме трехфазного выпрямления через диоды 10. Конденсаторы 11 служат для компенсации реактивной мощности двигателя и обеспечения его безаварийной работы при обрыве одной из фаз сети питания. Между нулевыми точками сети 0 и обмотки статора 01 включена катушка промежуточного реле 12 последовательно с регулировочным резистором 13 и размыкающим контактом кнопки «Пуск» 14, второй магнитный пускатель, соединяющий нулевые выводы сети и обмотки статора двигателя: точки 0 и 01, имеет катушку 15, силовой контакт 16 и блок-контакт 17. Блок-контакт 17 включен параллельно контакту промежуточного реле 18. Параллельно катушке 15 включена сигнальная лампа 19. Чтобы пускатель 15 включился при обрыве фазы сети, его катушка включена параллельно обмоткам двигателя по схеме трехфазного выпрямления через диоды 20. Схема работает следующим образом. Автоматом 2 подается питание из сети. При нажатии кнопки 8 включается магнитный пускатель 3. Двигатель 1 и конденсаторы 11 одновременно подключаются к сети контактами 4. На период нажатия кнопки «Пуск» 8 ее размыкающие контакты 14 предотвращают ложное срабатывание промежуточного реле 12, размыкая его цепь. Конденсаторы 11 компенсируют реактивную мощность двигателя. После отпускания кнопки «Пуск» контакты кнопки 14 замыкаются. В нормальном режиме работы напряжение между точками 0 и 01 недостаточно для срабатывания реле 12. При обрыве одной или двух фаз напряжение между точками 0 и 01 возрастает. Реле 12 срабатывает, замыкает свой контакт 18. Срабатывает пускатель 15, который своим силовым контактом 16 соединяет точки 0 и 01, а блок-контакт 17 включается параллельно контакту 18. Загорается сигнальная лампа 19 «обрыв фазы». Несмотря на то, что катушка 12 закорачивается контактом 16, вследствие чего контакт 18 размыкается, катушка 15 питается током через контакт 17 и диоды 20. В случае перегрузки по току в любой фазе тепловой элемент 6 нагревается и двигатель отключается от сети за счет размыкания контакта теплового реле 7 в цепи катушки 3. Автомат 2 защищает схему от коротких замыканий. Таким образом, в нормальном режиме исключаются дополнительные потери в электродвигателе, вызванные протеканием токов тройной частоты в обмотках статора и в цепи, соединяющей его нулевую точку с нулевым выводом сети, и обеспечивается устойчивая работа электродвигателя при обрыве одной или двух фаз сети.

Формула изобретения

Устройство безаварийной работы асинхронного электродвигателя при обрыве одной из фаз питающей сети, содержащее первый магнитный пускатель с тепловым реле, кнопки «Пуск» и «Стоп» и конденсаторы, отличающееся тем, что в него введены два диодных выпрямителя, промежуточное реле и второй магнитный пускатель, при этом катушка промежуточного реле включена между нулевыми точками сети и обмотки статора через цепочку из последовательно соединенных переменного резистора и размыкающего контакта кнопки «Пуск», первый выпрямитель подключен анодами к фазам сети до замыкающих контактов первого магнитного пускателя, а его катоды соединены между собой, второй выпрямитель подключен анодами к фазам сети после замыкающих контактов первого магнитного пускателя, а его катоды соединены между собой, замыкающие контакты промежуточного реле и второго магнитного пускателя соединены параллельно и подключены одним концом к общей точке катодов второго выпрямителя, а другим — к зажиму катушки второго магнитного пускателя, второй конец этой катушки подключен к нулевой точке обмотки статора, силовой замыкающий контакт второго магнитного пускателя подключен между нулевыми точками сети и обмотки статора, катушка первого магнитного пускателя подключены между общей точкой катодов первого выпрямителя и нулевой точкой сети через цепочку из последовательно соединенных кнопок «Пуск» и «Стоп» и размыкающего контакта теплового реле, а конденсаторы, соединенные по схеме «треугольник» подключены к фазам сети после замыкающих контактов первого магнитного пускателя до нагревателей теплового реле.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Устройства для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя при двухфазном режиме работы

При эксплуатации трехфазных асинхронных электродвигателей, используемых для привода сельскохозяйственных механизмов, иногда отключается одна фаза питания. Электродвигатели быстро перегреваются и выходят из строя, если их вовремя не отключить от сети. Для этой цели разработаны различные системы автоматических защитных устройств на диодно-транзисторной основе, которые достаточно сложны. Релейные защитные устройства в отличие от них более просты в изготовлении. Ниже рассмотрены два варианта релейных схем защиты трехфазного асинхронного электродвигателя при возникновении двухфазного режима.

