WAY OF PROTECTION OF ENGINES FROM CANCELLED START-UP

Минаков В.Ф. ¹, Минакова Т.Е. ²

¹ Доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный экономический университет, ² кандидат технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ НЕСОСТОЯВШИХСЯ ПУСКОВ

Аннотация

Показана отличительная особенность электромагнитных параметров пусковых режимов электрических двигателей переменного тока, состоящая в возникновении субгармонических составляющих токов статора. На основе их выделения предложен способ токовой защиты электродвигателей.

Ключевые слова: электрический двигатель, надежность, защита.

Minakov V.F. ¹, Minakova T.E. ²

¹ Doctor of technical science, professor, St. Petersburg State University of economics, ² PhD of technical science, associate professor, National Mineral Resources   University

WAY OF PROTECTION OF ENGINES FROM CANCELLED START-UP

Abstract

Distinctive feature of electromagnetic parameters of starting modes of electric motors of the alternating current, consisting in emergence of subharmonic components of currents of a stator is proved. On the basis of their allocation the way of current protection of electric motors is offered.

Keywords: electric motor, reliability, protection.

Наработка на отказ парка трехфазных электродвигателей до настоящего времени остается невысокой [1 - 6]. Ограничение ресурса работы электродвигателей обусловлено отклонением условий работы от номинальных [7]. Одним из наиболее тяжелых режимов, приводящих к ускоренному износу электродвигателей, является несостоявшийся пуск.

Низкое быстродействие используемых  защит  от  несостоявшегося пуска  обусловливает актуальность проведения  работ по выявлению эффективного  признака,  характеризующего  указанный  режим.

Предлагается электромагнитный способ идентификации разворота ротора, основанный на следующих физических процессах при пуске асинхронной машины, отличных от работы машины с заторможенным  ротором [8]. Разворот ротора, то есть его ненулевая частота вращения, обусловливает генераторную составляющую электродвижущей силы (ЭДС), а под ее воздействием – токов в контурах статора  и  ротора  машины. Важно, что при пуске двигателя, ввиду его подключения к сети при затухших потокосцеплениях, возникают апериодические составляющие обобщенных векторов токов и потокосцеплений, а их  произведения на круговую частоту вращения ротора, то есть генераторные ЭДС, имеют субгармонический характер, так как синхронны изменению положения ротора  при вращении относительно обобщенного вектора апериодического потокосцепления. При неподвижном роторе электродвигателя субгармонические составляющие токов отсутствуют.

Субгармонические токи статора электродвигателя, следовательно, являются надежным электромагнитным признаком  разворота ротора и  могут  быть использованы  для целей защиты асинхронных и синхронных машин. Авторский способ защиты электродвигателей от аварийных и анормальных режимов основан на использовании следующей последовательности действий:

– выделении апериодической  и  субгармонической  составляющих  в токе  статора как разности амплитудных значений  положительных и отрицательных;

– отстройке от апериодических составляющих токов статора временем запрета ускоренного срабатывания защиты в течение первых 120 мс после повышения тока до уровня пускового;

– сохранении информации о знаке разности амплитудных значений положительных и отрицательных полуволн и сравнении данного знака со знаком каждого последующего периода тока;

– разрешении ускоренного отключения электродвигателя через 120 мс при условии сохранения знака разности амплитудных значений положительных и отрицательных полуволн тока, либо запрете при изменении знака.

Выдержка времени в 120 мс выбрана из условия превышения субгармоническими составляющими тока статора над апериодическими. Выдержка соответствует наибольшим электромагнитным постоянным времени двигателей большой мощности. Но так как большего быстродействия при пусковых токах не требуется [9 - 11], она сохраняется и при малой мощности. 

Достоинствами защиты электродвигателей от несостоявшихся пусков по субгармоническим электромагнитным параметрам двигателей являются высокая надежность, обусловленная отсутствием механических подвижных тахометрических элементов в их составе, а также повышенное быстродействие: время срабатывания составляет 120 мс.