УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве устройства комплексной защиты электродвигателей.

Известно устройство, содержащее магнитный пускатель, катушка которого через последовательно соединенные кнопки управления подключена к зажимам питающей сети, а контакты включены в цепь питания двигателя, трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены в цепи питания двигателя, а вторичные - к диодам выпрямительного моста, к выходу которого подключены параллельно соединенные фильтр и делитель напряжения, блок защиты от перегрузки и блок защиты от коротких замыканий, выход которых через времязадающую цепь подключен к исполнительному органу защиты [1].

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие обеспечить защиту двигательной нагрузки от ненормальных режимов.

Известно также устройство для комплексной защиты электродвигателя от повреждений, содержащее трансформаторы тока, включенные на фазные токи, и трехфазный выпрямитель, а также блок защиты от перегрузки и от коротких замыканий, исполнительный орган, в котором с целью повышения чувствительности защиты путем отстройки от броска намагничивающего тока между выходом выпрямителя и входом блока защиты от перегрузки и коротких замыканий введены последовательно соединенные входное реле блокировки и реле времени [2].

Недостатками данного устройства являются отсутствие защиты от затянувшегося пуска двигателя и от обрыва фазы, отсутствие сигнализации и запоминания органа защиты, приведшего к отключению электродвигателя, а также существенный объем пусконаладочных работ при настройке защиты на параметры конкретного электродвигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и улучшение условий эксплуатации за счет снижения трудоемкости пусконаладочных работ.

Это достигается тем, что в устройство для комплексной защиты электродвигателя от повреждений, содержащее последовательно соединенные трансформаторы тока, включенные на фазные токи, и трехфазный выпрямитель, а также блоки защиты от перегрузки и от коротких замыканий, блок задания выдержки времени и исполнительный блок, введены блок коррекции опорного напряжения, блок защиты от затянувшегося пуска, блок индикации, делитель напряжения, к входам которого подключены входы трехфазного выпрямителя, выход делителя напряжения подключен к первому, второму и третьему входам блока задания выдержки времени соответственно через блоки защиты от перегрузки, от затянувшегося пуска, от коротких замыканий, к вторым входам которых подключен первый выход блока коррекции опорного напряжения, последовательно соединенные элемент НЕ и блок защиты от обрыва фазы, к первому и второму входам которого подключены соответственно второй выход блока коррекции опорного напряжения и выход делителя напряжения, выход элемента НЕ подключен к четвертому входу блока задания выдержки времени, последовательно соединенные блок памяти и дешифратор, к первым входам которого подключены соответственно выход элемента НЕ и выходы блоков защиты от перегрузки, от коротких замыканий, от затянувшегося пуска, к второму входу - выход блока задания выдержки времени, выходы блока памяти подключены к первым входам исполнительного блока и первым входам блока индикации, к второму входу которого подключен выход блока защиты от перегрузки, при этом третий вход блока индикации, второй вход исполнительного блока, вход блока коррекции опорного напряжения и третий вход блока защиты от обрыва фазы предназначены для подключения к выводу питания.