I. В схеме, показанной на рисунке 33, а, с помощью конденсаторов CI, С2, СЗ одинаковой емкости искусственно создана нулевая точка О. Между ней и нулевым проводом включено реле KV с размыкающими контактами KV. При нормальном режиме питания электродвигателя (наличии напряжения на трех фазах) напряжение в точке О близко к нулю и ток через катушку реле KV не протекает. В случае обрыва одного из линейных проводов (исчезновении напряжения на одной из фаз) нарушается электрическая симметрия трехфазной системы, в точке О появляется напряжение, реле KV срабатывает, контакты KV размыкаются, обесточивая катушку магнитного пускателя КМ, и электродвигатель отключается. Промежуточное реле КV рассчитано на напряжение 36 В, конденсаторы С1…СЗ емкостью 4… 10 мкФ — на рабочее напряжение не ниже удвоенного фазного.

Чувствительность этого устройства настолько высока, что иногда электродвигатель отключается в результате нарушения электрической симметрии, вызванного подсоединением посторонних однофазных потребителей, питающихся от той же сети. Чувствительность можно понизить, применив конденсаторы меньшей емкости.

Рис. 33. Схемы с конденсаторами (в) и промежуточным реле (б) для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя при двухфазном режиме

И. В схеме, приведенной на рисунке 33, б, в обычную систему пуска трехфазного асинхронного электродвигателя введено промежуточное реле KV с замыкающими контактами KV. При нажатии кнопки SB1 включается реле KV, замыкая своими контактами KV цепь питания катушки магнитного пускателя КМ, который срабатывает и силовыми контактами КМ. 1 включает электродвигатель, а блокирующими КМ.2 самоблокируется. При обрыве фаз Б и С отключается реле KV, фаз А и С — магнитный пускатель КМ.

Достоинство этой схемы заключается в том, что промежуточное реле KV при выключенном электродвигателе обесточено.

Способы защиты устройства плавного пуска и электродвигателя

В применении устройств плавного пуска одним из важнейших вопросов является вопрос защиты. Поломки и сбои в работе случаются с любыми устройствами, поэтому необходимо максимально обеспечить сохранность оборудования при нештатных ситуациях.

Вопрос защиты УПП можно рассматривать с двух точек зрения – со стороны двигателя и со стороны самого плавного пускателя.

Защита электродвигателя

Рассмотрим, как и от чего нужно защищать электродвигатель.

Основные проблемы, которым подвержен асинхронный двигатель — механическая перегрузка на валу и пропадание (перекос) фазы. Эти проблемы приводят к перегрузке УПП по току по двум или трем фазам. В обоих случаях, если своевременно не выключить двигатель, через короткое время он перегреется и сгорит.

Повышение нагрузки на валу может быть следствием нескольких причин:

• Неисправность нагрузки – заклинивание редуктора, ременной передачи, попадание постороннего предмета в движимые механизмы и т.д.).
• Неисправность двигателя – заклинивание или повышенное трение в подшипниках, перекос и трение ротора об статор.

При перекосе и пропадании фазы происходят явления, приводящие к повышению тока по оставшимся фазам, падению мощности двигателя и его перегреву. На этот случай в устройствах плавного пуска предусмотрена функция отключения двигателя.

Температурная защита электродвигателя

Внутри корпуса двигателя должен быть установлен термоконтакт либо термодатчик, контролирующий нагрев привода.

Термоконтакт имеет нормально замкнутые контакты, которые при повышении температуры размыкаются. Как правило, температура срабатывания составляет 90-150° и не регулируется. Схема управления УПП должна быть построена таким образом, чтобы при срабатывании термоконтакта отключалось питание.

Термодатчик меняет свое сопротивление пропорционально температуре корпуса двигателя. В моделях УПП и преобразователей частоты с большим функционалом имеется аналоговый вход для подключения термодатчика, позволяющего непрерывно мониторить температурный режим. При установленном пороге сначала срабатывает предупреждение о перегреве, затем двигатель отключается.

