Применение ФУЗ (фазочувствительные устройства защиты электродвигателей)

При нормальной работе асинхронных двигателей угол сдвига фаз между токами в трехфазной сети составляет 120⁰. При обрыве одной из фаз угол сдвига между токами оставшихся двух фаз станет 180⁰. На этом эффекте основана разработанная А.О.Грундулисом [5] защита от аварийных режимов. Так как защита реагирует на изменение угла фазового сдвига между токами нагрузки электродвигателей, она была названа фазочувствительной.

Базовая схема фазочувствительной защиты ФУЗ состоит из двух фазовращающихся трансформаторов тока и кольцевого фазового детектора с косинусной характеристикой, на выходе которого включено реле На рис. 2 кроме электрической схемы ФУЗ приведены фазовые характеристики устройства, показывающие изменение тока реле в функции угла сдвига тока в фазах и в зависимости от величины перегрузки по току. В приведенной электрической схеме защиты реле KV включено между средними выводами вторичных обмоток фазовращающих трансформаторов тока. Последовательно с диодами VD₁...VD₄ кольцевого детектора включены балластные резисторы R₁...R₄, сопротивление которых согласовано с сопротивлением катушки реле и параметрами вторичных обмоток фазовращающих трансформаторов тока. Отношение чисел витков первичных обмоток фазовращающих трансформаторов тока в устройстве ФУЗ выбрано таким образом, чтобы исходный угол сдвига фаз между измеряемыми напряжениями составлял 73^о. При таком угле и номинальной нагрузке в реле KV будет протекать ток, меньший тока отпускания реле I_ро (точка 2 на рис. 2). При заклинивании ротора или при режиме короткого замыкания электродвигателя токи, а следовательно и измеряемые напряжения U₁ и U₂ резко увеличиваются. Ток в катушке реле KV также резко возрастет, станет больше тока притягивания реле I_пр (точка 1 на рис. 2).

Рис.2. Фазочувствительное устройство защиты ФУЗ:

а) электрическая схема;

б) фазочувствительные характеристики – зависимость тока реле I_р от угла сдвига φ;

в) защитная характеристика – зависимость тока реле I_р от кратности перегрузки I_р = f(K_m)

При обрыве фазы защита срабатывает достаточно быстро, так как ток в катушке реле I_р становится значительно больше тока I_пр. Точки 3 и 4 на рис. 1б соответствуют работе электродвигателя при обрыве фазы, когда ток нагрузки равен номинальному току, а точки 5 и 6 – режиму короткого замыкания при пуске двигателя на двух фазах. Таким образом фазочувствительное устройство типа ФУЗ защищает электродвигатель от обрыва фазы при пуске и заклинивания ротора двигателя или исполнительного механизма.

На рис.2 в приведены защитные характеристики фазочувствительного устройства защиты. Из характеристик видно, что защита весьма чувствительна к обрыву фазы при пуске двигателя (кривая 1), а при работе электродвигателя с перегрузками ток в катушке реле увеличивается медленно (кривая 2), что позволяет защите срабатывать с выдержкой времени. Из защитных характеристик видно, что в зоне А электродвигатель будет надежно защищен от обрыва фазы, а при работе на трех фазах ток в катушке будет меньше тока отпускания реле I_ро. В режиме короткого замыкания кратность перегрузки составляет К_н = 5,0-7,0 (зона В), ток в катушке реле I_р будет больше тока притягивания реле I_пр и реле защиты сработает.

Основной недостаток базовой защиты ФУЗ заключается в том, что она не реагирует на небольшие длительные перегрузки и не имеет инерционности срабатывания, вследствие чего фазочувствительное устройство ложно срабатывает при пуске электродвигателя.

Эти недостатки устранены в модернизированном фазочувствительном устройстве защиты электродвигателей ФУЗ-М. Устройство ФУЗ-М защищает электродвигатель от обрыва фазы и любых перегрузок, а также от заклинивания ротора или исполнительного механизма. ФУЗ-М моментально срабатывает при обрыве фазы, а при перегрузках – с выдержкой времени 30...50 с (в зависимости от степени перегрузки); при заклинивании ротора или исполнительного механизма выдержка времени составляет 8...12 с.

На рис. 3 дана электрическая схема устройства ФУЗ-М.

Рис.3. Электрическая схема устройства ФУЗ-М.

Защиту от обрыва фазы и заклинивания ротора схема осуществляет также, как схема на рис. 1. Схема контроля перегрузки состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя (VS₁, R₅, RP₁, RP₂), зарядно-разрядной цепи (R₆, R₇), накопительного конденсатора С₁, порогового элемента – тиристора VS₂ со стабилитроном VD₅, режимных резисторов R₈...R₁₀ и шунтирующего тиристора VS3.