[go: up one dir, main page]

RU2634480C1 - Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors - Google Patents

Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors Download PDF

Info

Publication number
RU2634480C1
RU2634480C1 RU2016122011A RU2016122011A RU2634480C1 RU 2634480 C1 RU2634480 C1 RU 2634480C1 RU 2016122011 A RU2016122011 A RU 2016122011A RU 2016122011 A RU2016122011 A RU 2016122011A RU 2634480 C1 RU2634480 C1 RU 2634480C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
time delay
voltage
voltage divider
Prior art date
Application number
RU2016122011A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Ильич Вишневский
Павел Юрьевич Бахарев
Владимир Витальевич Кузьмин
Виктор Михайлович Пименов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority to RU2016122011A priority Critical patent/RU2634480C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634480C1 publication Critical patent/RU2634480C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC
    • H02M5/04—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters
    • H02M5/10—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC
    • H02M5/04—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters
    • H02M5/10—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters using transformers
    • H02M5/16—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into DC by static converters using transformers for conversion of frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: engine devices and pumps.
SUBSTANCE: in static multi-level frequency converter for powering asynchronous and synchronous electric motors, a control unit is provided with an 'blocking" input, a protection unit is introduced against single-phase ground short-circuit and with an analog control input and an "emergency" discrete output which contains resistive voltage divider that is protection unit analog input, an integrator, a bipolar threshold element with direct and inverse inputs, an RS flip-flop, an actuator which is discrete output of the protection unit, a time delay element and a 2I logic element, the output of voltage divider is connected to the input of the integrator, whose output is connected to the input of the threshold element, the direct output of the threshold element is connected to the s-input of the RS flip-flop, and its output with input of actuator element and the time delay element, the 2I logic element is connected to inverse output of the threshold element and the time delay element, and via circuit connected to R-input of RS flip-flop. The resistive voltage divider is connected by one lead to common point of power modules connected in Y connection, and the by second one-to the circuit of the grounding contour, the output of the actuator element is connected to the "blocking" input of the control unit.
EFFECT: providing detection of the output voltage of the static multi-level converter at during the single-phase fault both at nominal values and low value of output voltage, and prevention of emergency situation consequences at initial stage the electric motor starting at low level of output voltage of the static multi-level frequency converter.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многоуровневым преобразователям частоты, и может быть использовано для пуска и регулирования скорости асинхронных и синхронных электродвигателей среднего напряжения 6 (10) кВ.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to multi-level frequency converters, and can be used to start and control the speed of asynchronous and synchronous electric motors of medium voltage 6 (10) kV.

Известны статические многоуровневые преобразователи частоты (далее, СМПЧ) для управления асинхронными и синхронными электродвигателями среднего напряжения (RU 2411629 C1, опубликовано 10.02.2011 г., RU 2510769 C1, опубликовано 10.04.2014 г., RU 122216 U1, опубликовано 20.11.2012 г., преобразователь частоты ABS-Drive-2, опубликовано 02.02.2016 г., электронный ресурс: http://vniir.ru/ept/abs-drive-2), содержащие многообмоточный силовой трансформатор, силовые модули, каждый из которых выполнен в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты, подключенного по цепям входа к вторичным обмоткам трансформатора, а по цепям выхода последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, лучи которой являются выходом СМПЧ. Управление СМПЧ осуществляется от центрального микропроцессорного блока управления с местными устройствами управления силовых модулей. Для пуска и регулирования скорости электродвигателей применяется основной закон частотного регулирования

Figure 00000001
Надежность работы СМПЧ обеспечивается следующими защитами:Known static multilevel frequency converters (hereinafter, SMPCH) for controlling asynchronous and synchronous medium voltage motors (RU 2411629 C1, published 02.10.2011, RU 2510769 C1, published 04.10.2014, RU 122216 U1, published 11.20.2012 ., frequency converter ABS-Drive-2, published 02.02.2016, electronic resource: http://vniir.ru/ept/abs-drive-2), containing a multi-winding power transformer, power modules, each of which is made in as a single-phase transistor frequency converter connected via input circuits to secondary transformer currents, and along the output circuits in series with the outputs of other modules in such a way that three groups are formed, connected to a star, the rays of which are the output of the MPSF. The control of the MPSF is carried out from the central microprocessor control unit with local control devices of the power modules. To start and control the speed of electric motors, the basic law of frequency regulation is applied
Figure 00000001
The reliability of the MPSF is ensured by the following protections:

- от коротких замыканий внутри и на выходе;- from short circuits inside and at the output;

- от токовых перегрузок;- from current overloads;

- от перегрева;- from overheating;

- от коммутационных перенапряжений;- from switching overvoltages;

- от неисправности силовых модулей и управления.- from malfunction of power modules and control.

