Расчет фильтра напряжения обратной последовательности

Перегрузка и несимметричное питающее напряжение [1] являются основными причинами выхода из строя электродвигателей в сельском хозяйстве, поэтому целесообразно совместить в одном устройстве защиту от этих причин.

Существуют токовые защиты (например: Каскад, СУЗ-10, СУЗ-40), реагирующие на среднее значение тока, поэтому при несимметрии питающего напряжения защита может не сработать.

В тепловых реле серии ТТЛ нагревательные элементы установлены во всех трёх фазах, однако, для двигателей работающих в повторно кратковременном режиме (например: электродвигатель погружного насоса) возможно несрабатывание защиты, так как тепловой элемент не успеет нагреться до температуры срабатывания (согласно ГОСТ 16308-84 тепловое реле должно сработать за 20 минут при I = 1,2 IН).

Фазочувствительная защита (ФУЗ-М) выпускается индивидуально для двигателя определённой мощности, поэтому при замене электродвигателя необходимо заменять и защиту.

Для того чтобы совместить в одном устройстве токовую защиту и защиту от несимметрии питающих напряжений, выберем фильтр обратной последовательности (ФНОП) [2, 3].

Обычно фильтры напряжений обратной последовательности изготавливают активно-ёмкостными с тремя входами А, В, С, и двумя выходными зажимами m и n (рис. 1), а фильтры напряжений нулевой последовательности – ёмкостными с входными зажимами А, В, С, и выходными – N, N 1 .

А         В         С

I1      С1    R1    С2    R2

I 2

m

n

Рис. 1. Схема ФНОП

Рассмотрим работу ФНОП, если к нему подведено напряжение прямой последовательности А, В, С. Под действием напряжения U АВ через цепь С1R1 протекает ток I 1 , опережающий напряжение U AB на угол φ 1 . Этот ток создаёт падение напряжения на конденсаторе С1 и резисторе R1, определяя положение точки m на топографической диаграмме (рис. 2).

Под действием напряжения U ВС протекает ток I 2 , создавая падение напряжения на резисторе R2 и конденсаторе С2, которые определяют положение точки n на топографической диаграмме. Параметры элементов фильтра напряжений обратной последовательности выбирают таким образом, чтобы точки m и n совпадали на топографической диаграмме.

Рис. 2. Топографическая диаграмма напряжений

	Это происходит в том случае,	если
[4]:	U C 2    XC 2 UR  ; R 2       2	(1)
	XC 2    XC 1 R2 =   г~ = г~ ; 233	(2)
	R = V3 • Xc г	(3)

При обрыве фазы B питающей сети до места подключения фильтра напряжения обратной последовательности остается только линейное напряжение U AC. В результате между точками m и n появляется напряжение (рис. 3). Задавшись емкостью конденсатора С1, например, 0,1 мкФ по соотношениям (1), (2), (3) определяют значения резисторов R1, R2 и их мощность рассеивания.

Рис. 3. Топографическая диаграмма напряжений при обрыве фазы В

Если резисторы R1 или R2 выполнить в виде двух последовательно соединенных резисторов, то при шунтировании одного из них произойдет разбаланс ФНОП и на его выходе появится напряжение, вызывающее срабатывание реагирующего органа [5]. Шунтирование резистора ФНОП можно осуществить, например, с помощью герконового или токового реле РТ-40. В этом случае в одном устройстве можно совместить защиту от несимметрии питающего напряжения (в том числе и обрыва фазы) и перегрузки по току. Если произойдет обрыв фазы питающей сети за местом присоединения ФНОП, то увеличится ток в обмотке двигателя и сработает токовое реле, вызывающее срабатывание устройства защиты.

Выводы

• 1.    Все современные защиты от перегрузки и обрыва фазы питающей сети стараются выполнить с использованием устройств, реагирующих на среднее значение тока нагрузки, незаслуженно забывая фильтровые защиты, которые обладают более высоким быстродействием, минимальным числом элементов и, следовательно, более высокой надежностью.

• 2.    Если плечи ФНОП выполнить в виде двух резисторов, то при перегрузке и срабатывании токовых реле произойдет шунтирование одного из них, что приведет к разбалансу ФНОП и срабатыванию устройства защиты. Это позволяет совместить в одном устройстве защиту от перегрузки и несимметрии питающих напряжений.