Устройство отличается:
выполнением блока защиты от обрыва фазы в виде компаратора, входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока защиты от обрыва фазы, диода, катод которого подключен к выходу компаратора, последовательно соединенных RC-цепи, выход которой подключен к аноду диода, элемента НЕ и элемента И-НЕ, ко второму входу которого подключен выход компаратора, выход элемента И-НЕ является выходом блока защиты от обрыва фазы;
выполнением дешифратора на четырех элементах И-НЕ, выходы которых являются выходами дешифратора, первыми и вторым входами которого являются входы элементов И-НЕ;
выполнением блока памяти на четырех триггерах, R-входы и входы сброса которых являются первыми и вторым входом блока памяти, выходами которого являются выходы триггеров;
выполнением блока индикации на четырех светодиодах, катоды которых являются первым входом блока индикации, третьим входом которого являются аноды светодиодов, и на транзисторе, к коллектору которого подключены катоды светодиодов, а база является вторым входом блока индикации, при этом транзистор включен по схеме с общим эмиттером;
выполнением исполнительного блока из последовательно соединенных четырехвходового элемента ИЛИ, входы которого являются первыми входами исполнительного блока, и реле, вывод которого является вторым входом исполнительного блока;
выполнением блока коррекции опорного напряжения из последовательно соединенных переменного резистора, второй вывод которого является входом блока коррекции опорного напряжения, и ступенчато- переключаемого резистивного делителя напряжения, отвод соответствующего резистора которого является вторым выходом блока коррекции опорного напряжения, первым выходом которого является вывод переключателя ступенчато переключаемого резистивного делителя напряжения;
выполнением блока задания выдержки времени из четырех цепей, первая и вторая цепи состоят из последовательно соединенных диода, резистора и переменного резистора, третья и четвертая цепи - из последовательно соединенных диода и резистора, а также времязадающего конденсатора, первый вывод которого подключен к вторым выводам переменных резисторов первой и второй цепей, к вторым выводам резисторов третьей и четвертой цепей и к базе транзистора эмиттерного повторителя, эмиттер которого является выводом блока задания выдержки времени, первым, вторым, третьим и четвертым входами которого являются аноды диодов каждой цепи.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для комплексной защиты электродвигателя от повреждений; на фиг. 2 - структурная электрическая схема выполнения блока задания выдержки времени.

Это достигается тем, что в устройство для комплексной защиты электродвигателя от повреждения, содержащее трансформаторы тока, первичные обмотки которых предназначены для подключения к фазам электродвигателя, к вторичным обмоткам которых подключен выпрямитель, выход которого через первый делитель подключен к первым входам блока защиты от перегрузки и блока защиты от обрыва фаз, блок защиты от коротких замыканий, блок коррекции уставки, первый выход которого подключен к первому входу блока защиты от коротких замыканий, элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу исполнительного органа, блок сигнализации, дополнительно введены блок защиты от затянувшегося пуска, блок выдержки времени, последовательно включенные дешифратор и блок памяти, второй и третий делители напряжения, причем выход первого делителя напряжения подключен через второй и третий делители напряжения к первым входам блока защиты от затянувшегося пуска и блока защиты от коротких замыканий, соответственно вторые входы которых объединены с вторым входом блока защиты от перегрузки и подключены к первому выходу блока коррекции уставки, второй выход которого подключен к второму входу блока защиты от обрыва фаз, выходы блока защиты от перегрузки, блока защиты от затянувшегося пуска, блока защиты от коротких замыканий, блока защиты от обрыва фаз подключены к соответствующим входам блока выдержки времени, к соответствующим входам дешифратора, выход блока защиты от перегрузки подключен к первому входу блока сигнализации, выход блока выдержки времени - к объединенным вторым входам дешифратора, выходы блока памяти - к соответствующим входам элемента ИЛИ и второму, третьему, четвертому и пятому входам блока сигнализации, а блок защиты от обрыва фаз выполнен в виде компаратора, диода, последовательно включенных RC-цепи, первого элемента НЕ, элемента И-НЕ и второго элемента НЕ. При этом первый и второй входы компаратора являются первым и вторым входами соответственно блока защиты от обрыва фаз, выход компаратора подключен к второму входу элемента И-НЕ и катоду диода, анод которого подключен к выходу RC-цепи, входы которой предназначены для подключения к плюсу источника питания и первой шине. Выход второго элемента НЕ является выходом блока защиты от обрыва фаз, а блок коррекции уставки выполнен в виде последовательно включенных переменного резистора и ступенчато переключаемого резистивного делителя напряжения. При этом первый вывод переменного резистора предназначен для подключения к плюсу источника питания, вывод переключателя ступенчато переключаемого резистивного делителя напряжения является первым выходом блока коррекции уставки, вторым выходом которого является вывод соответствующего резистора ступенчато-переключаемого резистивного делителя напряжения, вывод последнего резистора которого предназначен для подключения к нулевой шине.