Недостатком известных аналогов СМПЧ является отсутствие защиты при однофазном замыкании на землю.A disadvantage of the known analogues of the MPSF is the lack of protection during a single-phase earth fault.

Известны защиты, выявляющие однофазное замыкание на землю в питающих сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью (Реле напряжения нулевой последовательности РНН-57, ТУ16-523.500-83):Known protections that detect a single-phase earth fault in medium-voltage supply networks with an isolated neutral (Zero-sequence voltage relay RNN-57, TU16-523.500-83):

- электромеханические, выявляющие однофазное замыкание на землю по току нулевой последовательности 3I0 (RU 2529541 C1, опубликовано 27.09.2014 г.) или напряжению 3U0 (Реле напряжения нулевой последовательности РНН-57, ТУ16-523.500-83);- electromechanical, detecting a single-phase earth fault by a zero sequence current 3I 0 (RU 2529541 C1, published 09/27/2014) or a voltage of 3U 0 (RNN-57, TU16-523.500-83 zero-sequence voltage relay);

- микропроцессорные терминалы релейной защиты, выявляющие однофазное замыкание на землю по току и напряжению нулевой последовательности (Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ. Руководство по эксплуатации ДНВГ.648228.024 РЭ, стр. 21-24; Терминал определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в сетях 6-35 кВ, «Бреслер-0107.81». Руководство по эксплуатации, стр. 8), обладающие более высокой чувствительностью в сравнении с электромеханическими.- microprocessor-based relay protection terminals detecting a single-phase earth fault by current and zero sequence voltage (BMRZ microprocessor-based relay protection block. Operation manual DNVG.648228.024 OM, p. 21-24; Terminal for determining a damaged feeder during a single-phase earth fault in networks 6 -35 kV, “Bresler-0107.81. Operation manual, page 8), which have a higher sensitivity compared to electromechanical.

Общим недостатком известных защит является неспособность выявления однофазного замыкания на землю в СМПЧ в штатных режимах работы, а именно, при скоростях вращения электродвигателей ω<ωном. Данный режим обеспечивается СМПЧ путем одновременного уменьшения величины и частоты выходного напряжения. При этом происходит уменьшение напряжения и тока нулевой последовательности. Соответственно, данный режим является ненормированным для достоверного функционирования известных защит при однофазном замыкании на землю (Шабанов В.А., Алексеев В.Ф. Изменение функций релейной защиты при установке преобразователя частоты НПС. Электронный научный журнал «Нефтегазовое хозяйство», 2012, №4, стр. 18-25).A common drawback of the known protections is the inability to detect a single-phase earth fault in the SMPCH in normal operating modes, namely, at rotational speeds of electric motors ω <ω nom . This mode is provided by the MPSF by simultaneously reducing the magnitude and frequency of the output voltage. In this case, the voltage and current of the zero sequence decrease. Accordingly, this mode is not normalized for the reliable functioning of the known protections during a single-phase earth fault (V. Shabanov, V. Alekseev. Changing the relay protection functions when installing an NPS frequency converter. Electronic scientific journal "Oil and Gas Economy", 2012, No. 4 , p. 18-25).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и принятому за прототип является СМПЧ для питания асинхронных и синхронных электродвигателей (RU 2303851 C1, опубликовано 27.07.2007 г.), содержащий силовой трансформатор, выходной фильтр, блок управления, силовые модули, подключенные по цепям входа к вторичным обмоткам трансформатора, по цепям выхода - последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которых подключен выходной фильтр через датчики тока.Closest to the proposed invention in technical essence and adopted as a prototype is an MPS for powering asynchronous and synchronous motors (RU 2303851 C1, published July 27, 2007), containing a power transformer, an output filter, a control unit, power modules connected via input circuits to the secondary windings of the transformer, along the output circuits - in series with the outputs of other modules in such a way that three groups are connected in a star, to the output of which an output filter is connected through current sensors.

