Защита от помех пусковых токов электродвигателей

Борьба с пусковыми токами, помехами и пульсациями

В составе статических преобразователей для систем электроснабжения, питаемых от сетей однофазного переменного тока 220 В 50 Гц и трехфазного переменного тока 380 В 50 Гц традиционно используется входное звено, осуществляющее преобразование переменного сетевого напряжения в постоянное, которое затем трансформируется посредством управляемого высокочастотного звена в переменное напряжение импульсной формы. С момента появления высокочастотных преобразователей входное звено по своему схемотехническому построению не претерпело существенных изменений: традиционно оно представляет собой каскадное соединение выпрямителя (мостового или трехфазного, управляемого или неуправляемого) и сглаживающего емкостного или индуктивно-емкостного фильтра. Разработка таких схем, что называется, «в лоб», может привести к появлению зарядных сверхтоков, во много раз превышающих рабочие токи потребления. Поэтому разработчики силовой преобразовательной техники применяют меры разной степени сложности для полного исключения пусковых сверхтоков или их снижения до безопасных значений. Поговорим подробнее об этих мерах.

В случае разработки маломощных высокочастотных статических преобразователей (с выходной мощностью не более 200…300 Вт), входное звено, питаемое от однофазной сети, сроится по хорошо известной простейшей схеме, показанной на рис. 2.4.1.

Переменное напряжение 220 В 50 Гц здесь выпрямляется диодным мостом VDl…VD4, пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются емкостным фильтром на основе конденсатора С.

Поскольку включение преобразователя в питающую сеть может произойти не только в момент, когда сетевое напряжение близко к нулевому, но и на его амплитуде, зарядный ток конденсатора С может легко вывести из строя диодный мост, то есть вызвать эффект токового пробоя, если не приняты меры по ограничению этого сверхтока.

Понятно, что ограничение зарядного тока в условиях близкого к нулевому импедансу конденсатора С, может происходить только за счет активного сопротивления токоведущих проводников (которое крайне мало), а это значит, что, по сути, никакой защиты от аварийного режима в таком случае быть не может.

Чтобы все-таки исключить возникновение аварийного режима, в состав входного звена вводится резистор R с небольшим сопротивлением, ограничивающим зарядный ток.

Этот способ защиты широко используется в промышленных преобразователях, даже несмотря на то, что в рабочем режиме резистор R вынужден рассеивать тепловую энергию, а значит, несколько снижает КПД преобразователя в целом. Методы расчета номинала резистора R хорошо известны, и с ними можно познакомиться, например, в [1] и [2].

Коэффициент полезного действия (КПД) схемы, показанной на рис. 2.4.1, можно повысить, если применить вместо линейного резистора R нелинейный термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.

Что дает применение термистора? При первоначальном пуске токовый импульс разогревает термистор, и его сопротивление резко возрастает, обеспечивая снижение пускового тока.

В установившемся режиме потребления тока термистор восстанавливает свое малое сопротивление (охлаждается), и тепловые потери уменьшаются.

Рис. 2.4.1. Входное звено маломощных преобразователей

При разработке мощной преобразовательной техники существенной становится проблема отвода выделяемого тепла, поэтому разработчики стремятся максимально снизить тепловыделение, зачастую — ценой значительного усложнения схемы построения. Соответственно, описанный выше метод снижения пусковых токов здесь приходится модифицировать. Рассмотрим подробнее такие модификации.

На рис. 2.4.2 приведена модифицированная схема ограничения пусковых сверхтоков, часто применяемая в составе преобразователей с номинальной выходной мощностью более 1 кВт.

Как видно из схемы, в составе первичного звена имеется уже знакомый нам ограничительный резистор R, но, кроме этого, также введены дополнительные элементы: контактор K1 подачи сетевого напряжения 3 x 380 В 50 Гц; реле K2, шунтирующее токоограничительный резистор R; датчик контроля выходного напряжения ДН. При первоначальном включении замыкается контактор K1 и конденсатор С заряжается через ре-

зистор R. При этом величина напряжения Uc на конденсаторе С контролируется датчиком напряжения ДН. Когда напряжение Uc достигает величины, необходимой для запуска звена высокочастотного инвертора, замыкается реле K2, шунтируя резистор R, что обеспечивает снижение тепловых потерь в установившемся режиме работы.

Каковы недостатки данной схемы? Во-первых, в состав звена вводятся контакторы и реле с мощными контакторами, которые должны допускать прохождение тока не ниже номинальной потребляемой величины.