Устройство содержит трансформаторы тока 1, первичные обмотки которых предназначены для подключения к фазам электродвигателя, к вторичным обмоткам которых подключен выпрямитель 2, выход которого через первый делитель 3 подключен к первым входам блока 4 защиты от перегрузки и блока 5 защиты от обрыва фаз, блок 6 защиты от коротких замыканий, блок 7 коррекции уставки, первый выход которого подключен к первому входу блока 6, элемент ИЛИ 8, выход которого подключен к входу исполнительного органа 9, блок 10 сигнализации, дополнительно введенные блок 11 защиты от затянувшегося пуска, блок 12 выдержки времени, последовательно включенные дешифраторы 13 и блок 14 памяти, второй 15 и третий 16 делители напряжения.

Выход первого делителя 3 напряжения подключен через второй 15 и третий 16 делители напряжения к первым входам блока 11 и блока 6 соответственно, вторые входы которых объединены с вторым входом блока 4 и подключены к первому выходу блока 7, второй выход которого подключен к второму входу блока 5. Выходы блоков 4, 11, 6 и 5 подключены к соответствующим входам блока 12, к соответствующим входам дешифратора 13. Выход блока 4 защиты от перегрузки подключен к первому входу блока 10 сигнализации, выход блока 12 выдержки времени - к объединенным вторым входам дешифратора 13, выходы блока 14 памяти - к соответствующим входам элемента ИЛИ 8 и второму, третьему, четвертому и пятому входам блока 10 сигнализации.

Блок 4 защиты от перегрузки содержит компаратор 17, блок 6 защиты от коротких замыканий - компаратор 19, блок 5 защиты от обрыва фаз - компаратор 20, диод 21, последовательно включенные RC-цепь 22, первый элемент НЕ 23, элемент И-НЕ 24 и второй элемент НЕ 25. При этом первый и второй входы компаратора 20 являются первым и вторым входами соответственно блока 5, выход компаратора 20 подключен к второму входу элемента И-НЕ 24 и катоду диода 21, анод которого подключен к выходу RC-цепи 22, выход которой предназначен для подключения к полюсу источника питания и нулевой шине. Выход второго элемента НЕ 25 является выходом блока 5. Дешифратор 13 содержит элементы И-НЕ 26-29, блок 14 памяти - триггеры 30-33, блок 10 индикации - транзистор 34, светодиоды 35-38.

Блок 7 коррекции уставки содержит последовательно включенные переменный резистор 39 и ступенчато-переключаемый резистивный делитель напряжения 40, при этом первый вывод переменного резистора 39 предназначен для подключения к полюсу источника питания, вывод переключателя ступенчато-переключаемого резистивного делителя напряжения 40 является первым выходом блока 7 коррекции уставки, вторым выходом которого является вывод соответствующего резистора ступенчато-переключаемого резистивного делителя 40 напряжения, вывод последнего резистора которого предназначен для подключения к нулевой шине.

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя в сеть по первичным обмоткам трансформаторов тока 1 начинает протекать ток, при этом ток вторичных обмоток замыкается через диоды трехфазного выпрямителя 2 и выбранный в соответствии с номинальным значением тока электродвигателя резистора делителя 3 напряжения. Производится замер текущего значения тока нагрузки электродвигателя и определяется его значение в долях от номинального, после чего переключатель резистивного делителя 40 устанавливается в положение, соответствующее замеренному в долях от номинального значения тока, а переменным резистором 39 блока коррекции опорного напряжения добиваются загорания светодиода 35 "Перегрузка" блока 10 индикации. На этом коррекция уставок устройства защиты на параметры конкретного электродвигателя закончена.

Переключатель резистивного делителя 40 переводится в положение 1 либо 1.1, что соответствует выбранному току срабатывания устройства в долях от номинального тока конкретного электродвигателя. Уставки срабатывания компараторов 18 и 19, фиксирующих превышение длительности пуска и наличие короткого замыкания, определяются делителями 15 и 16, которые соответственно задают уставки срабатывания по току, превышающему номинальный ток при установившемся скольжении и кратность пускового тока электродвигателя.