Данное устройство содержит расширенную систему диагностики функционирования составных частей с помощью средств измерения тока (напряжения) и защитные функции по измеряемым параметрам.This device contains an advanced system for diagnosing the functioning of components using measuring current (voltage) and protective functions for the measured parameters.

Недостатком прототипа, как и аналогов, является отсутствие защиты при однофазном замыкании на землю.The disadvantage of the prototype, as well as analogues, is the lack of protection during a single-phase earth fault.

Технический результат заявляемого устройства - обеспечение выявления выходного напряжения СМПЧ при однофазном замыкании (далее - ОЗЗ) как при номинальных значениях, так и при малых значениях выходного напряжения и, соответственно, предотвращение последствий аварийной ситуации на начальной стадии запуска электродвигателя при невысоком уровне выходного напряжения СМПЧ.The technical result of the claimed device is the provision of identifying the output voltage of the MPSF during a single-phase circuit (hereinafter - OZZ) both at rated values and at small values of the output voltage and, accordingly, preventing the consequences of an emergency at the initial stage of starting the electric motor at a low level of output voltage of the MPSP.

Технический результат достигается тем, что в статическом многоуровневом преобразователе частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей, содержащем силовой трансформатор, выходной фильтр, блок управления, силовые модули, подключенные по цепям входа к вторичным обмоткам трансформатора, а по цепям выхода - последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которых подключен выходной фильтр через датчики тока, блок управления выполнен с входом «Блокировка», введен блок защиты при однофазном замыкании на землю с аналоговым входом управления и дискретным выходом «Авария», содержащий резистивный делитель напряжения, являющийся аналоговым входом блока защиты, интегратор, двухполярный пороговый элемент с прямым и инверсным входами, RS-триггер, исполнительный орган, являющийся дискретным выходом блока защиты, элемент временной задержки и логический элемент 2И, выход делителя напряжения соединен с входом интегратора, выход которого присоединен к входу порогового элемента, прямой выход порогового элемента соединен с S-входом RS-триггера, а его выход с входом исполнительного органа и элемента временной задержки, логический элемент 2И по цепям входов соединен с инверсным выходом порогового элемента и элемента временной задержки, а по цепи выхода - с R-входом RS-триггера, при этом резистивный делитель напряжения присоединен одним выводом к общей точке силовых модулей, соединенных в звезду, а вторым - к цепи контура заземления, выход исполнительного органа присоединен к входу «Блокировка» блока управления.The technical result is achieved by the fact that in a static multilevel frequency converter for supplying asynchronous and synchronous electric motors containing a power transformer, an output filter, a control unit, power modules connected via input circuits to the secondary windings of the transformer, and through output circuits, in series with the outputs of other modules so that three groups are formed, connected in a star, to the output of which an output filter is connected via current sensors, the control unit is made with the “Blocking” input, cc a single-phase earth fault protection unit with an analog control input and a discrete output "Alarm" containing a resistive voltage divider that is an analog input of a protection unit, an integrator, a bipolar threshold element with direct and inverse inputs, an RS-trigger, an actuator, which is discrete the output of the protection unit, the time delay element and the logic element 2I, the output of the voltage divider is connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the threshold element, the direct output of the threshold the element is connected to the S-input of the RS-flip-flop, and its output is connected to the input of the actuator and the time delay element, logic element 2I is connected via the input circuits to the inverse output of the threshold element and the time delay element, and along the output circuit, to the R-input RS- trigger, while the resistive voltage divider is connected by one output to the common point of the power modules connected to the star, and the second to the ground loop circuit, the output of the actuator is connected to the “Blocking” input of the control unit.