Во-вторых, появляется дополнительная электронная схема на основе датчика напряжения ДН, которая должна алгоритмически отрабатывать задачу пуска и принимать решение об отключении контактора K1, если напряжение на конденсаторе С не достигнет требуемой величины за заданное время (напряжение питающей сети не соответствует номинальному в меньшую сторону), или в процессе работы произошел выход питающего напряжения за номинальные пределы. Кроме этого, электронная схема должна обеспечить задержку повторного пуска после отключения преобразователя, в противном случае преобразователь может выйти на режим питания с разомкнутым реле K2, а это однозначно приведет к недопустимому разогреву токоограничительного резистора R. Тем не менее, описанная схема в авторском варианте использована при разработке серийного статического преобразователя трехфазного напряжения 380 В 50 Гц в трехфазное напряжение 220 В 400 Гц мощностью 6 кВА. В процессе шестилетней эксплуатации узел ни разу не отказал и зарекомендовал себя по параметру надежности с лучшей стороны.

Более сложная (но и более эффективная) схема ограничения сверхтоков, использованная при разработке преобразователя постоянного тока мощностью 12 кВт, приведена на рис. 2.4.3.

Эта схема ограничения сверхтоков кардинально отличается от описанных выше, так как построена на основе чопперного регулятора напряжения [1]. В ней используется IGBT транзисторная сборка VT1 типа CM200DY-24A (производитель — «Mitsubishi Electric») со встроенными ультрабыстрыми диодами.

Дроссели L1, L2 и конденсатор C2 образуют фильтр пульсаций выпрямленного напряжения. Конденсатор C1 защищает схему от выбросов напряжения при работе.

Кроме того, в схеме имеются: датчик тока ДТ типа LA55P и датчик напряжения ДН типа LV25P (производитель — ОАО «Твелем»), драйвер ДР управления «верхним» транзистором IGBT-сборки (производитель — ЗАО «Электрум АВ»), схема управления СУ.

В момент включения преобразователя в сеть транзисторУТ1.1 переводится в проводящее состояние, начинается заряд конденсатора C2. При достижении пускового тока некоторого установленного значения, схема управления СУ прерывает ток, который далее начинает снижаться до другого установленного значения, транзисторУТ1.

1 вновь переводится в проводящее состояние, и процесс повторяется. Причем цикличность этого процесса продолжается до тех пор, пока не сработает датчик напряжения ДН, свидетельствующийодостижении напряжения на конденсаторе C2 уровня, необходимого для запуска высокочастотного инвертора. Датчик ДН через схему управления блокирует транзистор VT1.

1 в открытом состоянии, и далее происходит запуск высокочастотного инвертора. Главное достоинство этой схемы очевидно: с ее помощью можно достичь значения пускового тока, не превышающего значения потребляемого номинального тока в установившемся режиме работы (естественно, за счет увеличения времени заряда конденсатора C2).

К сожалению, и данное схемотехническое решение оказалось достаточно сложным с точки зрения своей реализации: в состав преобразователя пришлось ввести ряд непростых функциональных узлов, которые используются по прямому назначению преимущественно в момент первоначального пуска, и в дальнейшем не несут никакой функциональной нагрузки. Кроме того, схема по рис.

2.4.3 в процессе эксплуатации показала себя гораздо менее надежной, чем схема по рис. 2.4.2.

Можно построить входное звено статического преобразователя с применением тиристора в качестве ключевого элемента, шунтирующего зарядный резистор. На рис. 2.4.

4 показан вариант такого звена, достаточно хорошо известный разработчикам силовой техники.

Но это — не самое лучшее техническое решение, так как тиристор имеет 4-слойную структуру, из-за чего падение напряжения на нем тоже велико, а значит, рассеивается дополнительная тепловая энергия.

Возможно ли найти скрытые возможности традиционных элементов входных цепей статических преобразователей, чтобы обеспечить надежную защиту от сверхтоков? Давайте обратимся к рис. 2.4.5, на котором состав входного звена мощного статического преобразовате-

Рис. 2.4.4. Вариант входной цепи с использованием тиристора в качестве

ключевого элемента

Рис. 2.4.5. Входное звено мощного преобразователя

ля обозначен подробнее. В составе звена имеется, во-первых, сетевой дроссель L1, ограничивающий распространение высокочастотных гармоник в питающую сеть и гасящий коммутационные перенапряжения.

Кроме этого, в составе силовой схемы предусмотрен помехоподавляющий фильтр (ППФ) модульного исполнения, задерживающий высшие гармоники помех (радиопомехи).

Элементы фильтра подавления пульсаций выпрямленного напряжения L2, С тривиальны, а потому не требуют пояснений.

Использовать ППФ в качестве ограничителя пусковых токов не получится, так как эта функция ему не свойственна, а вот близкие к этой задаче функции выполняютдроссели L1 и L2.

Их, как оказалось, можно «нагрузить» еще и на выполнение задачи ограничения пусковых токов. Вот здесь необходимо сделать небольшое «лирическое» отступление и сказать несколько добрых слов в адрес сетевых дросселей, выпускаемых фирмой «Elhand» [36].