При превышении током электродвигателя номинального значения в соответствии с выбранной уставкой срабатывает компаратор 17 фиксации режима перегрузки, его выходное напряжение поступает на первый вход блока 12 задания выдержки времени, который определяет время срабатывания устройства в режиме защиты от перегрузки, и на базу транзистора 34, который открывается, в результате чего загорается светодиод 35 "Перегрузка".

Если перегрузка электродвигателя длилась время, меньшее выдержки времени блока 12, то при снижении тока электродвигателя компаратор 17 возвращается в исходное положение, транзистор 34 закрывается и гаснет светодиод 35. Если же перегрузка длилась время, большее выдержки времени блока 12, то на выходе последнего появляется напряжение, поступающее на первый вход дешифратора 13 и подготавливающее к срабатыванию его элементы И-НЕ 26-29.

В режиме перегрузки сработает только элемент И-НЕ 26, так как на его второй вход поступает напряжение с выхода компаратора 17. При этом на выходе элемента И-НЕ 26 образуется нулевой уровень напряжения, который поступит на R-вход и RS-триггера 30 блока 14 памяти, триггер переключается в устойчивое состояние, при котором на его выходе образуется нулевой уровень напряжения, который поступает на катод светодиода 35 и на первый вход элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к исполнительному органу 9. При этом светодиод 35 будет светиться постоянно, т.е. независимо от состояния транзистора 34, а на выходе элемента ИЛИ 8 появится нулевой уровень напряжения, что приведет к срабатыванию реле 9 и отключению магнитного пускателя.

Для повторного пуска двигателя необходимо произвести сброс блока 14 памяти при помощи подачи нулевого потенциала на S-входы триггеров. В режиме защиты от превышения длительности пуска срабатывает компаратор 19, уставка срабатывания которого по току выбрана, например, на уровне 2,2 I_ном электродвигателя. Его напряжение подается на второй вход блока 12 выдержки времени и на третий вход дешифратора 13. Далее устройство работает аналогичным образом.

В режиме короткого замыкания срабатывает компаратор 19, уставка срабатывания по току которого выбрана, например, на уровне 8,5 I_ном. электродвигателя, что превышает кратность пускового тока практически всех типов асинхронных электродвигателей. Отстройка от броска апериодической составляющей тока короткого замыкания производится выдержкой времени, задаваемой по третьему входу блока 12. Так как магнитный пускатель не предназначен для коммутации токов короткого замыкания, то применение небольшой выдержки времени для отстройки от апериодической составляющей тока короткого и создания ступени времени для срабатывания автоматического включателя, либо перегорания плавкой вставки является необходимым.

Отключение магнитным пускателем тока короткого замыкания произойдет только в случае отказа в срабатывании автомата либо предохранителя. Необходимо отметить, что, так как в устройстве используется один блок задания выдержки времени, то при срабатывании устройства в режиме превышения длительности пуска будут гореть светодиоды 35 "Перегрузка" и 36 "Превышение длительности пуска", а при срабатывании устройства в режиме короткого замыкания - светодиоды 35-37.

Таким образом, диагностирование причины отключения необходимо производить в порядке ранжирования светодиодов.

Работа блока 5 фиксации обрыва одной из фаз происходит следующим образом. При пуске электродвигателя на выходе компаратора 20 образуется положительный уровень напряжения, так как его уставка срабатывания по току задана ниже величины тока холостого хода практически всех типов асинхронных электродвигателей. При этом закроется диод 21, что позволит зарядиться до уровня срабатывания элемента НЕ 23 R-C-цепочки 22, постоянная времени заряда которой выбрана на порядок ниже времени срабатывания блока 10 выдержки времени по четвертому входу. При обрыве одной из фаз на выходе компаратора 20 появится импульсный сигнал, нулевые уровни которого соответствуют по времени моментам отсутствия тока в какой-либо фазе, так как на выходе выпрямителя 2 в данном случае присутствует двухполупериодное выпрямленное напряжение.