Блок защиты, содержащий резистивный делитель напряжения, являющийся аналоговым входом блока защиты, интегратор, двухполярный пороговый элемент с прямым и инверсным выходами, RS-триггер, исполнительный орган, являющийся дискретным выходом блока защиты, элемент временной задержки и логический элемент 2И. Выход делителя напряжения соединен с входом интегратора, выход которого присоединен к входу порогового элемента. Прямой выход порогового элемента соединен с S-входом RS-триггера, а его выход с входом исполнительного органа и элемента временной задержки. Логический элемент 2И по цепям входов соединен с инверсным выходом порогового элемента и элемента временной задержки, а по цепи выхода - с R-входом RS-триггера. Резистивный делитель напряжения присоединен одним выводом к общей точке силовых модулей, соединенных в звезду, а вторым - к цепи контура заземления. Выход исполнительного органа присоединен к входу «Блокировка» блока управления.A protection unit containing a resistive voltage divider, which is the analog input of the protection unit, an integrator, a bipolar threshold element with direct and inverse outputs, an RS trigger, an actuator, which is a discrete output of the protection unit, a time delay element and a 2I logic element. The output of the voltage divider is connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the threshold element. The direct output of the threshold element is connected to the S-input of the RS-flip-flop, and its output is connected to the input of the actuator and the time delay element. Logic element 2I is connected through the input circuits to the inverse output of the threshold element and the time delay element, and along the output circuit, to the R-input of the RS trigger. The resistive voltage divider is connected by one output to the common point of the power modules connected to the star, and the second to the ground loop circuit. The output of the executive body is connected to the input "Blocking" of the control unit.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что за счет введения в состав СМПЧ блока защиты при однофазном замыкании на землю, подключения блока защиты по цепи входа к общей точке силовых модулей, соединенных в трехлучевую звезду, являющуюся источником напряжения нулевой последовательности 3U0 относительно цепи контура заземления, наличия в составе блока защиты интегратора напряжения 3U0, что обеспечивает достоверность выявления однофазного замыкания на землю в широком диапазоне изменения выходного напряжения преобразователя частоты при регулировании скорости вращения электродвигателя, а именно использование СМПЧ по назначению обеспечивает расширение функциональных возможностей защитных средств.The essence of the claimed invention lies in the fact that due to the introduction of a protection block in the case of a single-phase earth fault, connecting the protection block along the input circuit to the common point of the power modules connected to a three-beam star, which is a zero-sequence voltage source 3U 0 relative to the ground loop circuit , the presence of a 3U 0 voltage integrator in the protection unit, which ensures the reliability of detecting a single-phase earth fault in a wide range of changes in the output voltage of the converter frequency when regulating the speed of rotation of the electric motor, namely the use of the MPSF for its intended purpose provides the expansion of the functionality of protective equipment.

На фиг. 1, фиг. 2 представлены функциональные схемы заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:In FIG. 1, FIG. 2 presents a functional diagram of the inventive device, where the following notation:

1 - силовой трансформатор;1 - power transformer;

2 (u, v, w) - выходной LC-фильтр;2 (u, v, w) - output LC filter;

3 - блок управления с входом управления «Блокировка»;3 - control unit with control input "Lock";

4 (u1…wN) - силовые модули; например однофазные транзисторные преобразователи частоты;4 (u 1 ... w N ) - power modules; for example, single-phase transistor frequency converters;

5 - датчики тока;5 - current sensors;

6 - блок защиты при однофазном замыкании на землю;6 - protection unit with a single-phase earth fault;

7 - резистивный делитель напряжения;7 - resistive voltage divider;

8 - интегратор, выполненный, например, на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи;8 - integrator, made, for example, on an operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit;

9 - двухполярный пороговый элемент с прямым и инверсным выходами;9 - bipolar threshold element with direct and inverse outputs;

10 - RS-триггер;10 - RS-trigger;

11 - исполнительный орган, например электромеханическое реле;11 - executive body, for example, an electromechanical relay;

12 - элемент временной задержки;12 - time delay element;

13 - логический элемент 2И;13 - logical element 2I;

14 - электродвигатель переменного тока.14 - AC electric motor.