Внешний вид наиболее интересных в данном случае типов дросселей показан на рис. 2.4.6, а—д.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Источник: http://nauchebe.net/2013/08/borba-s-puskovymi-tokami-pomexami-i-pulsaciyami/

Защита электродвигателя: основные виды, схемы подключения и принцип работы. Инструкция как установить своими руками

Наверно все знают, что различные устройства работают на основе электрических двигателей. Но для чего нужна защита электродвигателей осознает лишь малая часть пользователей. Оказывается они могут сломаться в результате различных непредвиденных ситуаций.

Чтобы избежать проблем с высокими затратами на ремонт, неприятных простоев и дополнительных материальных потерь используются качественные защитные устройства. Далее разберемся в их устройстве и возможностях.

Как создается защита для электродвигателя?

Постепенно рассмотрим основные устройства защиты электродвигателей и особенности их эксплуатации. Но сейчас расскажем об трех уровнях защиты:

  • Внешняя версия защиты для предохранения от короткого замыкания. Обычно относится к разным видам либо представлена в виде реле. Они обладают официальным статусом и обязательны к установке согласно нормам безопасности на территории РФ.
  • Внешняя версия защиты электродвигателей от перегрузки помогает предотвратить опасные повреждения либо критические сбои в процессе работы.
  • Встроенный тип защиты спасет в случае заметного перегрева. И это защитит от критических повреждений либо сбоев в процессе эксплуатации. В этом случае обязательны выключатели внешнего типа иногда применяется реле для перезагрузки.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.

Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:

  • Недостаточный уровень электрического снабжения;
  • Высокий уровень подачи напряжения;
  • Быстрое изменение частоты подачи тока;
  • Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;
  • Увеличение температуры и превышение допустимого значения;
  • Недостаточная подача охлаждения;
  • Повышенный уровень температуры окружающей среды;
  • Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;
  • Увеличенная температура рабочей жидкости;
  • Недопустимая вязкость рабочей жидкости;
  • Двигатель часто выключается и включается;
  • Блокирование работы ротора;
  • Неожиданный обрыв фазы.
Читайте также:  Вольтметр с точностью 0,1 в

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:

Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса.

Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока.

Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Плавкие предохранители на основе задержки срабатывания способны защитить от перегрузки либо различных коротких замыканий. Обычно они способны выдержать 5-краткое увеличение напряжения в течение 10-15 секунд.

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

Автоматическая защита двигателя

Автоматы для защиты электродвигателей помогают обезопасить обмотку от появления короткого замыкания, защищают от нагрузки либо обрыва любой из фаз. Их всегда используют в качестве первого звена защиты в сети питания мотора. Потом используется магнитный пускатель, если необходимо он дополняется тепловым реле.

Каковы критерии выбора, подходящего автомата:

  • Необходимо учитывать величину рабочего тока электродвигателя;
  • Количество, использующихся обмоток;
  • Возможность автомата справляться с током в результате короткого замыкания. Обычные версии работают на уровне до 6 кА, а лучшие до 50 кА. Стоит учитывать и скорость срабатывания у селективных менее 1 секунды, нормальных меньше 0,1 секунды, быстродействующих около 0,005 секунды;
  • Размеры, поскольку большая часть автоматов можно подключать с помощью шины на основе фиксированного типа;
  • Вид расцепления цепи — обычно применяется тепловой либо электромагнитный способ.

Универсальные блоки защиты

Они срабатывают в таких случаях:

  • Проблемы с напряжением, характеризующиеся скачками в сети, обрывами фаз, нарушением чередования либо слипания фаз, перекосом фазного или линейного напряжения;
  • Механической перегруженности;
  • Отсутствие крутящего момента для вала ЭД;
  • Опасных эксплуатационной характеристике изоляции корпуса;
  • Если произошло замыкание на землю.

Хотя защита от понижения напряжения, может быть, организована и другими способами мы рассмотрели основные из них. Теперь у вас есть представление о том зачем необходимо защищать электродвигатель, и как это осуществляется с помощью различных способов.

Фото защиты электродвигателя

Источник: http://electrikmaster.ru/zashhita-elektrodvigatelya/

Копилка знаний — онлайн справочник прогресса в мире

Обзоры новых технологий, изучение инноваций строительства, разбор сантехнических идей, анализ схем электрики и понимание электроники.

Как делают стекловолокно и для чего нужен сшитый полиэтилен? Что такое реактивный ранец и как выбрать гребной винт лодочного мотора?

Современные технологии подстёгивают гражданский интерес. Новинки заставляют искать справочник, помогающий освоить неизбежный прогресс.

Справочник прогресса мира

Что такое спиннер и как выбрать насос для дома для дачи? Какими технологиями производят углеродное волокно и как собирают схему контроллера заряда аккумулятора?

Насколько сложны для обывателя электроника и подключение напряжения самостоятельно. Чем отличается сантехника стальная от пластика и какое строительство считается экономным?

Безграничный объём тайн механики, электрики, электроники, строительства, сантехники и даже туризма. Где найти разгадку?

Справочник технологий, новинок, прогресса в мире — лучший инструмент. На страницах справочника легко узнать как центровать валы агрегатов,  как сделать своими руками из дерева уникальный интерьер?