Нулевыми уровнями выходного напряжения компаратора 20 производится разряд конденсатора R-C-цепи 22 через диод 21. Следует отметить, что за время положительных уровней на выходе компаратора 20 R-C-цепи 22 не успевает зарядиться, поэтому на выходе элемента НЕ 23 образуется постоянный единичный уровень, а на выходе элемента И-НЕ 24 импульсный сигнал, определяемый компаратором 20, который инвертируется элементом НЕ 25, и поступает на вход блока 12 выдержки времени. Далее устройство работает аналогично.

Сущность изобретения: устройство дополнительно снабжено блоком защиты от затянувшегося пуска, блоком защиты от обрыва фазы, блоком индикации, делителем напряжения, блоком коррекции опорного напряжения, включающим элементы плавной подстройки опорного напряжения и ступенчатого переключателя опорного напряжения, отградуированного в долях от номинального тока электродвигателя. Это позволяет упростить настройку реле на ток конкретного двигателя. Настройка реле производится в следующем порядке. Грубая настройка производится выбором коэффициента деления делителя напряжения в соответствии с паспортными данными электродвигателя. Далее запускается электродвигатель и производится замер тока в фазе электродвигателя, определяется его отношение к номинальному в долях и переключатель ступенчатой подстройки переводится в положение, соответствующее данному измерению. Затем элементом плавной подстройки опорного напряжения добиваются загорания светодиода "Перегрузка", т.е. производится точная настройка на конкретную величину тока электродвигателя, определенную в долях от номинальной. После чего переключатель ступенчатого изменения уставки переводится в различные положения т.е. задается величина перегрузки 100 или 110%. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЯ, содержащее трансформаторы тока, первичные обмотки которых предназначены для подключения к фазам электродвигателя, к вторичным обмоткам которых подключен выпрямитель, выход которого через первый делитель подключен к первым входам блока защиты от перегрузки и блока защиты от обрыва фаз, блок защиты от коротких замыканий, блок коррекции уставки, первый выход которого подключен к первому входу блока защиты от коротких замыканий, элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу исполнительного органа, блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно введены блок защиты от затянувшегося пуска, блок выдержки времени, последовательно включенные дешифратор и блок памяти, второй и третий делители напряжения, причем выход первого делителя напряжения подключен через второй и третий делители напряжения к первым входам блока защиты от затянувшегося пуска и блока защиты от коротких замыканий соответственно, вторые входы которых объединены с вторым входом блока защиты от перегрузки и подключены к первому выходу блока коррекции уставки, второй выход которого подключен к второму входу блока защиты от обрыва фаз, выходы блока защиты от перегрузки, блока защиты от затянувшегося пуска, блока защиты от коротких замыканий, блока защиты от обрыва фаз подключены к соответствующим входам блока выдержки времени, к соответствующим входам дешифратора, выход блока защиты от перегрузки подключен к первому входу блока сигнализации, выход блока выдержки времени подключен к объединенным вторым входам дешифратора, выходы блока памяти подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ и второму, третьему, четвертому и пятому входам блока сигнализации. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты от обрыва фаз выполнен в виде компаратора, диода, последовательно включенных RC-цепи, первого элемента НЕ, элемент И - НЕ и второго элемента НЕ, при этом первый и второй входы компаратора являются первым и вторым входами соответственно блока защиты от обрыва фаз, выход компаратора подключен к второму входу элемента И - НЕ и катоду диода, анод которого подключен к выходу RC-цепи, входы которой предназначены для подключения к плюсу источника питания и нулевой шине, выход второго элемента НЕ является выходом блока защиты от обрыва фаз. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок коррекции уставки выполнен в виде последовательно включенных переменного резистора и ступенчато-переключаемого резистивного делителя напряжения, при этом первый вывод переменного резистора предназначен для подключения к плюсу источника питания, вывод переключателя ступенчато-переключаемого резистивного делителя напряжения является первым выходом блока коррекции уставки, вторым выходом которого является вывод соответствующего резистора ступенчато-переключаемого резистивного делителя напряжения, выход последнего резистора которого предназначен для подключения к нулевой шине.