Необходимо помнить, что термозащита двигателя является вторичной (дублирующей), поскольку для разогрева корпуса двигателя требуется некоторое время. Первичной должна быть защита от превышения тока и короткого замыкания, которая отключает двигатель гораздо быстрее. Подробнее об этом будет сказано ниже.

Защита УПП от проблем со стороны двигателя

В устройствах плавного пуска встречается несколько видов защит:

• Защита при обрыве выходной фазы. В этом случае на входе УПП имеются все три питающие фазы, а на участке от выходной клеммы до обмотки двигателя фаза по какой-то причине оборвана. Стандартное значение защиты – менее 3 с.
• Защита при перекосе фаз. Срабатывает при перекосе (отличии) фаз более чем на 50%.
• Защита от превышения тока при запуске. Запуск – наиболее «тяжелый» период в работе электродвигателя. По этой причине во всех устройствах плавного пуска ограничено количество запусков в течение часа. При большом количестве пусков производители рекомендуют ставить радиатор или выбирать УПП с большей мощностью. Ток при запуске ограничивается, в результате при тяжелых пусках или неправильно выставленном ограничении двигатель может не разогнаться до включения байпаса, либо УПП выдаст ошибку.
• Защита от перегрузки во время работы. После разгона включается контактор байпаса, и ток на выходе может достигать максимальных значений. Однако он непрерывно измеряется через трансформаторы тока и УПП отключается при достижении установленного значения. Именно эта защита в основном спасает двигатель от перегрузки по току.
• Защита от короткого замыкания на выходе. Если в двигателе или кабельной линии произошло замыкание, ток повышается до максимально возможного значения, поэтому время выключения УПП должно быть минимальным. Как правило, оно составляет несколько миллисекунд.

Уровень и время срабатывания защит могут быть как фиксированными, так и с возможностью установки пользователем.

Когда срабатывает та или иная защита, пользователю выводится информация об ошибке. После устранения причин и сброса ошибки возможен автоматический (в моделях с повышенным функционалом), либо ручной перезапуск.

Защита УПП от собственных проблем и от проблем со стороны питания

Даже при нормально работающем двигателе могут возникать ситуации, способные вывести из строя устройство плавного пуска. Чтобы избежать подобных неприятностей, пускатели могут оснащаться опциями собственной защиты:

• Защита при обрыве фазы питания.
• Защита при перекосе фаз на входе.
• Защита при повышении/понижении входного напряжения. Уровни напряжения, как правило, фиксированные.
• Защита от перегрева корпуса УПП. Перегрев может возникнуть из-за повышения температуры внутри электрошкафа, из-за неисправности вентилятора или частых пусков. В случае, если температура будет выше критической, УПП выдаст ошибку.

Внешняя защита УПП

Наличие встроенной защиты не избавляет от необходимости дополнительных мер безопасности на входе УПП. Стандартный вид входной защиты, который рекомендуют все производители – автоматический выключатель. Значение его тока выбирается таким образом, чтобы выключатель надежно срабатывал при перегрузке и коротком замыкании.

В некоторых дешевых моделях УПП отсутствует защита по перегрузке на выходе. В этом случае кроме автоматического выключателя на входе необходимо устанавливать тепловое реле на выходе УПП. Ток реле нужно выставить согласно общим рекомендациям по защите двигателя, а его контакты завести в аварийную цепь либо в цепь останова УПП.

Вместо автоматического выключателя и теплового реле также можно использовать мотор-автомат с плавной регулировкой тока срабатывания, который защитит и от короткого замыкания, и от перегрузки по току.

Стандартная схема включения устройства плавного пуска с защитами приведена ниже.

Автоматический выключатель QF защищает от короткого замыкания и перегрузки по току. Трансформаторы тока Т1, Т2, Т3 на выходе измеряют ток и служат датчиками для правильной работы остальных защит. Выходные контакты 5, 6 замыкаются в случае срабатывания защиты и сигнал об аварии поступает на контроллер или иное устройство.

Заключение

Не стоит забывать, что чрезмерная забота о защите УПП и двигателя может привести к неприятностям с другой стороны, а именно к ложным срабатываниям защиты. В некоторых технологических процессах это может стать причиной простоев и значительных убытков, поэтому установка оптимальной защиты требует большой подготовки, тщательных расчетов, измерений, экспериментальных пусков и проверок.

Другие полезные материалы:
Как выбрать мотор-редуктор
Зачем нужен контактор байпаса в УПП
Назначение сетевых и моторных дросселей
Использование тормозных резисторов с ПЧ