Каким способом получить карбон или уложить виниловый сайдинг и ламинат? Что нужно для применения программатора? Как освоить кулинарный туризм и узнать, что такое энтропия и коалесценция?

Интернет-копилка знаний

Новая механика, современная электроника, бытовое строительство, понятная электрика, европейская сантехника. Добавить прочий опыт — вот и доступ к знаниям!

Отныне каждому входящему на сайт ZETSILA.RU открыты технологии мира, а также:

  1. Опыт бывалых
  2. Советы спецов
  3. Инструкции производителей
  4. Анализы, исследования, обзоры
  5. Идеи и практические воплощения

База знаний традиционно держится на опорах, испытанных жизнью. Крепкие опоры помогают преодолеть любые преграды.

Как построить опорный механизм на фоне стремительных технологий и прогресса? Легче, чем может показаться на первый взгляд. Требуется немного — актуальная понятная информация.

Двигатель информации

Есть масса источников информации, дающих знания, но далеко не каждый справочник раскрывает тему максимально развёрнуто.

Копилка знаний по образу и подобию справочника — ZETSILA.RU, тоже не претендует на статус Википедии.

Здесь попросту стремятся увидеть детали широко раскрытыми глазами, информативно разъяснить и разложить темы на полочки.

Источник: http://zetsila.ru/%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5-%D1%80%D0%B5%D0%B6%D0%B8%D0%BC%D1%8B-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F/

Аварийные ситуации в работе асинхронного двигателя и методы защиты

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго.

Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы.

Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

  • Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
  • Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
  • Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
  • Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями.

Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя.

Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

  • предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
  • электромеханических параметрах привода;
  • условиях окружающей среды;
  • возможности обслуживания персоналом.
  • Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах.

При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения.

Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

  • Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
  • Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

  • К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
  • К2 – двухфазное замыкание;
  • К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя.

Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению.

В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт.

Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками.

В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

https://www.youtube.com/watch?v=3qW-dm8uyCc

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п.

у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой.

К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит.

На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков.

Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

  • при напряжении 500 Вольт I=4,5Р;
  • при напряжении 380 Вольт I=6Р;
  • при напряжении 220 Вольт I=10,5Р.

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них.

Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя.

Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Читайте также:  Новая технология позволит использовать графен для квантовых вычислений

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

  • номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
  • Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги.

Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной.

Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Источник: http://podvi.ru/elektrodvigatel/zashhita-asinxronnogo-dvigatelya.html

Анализ схемы электрической принципиальной

Поиск Лекций

Введение

При включении в сеть бытовых электроприборов на экране телевизоров и мониторов компьютеров иногда просматриваются импульсные помехи, снижающие ка­чество и устойчивость изображения.

Импульсные помехи, возникающие в момент замы­кания контактов пусковых реле или выключателей элек­тродвигателей, амплитудой в несколько тысяч вольт, при пятикратным пусковым токе длительностью в не­сколько миллисекунд, беспрепятственно проникают в цепи питания радиоэлектронной аппаратуры, выводя их из строя. Входные фильтры бытовой радиоэлектро­ники не всегда могут защитить электронные компонен­ты радиоаппаратуры.

В продаже имеются специальные ограничители, ос­нащенные схемой защиты от импульсных помех, но и они не всегда успешно защищают бытовую радиоэлек­тронику от проникновения импульсных помех и пере­напряжений.

Желательно создать препятствие для выхода им­пульсных перенапряжений из бытовых электроприбо­ров, оснащенных мощными электродвигателями. При пониженном, в момент запуска электродвигателя, се­тевом напряжении пусковой ток нагрузки снизится до рабочего состояния, что предотвратит возникновение радиопомех и перенапряжений в электросети.

Убавить пусковой ток можно несколькими метода­ми: понизить мощность нагрузки, уменьшить напряже­ние на контактах пускового реле в момент размыка­ния, или выполнить начальный разгон оборотов элект­родвигателя током меньше пускового, перевести его из статического в динамический режим — уровень помех будет незначитель­ным.

Анализ технического задания

Назначение и общие характеристики устройства

Устройство защиты от помех пусковых токов предназначено для уменьшения воздействия импульсных помех на радиоаппаратуру.

Характеристики устройства:

— напряжение электросети, В___________________ 190…230;

— мощность нагрузки, Вт___________________________1000;

— время пуска, мс________________________________5…30;

— потребляемая мощность, Вт________________________10;

— уровень помех, %__________________________________5;

— амплитуда помех максимальная, В___________________50;

— напряжение на нагрузке, В____________________210…220.

Требования по устойчивости к внешним воздействиям

Условия эксплуатации для устройства защиты от помех пусковых токов:

— рабочая температура_______________0…+30 °С;

— влажность__________________________60-70%;

— частота воздействующих вибраций_______50 Гц;

— вероятность безотказной работы­­­____не менее 0,9.

Требования к надежности

Время наработки на отказ должно быть не менее 10 000 ч.