СМПЧ для питания асинхронных и синхронных электродвигателей, содержит силовой трансформатор 1, выходной фильтр 2, блок управления 3, силовые модули 4, подключенные по цепям входа к вторичным обмоткам трансформатора 1, а по цепям выхода - последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которых подключен выходной фильтр 2 через датчики тока 5. Блок управления 3 выполнен с входом «Блокировка». Введен блок защиты при однофазном замыкании на землю 6 с аналоговым входом управления и дискретным выходом «Авария». Блок защиты 6 содержит резистивный делитель напряжения 7, являющийся аналоговым входом блока защиты 6, интегратор 8, выполненный, например, на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, двуполярный пороговый элемент 9 с прямым и инверсным входами, RS-триггер 10, исполнительный орган 11, например электромеханическое реле, являющийся дискретным выходом блока защиты 6, элемент временной задержки 12 и логический элемент 2И 13. Выход делителя напряжения 7 соединен с входом интегратора 8, выход которого присоединен к входу порогового элемента 9. Прямой выход порогового элемента соединен с S-входом RS-триггера 10, а его выход с входом исполнительного органа 11 и элемента временной задержки 12. Логический элемент 2И 13 по цепям входов соединен с инверсным выходом порогового элемента 9 и элемента временной задержки 13, а по цепи выхода - с R-входом RS-триггера 10. Резистивный делитель напряжения 7 присоединен одним выводом к общей точке N силовых модулей 4, соединенных в звезду, а вторым - к цепи контура заземления

Figure 00000002
. Выход исполнительного органа 11 присоединен к входу «Блокировка» блока управления 3.The MPSF for supplying asynchronous and synchronous electric motors contains a power transformer 1, an output filter 2, a control unit 3, power modules 4 connected through input circuits to the secondary windings of transformer 1, and along output circuits, in series with the outputs of other modules in such a way that they form three groups connected to a star, the output of which is connected to an output filter 2 through current sensors 5. The control unit 3 is made with the input "Blocking". A protection unit has been introduced for a single-phase earth fault 6 with an analog control input and a digital output "Alarm". The protection unit 6 contains a resistive voltage divider 7, which is an analog input of the protection unit 6, an integrator 8, made, for example, on an operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit, a bipolar threshold element 9 with direct and inverse inputs, an RS-trigger 10, an actuator 11, for example, an electromechanical relay, which is a discrete output of the protection unit 6, a time delay element 12 and a logic element 2I 13. The output of the voltage divider 7 is connected to the input of the integrator 8, the output of which is connected to the input of the threshold element 9. The direct output of the threshold element is connected to the S-input of the RS flip-flop 10, and its output is connected to the input of the actuator 11 and the time delay element 12. Logic element 2I 13 is connected via input circuits to the inverse output of the threshold element 9 and time delay element 13 and along the output circuit - with the R-input of the RS-flip-flop 10. The resistive voltage divider 7 is connected by one output to the common point N of the power modules 4 connected to a star, and the second to the ground loop circuit
Figure 00000002
. The output of the executive body 11 is connected to the input "Lock" of the control unit 3.

Работа устройства происходит следующим образом. СМПЧ является источником трехфазного напряжения с изолированной нейтралью регулируемого по величине и частоте по общеизвестному соотношению

Figure 00000003
Максимальное действующее значение напряжения нулевой последовательности 3U0 равно фазному выходному напряжению СМПЧ
Figure 00000004
при однофазном замыкании (далее - ОЗЗ) на выходе СМПЧ, отходящем кабеле или выводах электродвигателя 14. В СМПЧ напряжение 3U0 измеряется между нулевой точкой N силовых модулей и контуром заземления устройства
Figure 00000002
и подается на вход блока защиты 6, а именно на вход интегратора 8 через резистивный делитель напряжения 7. Напряжение с выхода интегратора подается на вход двухполярного порогового элемента 9, а с выхода последнего на вход RS-триггера 10.The operation of the device is as follows. The MPSF is a source of three-phase voltage with an isolated neutral variable in magnitude and frequency in accordance with a well-known ratio
Figure 00000003
The maximum effective value of the zero sequence voltage 3U 0 is equal to the phase output voltage of the MPSF
Figure 00000004
in case of a single-phase circuit (hereinafter referred to as OZZ) at the output of the MPSF, the outgoing cable or the terminals of the electric motor 14. In the MPSP, the voltage 3U 0 is measured between the zero point N of the power modules and the ground loop of the device
Figure 00000002
and fed to the input of the protection unit 6, namely, to the input of the integrator 8 through a resistive voltage divider 7. The voltage from the output of the integrator is fed to the input of the bipolar threshold element 9, and from the output of the latter to the input of the RS-trigger 10.

