Алгоритм защиты асимметричных асинхронных двигателей



Данная тема посвящена решению и созданию методики алгоритма защиты асинхронного двигателя от возможных асимметричных состояний, случающихся как внутри, так и снаружи электродвигателя. Вначале программа определяет неисправности, обусловленные немедленными колебаниями тока с удвоенной основной частотой, являющиеся следствием компонентов нулевой и обратной последовательности фаз, далее программа рассчитывает реактивную мощность обратной последовательности для выяснения причины асимметрии. Соответственно, будут анализироваться особенности алгоритма.

Анализ мощности электродвигателя

Мгновенная мощность измеряется на клеммах асинхронного двигателя и может быть выражена в виде следующей формулы:

. (1)

Выборочный момент мощности n может отображаться как P(n). Работа двигателя в условиях равновесия представлена в виде вышеупомянутой формулы. В ходе замыкания фазовая разница 2π/3 между обмотками статора становится асимметричной, и приведены уравнения для величин трехфазового напряжения и тока:

; (2)

. (3)

Далее, как указано ниже, мы можем извлечь производные величины трехфазных напряжений и токов из уравнения (1):

; (4)

. (5)

Ввиду нижеследующего уравнения:

; (6)

. (7)

Затем уравнение (5) можно упростить до:

. (8)

Неравномерный ток, происходящий вследствие последовательностей, изображается в виде косинуса, и как отмечалось ранее, сила тока начинает производить колебания в два раза быстрее основной частоты. Кроме этого, для состояния равновесия двигателя мгновенная мощность выражается следующей формулой без учета неравномерного тока, отображаемого в следующем порядке:

. (9)

Уравнение (10) образуется из уравнения (8), приняв во внимание положительную, обратную и нулевую последовательности. Исходя из этого, значения нулевой последовательности влияют не на силу тока, а на ток положительной последовательности, который является активным, а также ток обратной последовательности, оставаясь неизменным, производит двукратные колебания на фоне основной частоты:

. (10)

Для преобразования компонента несбалансированной мощности под влиянием элемента обратной последовательности может быть использован нижепредставленный метод дискретного Фурье-преобразования:

. (11)

Где N (11) отражает количество образцов из каждого цикла и установлен, как полагается, на самой лучшей числовой отметке 12. Направление реактивного тока обратной последовательности, отмеченное в случае проблемы, указывает на то, является ли проблема внутреннего или внешнего характера:

. (12)

Здесь, v и i могут быть сформулированы следующим образом:

; (13)

. (14)

Критерии определения блокировок

Во-первых, рассчитывается количество P _{2 m} , но если это количество превышает допустимый предел значения P _unb , то выявляется неисправность. Далее алгоритм устанавливает в ходе процесса реактивная мощность обратной последовательности Q-. Принято считать замыкание внутренним при отрицательном знаке расчетной величины и мгновенном сигнале блокировки для изоляции поврежденного двигателя. Из-за номинального тока неравномерный ток должен иметь величину 1 %. Во-вторых, в случае дальнейшего вероятного вывода алгоритм рассчитывает реактивную мощность обратной последовательности, который в результате имеет положительный знак. Принимается во внимание тот факт, что неисправность имеет внешний характер и время отключения резервной защиты двигателя рассчитывается:

; (15)

. (16)

Таким образом, время действия защиты от дисбаланса рассчитывается по-разному для разных типов двигателей, исходя из уравнения (16). Постоянная величина К, способная отвести перегрев неравномерной работы асинхронного двигателя из-за его обмотки, меняется в зависимости от типа двигателя и его свойств. Значение К варьирует от 1 до 40 в соответствии со стандартами международной электротехнической комиссии МЭК.

Значение К в работе симуляций установлено на число 11. Рисунок 1 отображает поточную схему целого алгоритма для асинхронной системы защиты.

Рис. 1. Схема-алгоритм защиты электродвигателя

В данной схеме представлены внешние и внутренние замыкания.

Вывод

Метод защиты первым делом находит неисправное состояние от колебаний мощности вдвое больше основной частоты, а затем принимает во внимание обозначение реактивного тока обратной последовательности с целью выяснения, является ли короткое замыкание внутренним или внешним. В режиме равновесия мгновенный ток соответствует величине суммарной мощности. При возникновении дисбаланса происходит короткое замыкание и, если оно обнаруживается как внутреннее, то подается сигнал на немедленное выключение реле.