Анализ схемы электрической принципиальной

Схема состоит из входного и выходного сетевых фильт­ров, состоящих из LC-цепей, ограничителя импульсных пе­ренапряжений на светодиоде HL2, программируемом тай­мере пуска электродвигателя DA1 и ключевом регуляторе тока на тиристоре VS1. Устройство работает в автоматичес­ком режиме.

Таймер включается только в момент появления нагрузки на выводах ХЗ, Х4. Падение сетевого напряжения на диод­ном мосте VD1 включит в работу трансформатор Т1, вып­рямленное диодным мостом VD2 вторичное напряжение по­ступит через ограничительный резистор R 4 на питание тай­мера DA1.Стабилитрон VD3 поддерживает напряжение на уровне 13 В.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения установлен конденсатор С5, светодиод HL1 указывают на наличие питающего напряжения.

Питание цепей оптопары U1 выполнено нестабилизированным напряжением непосредственно с диодного моста VD2.

Работой всего устройства управляет программируемый таймер на микросхеме DA1 типа NE555P, назначение его: генерирование прямоугольных импульсов управления клю­чевым устройством на тиристоре VS1, включение устрой­ства с задержкой времени от начала замыкания контак­тов пускового реле нагрузки и подача напряжения по экс­поненте с повышением до номинального значения, стаби­лизация напряжения на нагрузке. Резистором R15 уста­навливается при необходимости скважность импульса, а R12 — время задержки включения.

Генератор прямоугольных импульсов, созданный на таймере DA1, выдает прямоугольные импульсы с изменя­емой скважностью в зависимости от номиналов RC-цепи: R14, R15, С8.

Конденсатор С7, подключенный к выводу 4 DA1 — сбро­са таймера, позволяет через 5…30 мс поднять напряже­ние на нагрузке, через ключевой транзисторVT1, по экс­поненте, до номинального значения, управляя через тиристорную оптопару U1, углом отпирания силового тиристо­ра VS1. Плавный рост напряжения от нулевого до макси­мального значения устраняет возможность создания на контактах пускового реле нагрузки электро-дуги с после­дующими радиопомехами и перенапряжениями в элект­росети.

В то же время происходит сброс напряжения на выхо­де 3 DA1 в нулевое состояние, независимо от состояния других выходов.

Повышение напряжения ошибки, созданной при повы­шении входного сетевого напряжения на вторичной обмот­ке трансформатора Т1, приводит к открытию транзистора VT2 — обратной связи, напряжение на выводе 5 DA1 — мо­дификации схемы таймера уменьшается, что повлияет на скважность. Частота импульсов на выходе 3 DA1 возрас­тет из-за уменьшения время паузы в цикле импульсного напряжения генератора.

Напряжение на нагрузке несколько снизится, что ком­пенсирует повышение входного сетевого напряжения.

Провалы сетевого напряжения длительностью менее 5 мс не повлияют на работу цепей стабилизации.

Для создания начального напряжения в цепях нагруз­ки транзистор VT1 — ключевого регулятора напряжения, открывает тиристор VS1 не с нулевого уровня, а с больше­го значения, определяемого значением сопротивления ре­зистором R9 — смещения напряжения базы.

В силовой цепи питания нагрузки установлен сетевой фильтр, состоящий из индуктивностей L1, L2 и конденса­торов С1, С2, СЗ, С6 для ограничения импульсных помех преобразования от проникновения в сеть, их частичного гашения и снятия импульсных перенапряжений.

Фильтр на­грузки представляет собой трансформатор Т2 со встреч­но- параллельными обмотками и конденсатором Сб. Пре­дохранители FU1, FU2 защищают линию электросети от случайных коротких замыканий в нагрузке.

Конденсатор С4 устраняет помехи от переключений ди­одов моста VD1.

Резистор R1 параллельной цепи сетевого диодного мо­ста VD1 облегчает переключение тиристора VS1 под на­грузкой.

Ограничение импульсных перенапряжений происходит при разрядке импульсной помехи через двух полярный светодиод HL2 на резистор R16. Лабораторные исследова­ния показали, что импульсные перенапряжения величиной в 1500…2000 В, длительностью несколько миллисекунд, сни­жаются в 30…40 раз, при использовании такой защиты.

Источник: https://poisk-ru.ru/s52619t2.html

Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Вступление

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий в цепях источника питания при включении. На рисунке 1 показана стандартная система источника питания. Входной фильтр электромагнитных помех (EMI-фильтр) включает в себя конденсатор, который подключается к входной линии.

DC/DC-преобразователь также имеет конденсаторы, которые подключаются на входе и выходе. Кроме того, к нагрузке может подключаться дополнительный конденсатор. Для каждого из этих конденсаторов требуется ток зарядки для обеспечения нужного уровня напряжения для устойчивого режима работы.

Таким током является пусковой ток.