При исправном состоянии изоляции СМПЧ, отходящего кабеля и электродвигателя напряжение нулевой последовательности 3U0=0. Напряжения на выходе интегратора 8 и порогового элемента 9 также равны нулю. Срабатывание RS-триггера 10 и исполнительного органа не происходит.When the insulation condition of the MPSF, the outgoing cable and the motor is in good condition, the zero sequence voltage is 3U 0 = 0. The voltage at the output of the integrator 8 and the threshold element 9 is also equal to zero. Trigger RS-trigger 10 and the Executive body does not occur.

В случае наличия ОЗЗ на выходе интегратора 8 появляется переменное напряжение, превышающее уровень срабатывания порогового элемента 9. Происходит переключение порогового элемента 9, RS-триггера 10 и включение исполнительного органа 11, который передает сигнал аварийного состояния в блок управления СМПЧ на прекращение работы СМПЧ, при необходимости.In the event of the presence of an SCR, an alternating voltage appears at the output of the integrator 8, exceeding the response level of the threshold element 9. The threshold element 9, RS-trigger 10 is switched on and the actuator 11 is turned on, which transmits an alarm signal to the control unit of the MPSF to stop the operation of the MPSF, necessary.

Для определенности изложения отличительной особенности заявляемого устройства будем считать, что параметры резистивного делителя напряжения и интегратора выбраны на достоверное выявление ОЗЗ в силовых цепях СМПЧ, отстоящих выше 0,1 части последовательно соединенных силовых модулей относительно нулевой точки N. Соответственно, в случае ОЗЗ на выводах СМПЧ, при номинальном значении напряжения и частоты СМПЧ, амплитуда напряжения на выходе интегратора 8 должна быть равна, например,

Figure 00000005
а напряжение срабатывания порогового элемента
Figure 00000006
Соответственно, реализуется защищенность 85% силовых цепей СМПЧ при ОЗЗ с учетом коэффициента чувствительности Кч=1,5.For clarity of presentation, the distinguishing features of the claimed device will be considered that the parameters of the resistive voltage divider and integrator are selected to reliably identify the SCR in the power circuits of the MPSF, spaced above 0.1 parts of series-connected power modules relative to the zero point N. Accordingly, in the case of the SPS on the terminals of the MPS , at the nominal value of the voltage and frequency of the MPSF, the amplitude of the voltage at the output of the integrator 8 should be equal, for example,
Figure 00000005
and the response voltage of the threshold element
Figure 00000006
Accordingly, the security of 85% of the power supply circuits of the MPSF is implemented during OZZ taking into account the sensitivity coefficient K h = 1.5.

При использовании СМПЧ по назначению, а именно при работе на скоростях вращения электродвигателя ω<ωном, выходное напряжение и частота регулируются в соответствии с

Figure 00000007
Figure 00000008
где Uн, ωн - номинальные значения напряжения и частоты. В установившемся режиме работы СМПЧ и электродвигателя ω≈const. Действующее значение напряжения при ОЗЗ на выходе
Figure 00000009
Амплитудное значение измеряемого напряжения 3U0 на выходе интегратора будет равно:When using the MPSF for its intended purpose, namely, when operating at rotational speeds of the electric motor ω <ω nom , the output voltage and frequency are regulated in accordance with
Figure 00000007
Figure 00000008
where U n , ω n - rated voltage and frequency. In the steady state mode of operation of the MPSF and electric motor ω≈const. The effective value of the voltage when OZZ output
Figure 00000009
The amplitude value of the measured voltage 3U 0 at the output of the integrator will be equal to:

Figure 00000010
и не зависит от частоты ω, где:
Figure 00000010
and does not depend on the frequency ω, where:

k - коэффициент, соответствующий принятому условию выбора параметров делителя напряжения, интегратора и ОЗЗ на выводах СМПЧ, при которых

Figure 00000011
k is the coefficient corresponding to the accepted condition for selecting the parameters of the voltage divider, integrator and SCR at the terminals of the MPSF, for which
Figure 00000011

[B⋅p], [B⋅c] - размерность [вольт × радиан], [вольт × сек].[B⋅p], [B⋅c] - dimension [volt × radian], [volt × sec].

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает выявление ОЗЗ, в отличие от известных не только при номинальных значениях выходного напряжения СМПЧ, но и при малых значениях выходного напряжения, соответственно, способно предотвратить последствия аварийной ситуации на начальной стадии запуска электродвигателя при невысоком уровне выходного напряжения СМПЧ.Thus, the present invention provides for the detection of SPS, in contrast to the known not only for nominal values of the output voltage of the MPSF, but also for small values of the output voltage, respectively, it is able to prevent the consequences of an emergency at the initial stage of starting the electric motor at a low level of output voltage of the MPSF.