Высокий пусковой ток зависит от конкретно выбранных элементов схемы. Существует проблема, заключающаяся в том, что большие скачки тока могут создавать электромагнитные помехи в прилегающих схемах и приводить в действие (активизировать) элементы защиты цепей на входе, например предохранитель или полупроводниковую защиту от сверхтоков.

Кривая пускового тока

Типовая кривая пускового тока показана на рисунке 2. На ней видны два пиковых скачка тока. Первый скачок пускового тока отмечается при включении источника входного напряжения.

Такой пиковый ток протекает через конденсаторы EMI-фильтра и входной конденсатор DC/DC-преобразователя, заряжая их до уровня, необходимого для устойчивого режима работы. Второй скачок тока наблюдается при включении DC/DC-преобразователя.

Такой пиковый ток течет через силовой трансформатор DC/DC-преобразователя и выходной конденсатор и, в свою очередь, заряжает их до необходимого для устойчивого режима работы уровня.

Пусковой ток

Первый пик тока часто называется пусковым пиком. Его пиковое значение и форма значительно зависят от характеристик источника входного питания, времени повышения напряжения и сопротивления источника питания.

Резко поднимающееся вверх колебание входного напряжения, как в случае замыкания пускового переключателя, будет соответствовать высокой и узкой кривой пика.

Более медленное и плавное нарастание входного напряжения, например на выходе любого входного электронного устройства или конденсаторной батареи, будет соответствовать более мягкому пику.

Пиковое значение пускового тока определяется уравнением i=Cхdv/dt, где С — емкостное сопротивление, общее сопротивление EMI-фильтра и входного сопротивления DC/DC-преобразователя, а dv/dt — это крутизна кривой напряжения.

Пик тока фиксируется только один раз, если источник входного напряжения характеризуется очень быстрым временем восстановления напряжения. Для этого источник должен обладать достаточным запасом мощности.

Как правило, резкое изменение напряжения бывает только в случаях механического переключения нагрузки или замыкания реле. Если источником питания является импульсный преобразователь, полупроводниковый регулятор мощности или конденсаторная батарея, то длительность импульса будет более продолжительной.

Обычно длительность импульса выходного напряжения импульсных преобразователей составляет несколько миллисекунд, полупроводниковых регуляторов (SSPC) обычно 50 мкс–500 мкс, а больших конденсаторных батарей — обычно не менее нескольких миллисекунд.

Такое длительное нарастание напряжения не приведет к образованию высоких пиков. Важно также определить не только пиковый ток, но и крутизну нарастания тока, чтобы установить, будут ли приведены в действие входной предохранитель, выключатель и SSPC под воздействием пускового тока.

Ток включения

Читайте также:  Бюджетная установка ручного изготовления в домашних условиях abs–прутков для 3d печати

Второй пик тока на рисунке 2 также является важной частью пускового тока.

Этот скачок отмечается, когда DC/DC-преобразователь включается и направляет ток от входа для зарядки своего выходного конденсатора и конденсатора нагрузки. Стандартные кривые тока включения показаны на рисунке 3.

Ток включения остается одинаковым, независимо от того, включается ли преобразователь под воздействием входного напряжения или управляющим сигналом.

Для DC/DC-преобразователей компании VPT используется запатентованная схема обратной магнитной связи с жестким контролем внутреннего цикла запуска и четкой и плавной подачей выходного напряжения.

Плавная подача напряжения обеспечивает контролируемое изменение на выходе и меньшую крутизну dv/dt.

Благодаря мягкому пуску входной ток обычно не превышает значения входного тока устойчивого режима работы преобразователя во время пуска.

DC/DC-преобразователи компании VPT также характеризуются непрерывным постоянным предельным током на выходе. Они подают весь объем номинального тока на источник нагрузки, не дают сбоев и не отключаются, вызывая необходимость перезапуска. Это позволяет им запускать любой конденсатор источника нагрузки, независимо от емкости.

В случае использования очень больших емкостных нагрузок DC/DC-преобразователь входит в режим ограничения тока. В данном случае входной ток не должен более чем в 1,5 раза превысить номинальный ток работы. Этого оказывается достаточно, чтобы не вызывать помехи и/или активировать защитные устройства на входе.

Второй скачок пускового тока не оказывает негативного воздействия на DC/DC-преобразователи в рамках конструкции системы.

Ограничение активного скачка

В некоторых случаях требуется ограничить скачок тока, идущего на входные конденсаторы. Единственная возможность сделать это — включить в цепь последовательный элемент перед конденсаторами.

На рисунке 4 показана базовая схема ограничения скачка тока. Последовательный резистор R1 ограничивает входной ток, пока будут достаточно заряжены конденсаторы.

После зарядки входных конденсаторов реле S1 замыкается и полный объем тока подается на DC/DC-преобразователь.

Для ограничения пускового тока может также использоваться дроссель. Для такого решения не требуется обходного контура, так как постоянный ток проходит через него с низкими потерями. Вместе с тем, как правило, требуется большой номинал индуктивности для эффективного ограничения пускового тока.

Необходимо проявлять осторожность, так как дроссель может образовывать резонансный контур с входным фильтром или с внутренним контуром обратной связи DC/DC-преобразователя, вызывая нестабильность работы системы. Обычно требуется установка дополнительных компонентов для снижения возникшего резонанса.

Другая распространенная схема изображена на рисунке 5. В ней используется последовательный МОП-транзистор VT1. Транзистор VT1 обычно находится в выключенном состоянии, при этом через резистор R2 подается низкое напряжение на затвор. При подаче входного напряжения питание на затвор подается через R1.

Время включения транзистора VT1 ограничивается временем зарядки конденсатора С1. Значения R1 и С1 подбираются такие, чтобы входные конденсаторы заряжались медленно, ограничивая при этом пусковой ток. После зарядки входных конденсаторов на затвор транзистора VT1 подается напряжение до такого значения, пока оно не будет ограничено стабилитроном.

При этом транзистор VT1 остается полностью включенным.

Данная схема может быть изменена путем подключения транзистора VT1 к плюсу питающего провода. Питание может подаваться точно так же с помощью использования Р-канального МОП-транзистора.

Возможно также использование N-канального МОП-транзистора, но с подачей питания на затвор через генератор или отдельный источник питания. Существует множество других схем ограничения пускового тока.

Все они используют последовательное устройство в первичной цепи и работают приблизительно по одной и той же схеме.

Важно, чтобы всегда при окончании зарядки конденсаторов последовательное устройство было шунтировано или полностью включено в целях снижения сопротивления и потери мощности. Также важно, чтобы контроль пускового тока не приводил к возникновению шума и помех во входной линии, так как он осуществляется до EMI-фильтра.

Входные модули с ограничением пускового тока

Во многих входных модулях компании VPT предусмотрена встроенная система ограничения пускового тока (таблица 1). В каждом модуле используется последовательный N-канальный МОП-транзистор, подключенный к плюсу питающего провода.

N-канальный МОП-транзистор обеспечивает самое низкое сопротивление в открытом состоянии с целью минимальных потерь мощности. Благодаря подключению его к плюсу питающего источника обратная цепь остается замкнутой, что упрощает конструкцию системы. В таких моделях МОП-транзистор используется в двух целях.

Он также обеспечивает защиту от входного напряжения во время переходного режима.

Модели DV–704A и DVMN28 включают EMI-фильтр и ограничение пускового тока. Обе схемы оптимизированы для совместной работы.

Цепь пускового тока ограничивает любой ток, поступающий в EMI-конденсаторы, но не вызывает никаких дополнительных электромагнитных помех во входных линиях, как это может происходить в случае дискретных контуров.

Модель VPTPCM–12 содержит цепь контроля пускового тока, которая ограничивает пусковой ток на конденсаторах данной модели и на конденсаторах в нагрузке. Но в ней также имеются переключатели, вследствие чего могут потребоваться дополнительные EMI-фильтры на входе.

Заключение

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий при подаче или включении напряжения. В некоторых случаях может быть необходимо ограничение скачка тока во входных конденсаторах. Это требует построения дополнительной схемы.

А с применением DC/DC-преобразователей компании VPT многие системы питания будут соответствовать необходимым требованиям без построения специального решения ограничения пускового тока, что позволит упростить схему, снизить количество элементов, размер и цену на компоненты, при этом увеличив надежность и эффективность устройства.

Комментарий специалиста Построение качественных многоуровневых и многоканальных систем питания требует от инженеров и конструкторов решения проблемы минимизации негативного взаимовлияния комплексных переходных процессов в момент включения систем. Вследствие этого возникает необходимость согласования нагрузок, фильтрации помех до приемлемого уровня для обеспечения стабильного функционирования приборов в жестких условиях эксплуатации.Модули питания VPT успешно решают данную задачу, а системы питания, построенные на их основе, уже долгие годы обеспечивают надежную работу сложнейшей бортовой и научной аппаратуры в космических программах Роскосмоса, NASA и ESA.
Вадим Дроздов, технический специалист PT Electronics

Источник: http://vestnikmag.ru/puskovoj-tok-v-dcdc-preobrazovatelyax/

Устройства защиты асинхронных электродвигателей

Любое электрооборудование, в той или иной степени, подвержено аварийным ситуациям, что, зачастую, приводит к сбоям в работе других устройств и энергосистемы, в целом. Наиболее распространенным и общепринятым типом электродвигателя, является асинхронный, из-за простоты эксплуатации, недорогой стоимости и надежности. Однако и его работа требует постоянного контроля.