Наличие элемента временной задержки 12 в блоке защиты 6 позволяет отстроиться от случайных самоустраняющихся ОЗЗ. Работа устройства в этом случае происходит следующим образом. При выявлении ОЗЗ RS-триггер 10 переключается в единичное состояние по выходу и запускает элемент временной задержки 12. Если в течение заданной выдержки времени ОЗЗ самоустранилось, то на инверсном выходе порогового элемента и первом входе логического элемента 2И 13 появляется сигнал единичного уровня. По истечении заданной выдержки времени единичным сигналом с выхода элемента временной задержки производится переключение RS-триггера в исходное состояние через логический элемент 2И.The presence of a time delay element 12 in the protection unit 6 allows you to rebuild from random self-resetting OZZ. The operation of the device in this case is as follows. When an OZZ is detected, the RS-flip-flop 10 switches to a single state by the output and starts the time delay element 12. If the OZZ is self-eliminated during the specified time delay, a unit level signal appears on the inverse output of the threshold element and the first input of logic element 2I 13. After a specified time delay, a single signal from the output of the time delay element switches the RS-trigger to its initial state through the 2I logic element.

В аппаратном исполнении интегратор выполняется на базе операционного усилителя в виде устройства с передаточной характеристикой

Figure 00000012
с частотой среза ωср=0,1ωном. Соответственно на частотах выходного напряжения СМПЧ ω>0,1ωном, устройство является интегрирующим
Figure 00000013
Данная защита в устройстве СМПЧ по интегральному значению напряжения нулевой последовательности является неселективной и обеспечивает дополнительно защиту электродвигателя при ОЗЗ в его статорной обмотке.In hardware, the integrator is based on an operational amplifier in the form of a device with a transfer characteristic
Figure 00000012
with a cutoff frequency of ω avg = 0.1ω nom . Accordingly, at frequencies of the output voltage of the SMPH ω> 0.1ω nom , the device is an integrating
Figure 00000013
This protection in the MPSF device according to the integrated value of the zero sequence voltage is non-selective and provides additional protection for the electric motor during OZZ in its stator winding.

В целом предлагаемое изобретение обеспечивает повышение защищенности СМПЧ и электродвигателя за счет возможности выявления ОЗЗ на начальной стадии пуска в работу при малых значениях выходного напряжения и, соответственно, при малых значениях тока замыкания на землю (3I0).In general, the present invention provides increased security for the MPSF and the electric motor due to the possibility of detecting an SCR at the initial stage of commissioning at low output voltage and, accordingly, at low values of the earth fault current (3I 0 ).

Проведены испытания, подтвердившие способность выявления ОЗЗ в выходном напряжении СМПЧ Uвых≈0,1Uном и Uвых=Uном.Tests confirmed the ability of detection of PTG in the output voltage U out SMPCH ≈0,1U nom and U out = U nom.

Claims (1)

Статический многоуровневый преобразователь частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей, содержащий силовой трансформатор, выходной фильтр, блок управления, силовые модули, подключенные по цепям входа к вторичным обмоткам трансформатора, а по цепям выхода - последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которых подключен выходной фильтр через датчики тока, отличающийся тем, что блок управления выполнен с входом «Блокировка», введен блок защиты при однофазном замыкании на землю с аналоговым входом управления и дискретным выходом «Авария», содержащий резистивный делитель напряжения, являющийся аналоговым входом блока защиты, интегратор, двухполярный пороговый элемент с прямым и инверсным входами, RS-триггер, исполнительный орган, являющийся дискретным выходом блока защиты, элемент временной задержки и логический элемент 2И, выход делителя напряжения соединен с входом интегратора, выход которого присоединен к входу порогового элемента, прямой выход порогового элемента соединен с S-входом RS-триггера, а его выход с входом исполнительного органа и элемента временной задержки, логический элемент 2И по цепям входов соединен с инверсным выходом порогового элемента и элемента временной задержки, а по цепи выхода - с R-входом RS-триггера, при этом резистивный делитель напряжения присоединен одним выводом к общей точке силовых модулей, соединенных в звезду, а вторым - к цепи контура заземления, выход исполнительного органа присоединен к входу «Блокировка» блока управления.A static multilevel frequency converter for supplying asynchronous and synchronous electric motors, comprising a power transformer, an output filter, a control unit, power modules connected via input circuits to the secondary windings of the transformer, and output circuits connected in series with the outputs of other modules in such a way that three groups are formed connected to a star, to the output of which an output filter is connected via current sensors, characterized in that the control unit is made with the "Blocking" input, a protection unit is introduced when an earth fault with an analog control input and a digital output "Alarm", containing a resistive voltage divider, which is an analog input of a protection unit, an integrator, a bipolar threshold element with direct and inverse inputs, an RS-trigger, an actuator, which is a discrete output of a protection unit, time delay element and logic element 2I, the output of the voltage divider is connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the threshold element, the direct output of the threshold element is connected to S-input the house of the RS-trigger, and its output with the input of the executive body and the time delay element, the logic element 2I is connected via the input circuits to the inverse output of the threshold element and the time delay element, and the output circuit is connected to the R-input of the RS trigger, while the voltage divider is connected with one output to the common point of the power modules connected to the star, and the second to the ground loop circuit, the output of the actuator is connected to the “Blocking” input of the control unit.
RU2016122011A 2016-06-02 2016-06-02 Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors RU2634480C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122011A RU2634480C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122011A RU2634480C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634480C1 true RU2634480C1 (en) 2017-10-31

Family

ID=60263749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122011A RU2634480C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634480C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625545A (en) * 1994-03-01 1997-04-29 Halmar Robicon Group Medium voltage PWM drive and method
RU2124263C1 (en) * 1997-01-21 1998-12-27 Новосибирский государственный технический университет Valve-type converter
RU2303851C1 (en) * 2005-11-03 2007-07-27 Аркадий Петрович Стригулин Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625545A (en) * 1994-03-01 1997-04-29 Halmar Robicon Group Medium voltage PWM drive and method
RU2124263C1 (en) * 1997-01-21 1998-12-27 Новосибирский государственный технический университет Valve-type converter
RU2303851C1 (en) * 2005-11-03 2007-07-27 Аркадий Петрович Стригулин Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2951982T3 (en) Method and apparatus for controlling a power supply to an electric motor
US9865411B2 (en) Safety device for a photovoltaic system
RU2263925C2 (en) Method and device for detecting short-circuit ground and calculating its resistance
US4486801A (en) Generator shorted diode protection system
EP2595295A1 (en) Single-phase to three-phase voltage converter
CN113161995B (en) Apparatus and method for fault current detection
US12155382B2 (en) Phase loss detection device, compressor including the same, and phase loss detection method
US9692314B2 (en) Detection circuit and three-phase AC-to-AC power converting apparatus incorporating the same
JP7273813B2 (en) A circuit arrangement to protect the load from both temporary and transient overvoltages
EP2772770A1 (en) Rotor earth fault protection for an electrical variable speed doubly fed induction machine
US9520714B2 (en) Protecting an operation control unit connected to an electric machine via a long cable
JP2018101549A (en) Cable way abnormality detector, and switch including the same
US20150276832A1 (en) Detection of islanding condition in electricity network
US4951170A (en) Method for protecting an electric object to be protected
US7649724B2 (en) Protective circuit for a converter
RU2634480C1 (en) Static multi-level frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors
EP2061148B1 (en) Protection of variable frequency power systems from excessive peak electrical potentials
KR102551607B1 (en) Leakage Current Detector
RU2263382C2 (en) Method and device for protecting ac mains power consumers in emergency situations
RU2582593C1 (en) System for protection of magnetoelectric generator from short circuit and method of controlling system
Bottrell et al. An impedance-based method for the detection of over-load and network faults in inverter interfaced distributed generation
RU2313890C1 (en) Device for differentially-phased protection
RU136188U1 (en) ISOLATION CONTROL DEVICE FOR HIGH-VOLTAGE MOTOR WITH SEMICONDUCTOR CONVERTER
SU652643A1 (en) Device for protection of electric plant from voltage failure of any phase
DeSieno et al. A guide to the application of capacitors without induction motor self-excitation