Компания Новатек Электро на постоянной основе разрабатывает и усовершенствует устройства защиты электродвигателей, которые и предлагает потребителям в большом ассортименте. Эти устройства предназначены для постоянного контроля трехфазного двигателя,  а именно, осуществляется контроль:

  • Действующих значений линейных/фазных токов;
  • Тока прямой/обратной последовательности;
  • Потребляемой активной, реактивной и полной мощности;
  • Сопротивления изоляции на корпус;

Аварийные ситуации и их последствия

Обеспечение защиты асинхронных электродвигателей требуется при следующих аварийных ситуациях:

Обрыв фазы (ОФ) возникает в 50% случаев. Происходит это:

  • При коротком замыкании на фазе;
  • При возгорании электрокабеля;
  • Ввиду некачественного крепления контакта проводника фаз и его перегорания.

ОФ не всегда вызывает остановку двигателя, но, при увеличенных нагрузках на валу, электродвигатель перегревается, что приводит к его сгоранию и выходу из строя.

Остальные 50% аварийных случаев, приходятся на:

  • Нарушение чередования фаз – возможно при ошибочно проведенных ремонтных работах в щитовой и кабельной системе;
  • Слипание фаз – происходит при нарушении изоляции в кабеле питания, а также из-за положения проводов на столбах внахлест;
  • Перекос фаз – когда нагрузка на фазах распределена неравномерно;
  • Сбой в системе управления охлаждением двигателя;
  • Другие технологические перегрузки.

Устройства, применяемые для защиты электродвигателя от перегрузок

Контроллер электродвигателя, в зависимости от его типа, может осуществлять один или несколько видов защиты электродвигателя:

  • Минимальной и максимальной токовой.

Компания Новатек предлагает следующие виды устройств защиты электродвигателя:

Блок защиты УБЗ-301

Представлен потребителям в трех модификациях, классификация которых обусловлена диапазоном номинального тока – 50-50А, 10-100А, 63-630А. Каждое из этих устройств выполняет защиту трехфазного двигателя от пропадания фазы; при недостаточном напряжении в сети и при других механических отклонениях. Работает прибор с высокой точностью и степенью надежности.

Прибор является микропроцессорным автоматическим устройством, не требующим оперативного питания. При аварийных ситуациях, возникших в сетевом напряжении, прибор, после восстановления всех параметров, автоматически выполняет повторное включение. Если же проблема возникла в самом двигателе, то устройство блокирует его повторный запуск.

Блок защиты УБЗ-302

Приоритетное предназначение прибора состоит в защите трехфазного двигателя от пропадания одной фазы и контроле других параметров трехфазных асинхронных двигателей.

В набор его защит заложен полный комплекс параметров, реализованных в устройстве УБЗ-301.

Помимо этого, устройство осуществляет дополнительную тепловую защиту электродвигателя, а также защиту от блокировки ротора и затянутого пуска.

Устройство для защиты трехфазных электродвигателей применяют с целью поддержания качественной работы различных инженерных и промышленных систем:

  • Отопления и водоснабжения:
  • Вентиляции и кондиционирования;
  • Автоматического контроля и учета на производстве;
  • Управления технологическим процессом.

Блок защиты УБЗ-302-01

Универсальный прибор, применяемый для двухскоростных электродвигателей, а именно для контроля параметров напряжения сети, показателей сопротивления изоляции устройства и активных значений линейных и фазных токов.

Набор параметров совершается с помощью программных задач, устанавливаемых пользователем. Допускается установка автоматического отключения или включения прибора, после настройки действующих параметров.

Блоки защиты УБЗ-304 и УБЗ-305

Релейная защита электродвигателей, совершаемая с помощью приборов УБЗ 304 и 305, которые работают с устройствами в диапазоне мощности от 2,5 до 315 кВт и при условии использования стандартных внешних трансформаторов с током на выходе 5А.

Эти универсальные устройства работают в изолированной сети и с глухозаземленной нейтралью. Разница между приборами состоит в их исполнении – щитовая для модели 304, а для 305 – DIN-рейка.

Блок защиты УБЗ-115

Данная модель устройства служит для защиты однофазного двигателя с мощностью до 5,5 кВт и силой тока до 25А. Прибором обеспечивается тепловая защита двигателя, а также защита электродвигателя, в случае таких аварийных ситуаций, как:

  • Нарушение в сетевом напряжении;
  • Затянутый пуск (есть функция плавного пуска, с возможностью дистанционного управления);
  • «Сухой ход», когда исчезает нагрузка на валу электродвигателя»

Блок защиты УБЗ-118

Принцип работы данного прибора аналогичен работе устройства УБЗ-115, с той лишь разницей, что для УБЗ-118 мощность двигателя составляет до 2,6 кВт. Устройство предназначено для асинхронных однофазных двигателей, которые работают на одном фазосдвигающем конденсаторе, то есть, схема включения не предполагает пускового конденсатора.

Разобраться с принципом работы каждого из устройств более детально, рекомендуем, при помощи технической документации, которая представлена на сайте компании. В случае, дополнительных вопросов, возникших в процессе ее изучения, вы можете получить бесплатную консультацию наших специалистов в онлайн-режиме.

Источник: https://novatek-electro.com/produktsiya/ustrojstva-zashchity-elektrodvigatelej.html

Ссылка на основную публикацию