ИНДУКТИВНАЯ НАГРУЗКА С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТЫ Российский патент 1995 года по МПК H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для защиты индуктивной нагрузки от аваpийных режимов работы и может быть использовано преимущественно для защиты таких нагрузок, как однофазные электромагниты и электродвигатели насосов, вибраторов, различных бытовых приборов.

Известны устройства тепловой защиты прямого действия, которые отключают индуктивную нагрузку до возникновения повреждения в сети, например, в ситуациях, когда электромагнит погружного насоса, электродвигатель перегреваются из-за нарушений режима работы, отсутствия охлаждающей жидкости в резервуаре, где установлен погружной насос [1].

Такие устройства содержат датчик в виде биметаллических пластин, через которые проходит ток нагрузки. Датчик располагается непосредственно на обмотке электромагнита. При увеличении температуры обмотки биметаллические пластины изгибаются и разрывают цепь индуктивной нагрузки.

Однако такие устройства имеют недостаточно высокие коммутационные свойства. Кроме того, при отключении нагрузки тепловой защитой после остывания биметаллические пластины возвращаются в исходное состояние, в результате чего происходит самовключение токоприемника, что в ряде случаев недопустимо по условиям безопасности и снижает его функциональную надежность.

Известно реле тепловой защиты типа РТЗ, которое представляет собой устройство тепловой защиты косвенного действия, когда по величине сопротивления терморезистора, установленного в пространстве вблизи обмоток токоприемника, судят об их температуре и в случае превышения температуры задаваемого уровня отключают нагрузку от сети [2].

Данное устройство для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, содержит блок питания, состоящий из делителя напряжения, подключенного к сетевым выводам, к которому через выпрямитель присоединен транзисторный измерительный блок, связанный с терморезистором линией связи, и исполнительный орган, включенный в рассечку между сетевым выводом и нагрузкой.

Транзисторный измерительный блок представляет собой триггер, нагрузкой которого является исполнительный орган, в качестве которого используется реле. Контакты реле включены в цепь нагрузки. Линия связи представляет собой трехпроводный силовой кабель, две жилы которого связывают нагрузку с сетью, а третья вместе с одной из силовых подключает датчик на терморезисторе к измерительному блоку.

В случае появления аварийных ситуаций, связанных с токовыми перегрузками или нарушением режимов охлаждения, температура обмоток нагрузки возрастает.

При увеличении температуры обмотки до критической, сопротивление терморезистора (позистора) возрастает, что приводит к увеличению смещения на базе транзисторного триггера, который срабатывает и шунтирует обмотку исполнительного реле. Реле отключается и своими контактами разрывает цепь токоприемника. Возврат триггера в исходное состояние возможен только после снятия питания с измерительного блока. Следовательно, исключается самопроизвольное включение токоприемника при возврате величины сопротивления терморезистора в исходное состояние при остывании.

Устройство находит применение на практике для защиты погружных вибрационных насосов. Однако надежность устройства недостаточно высока, так как реле при работе насоса непрерывно находится под током, что снижает его ресурс работы. Кроме того, наличие трехжильного соединительного кабеля вместо двухжильного, приводит к усложнению и удорожанию устройства.

Кроме того, устройство осуществляет защиту только от перегрева, не обеспечивая защиту от токов короткого замыкания. Поэтому, как правило, оно снабжается токовой защитой в виде предохранителя или токового расцепителя.

Целью изобретения является повышение надежности с одновременным упрощением.

Это достигается тем, что в устройстве для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, содержащем блок питания, состоящий из делителя напряжения, подключенного к сетевым выводам, к которому через выпрямитель присоединен транзисторный измерительный блок, связанный с терморезистором, расположенным в пространстве вблизи обмотки нагрузки, и исполнительный орган, включенный в рассечку между сетевым выводом и нагрузкой, в качестве делителя напряжения использованы непосредственно обмотки индуктивной нагрузки, между общей точкой соединения которых и одним из выводов обмотки, присоединенной к сети, подключен анод-катод тиристорного формирователя импульсов, управляющий электрод которого через нелинейное сопротивление присоединен к эмиттеру транзисторного измерительного блока, к базе которого присоединен первый вывод терморезистора, второй вывод которого подключен к тиристорному формирователю импульсов, а исполнительный блок выполнен в виде предохранителя.

При этом в качестве нелинейного сопротивления может быть использован диод или стабилитрон.

Кроме того, при применении в качестве тиристорного формирователя импульсов симистора в роли выпрямителя используется двухполупериодный выпрямительный мост, переменная сторона которого присоединена между анодом и управляющим электродом симистора, а к постоянной стороне присоединен транзисторный измерительный блок.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 - то же, вариант исполнения.

Устройство для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой катушек, расположенных на магнитопроводе, содержит измерительный блок на транзисторе 1, тиристорный формирователь импульсов 2, терморезистор 3, выпрямитель 4 и исполнительный орган 5. Во входной цепи транзистора 1 включен резистор 6, а в коллекторной цепи - резистор 7. Эмиттер транзистора через нелинейное сопротивление (в данном случае диод 8) соединен с управляющим электродом тиристора 2. При этом анод тиристора 2 подключен к первому выводу первой катушки 9 индуктивной нагрузки 10, а катод - к второму выводу этой катушки так, что тиристор 2 шунтирует катушку 9. Непосредственно с базой транзистора 1 соединен первый вывод терморезистора 3, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой катушки 9, к первому выводу которой подсоединен анод выпрямителя 4, катод которого соединен с резисторами 6 и 7 транзистора 1 измерительного блока. Вторая катушка 11 индуктивной нагрузки 10, которая не шунтируется тиристором 2, подключена к исполнительному блоку 5, в качестве которого используется предохранитель.

Переход управляющий электрод - катод тиристора 2 шунтируется резистором 12. При использовании однополупериодного формирователя импульсов в качестве выпрямителя 4 применяются полупроводниковый диод.

При использовании в качестве двухполупериодного формирователя импульсов симистора (см. фиг.2) его управляющий электрод подключен к измерительному блоку через двухполупериодный выпрямительный мост 4.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы индуктивной нагрузки 10 транзистор 1 измерительного блока закрыт. Это обусловлено тем, что к базе транзистора 1 прикладывается напряжение, определяемое параметрами делителя напряжения, образованного резистором 7 и термосопротивлением 3, которое меньше напряжения для перевода цепи эмиттер-базовый переход транзистора 1, диод (стабилитрон) 8, переход управляющий электрод-катод тиристорного ключа 2 в состояние проводимости. В качестве термосопротивления 3 используется позистор, сопротивление которого с увеличением температуры увеличивается.

При нарушении режима работы индуктивной нагрузки 10 происходит разогрев ее обмоток. В результате сопротивление терморезистора 3 увеличивается, напряжение на базе транзистора 1 растет и при превышении порога отпирания транзистора 1 через управляющий электрод тиристора 2 протекает однополупериодный ток. В результате этого тиристор 2 в каждый полупериод, когда транзистор 1 переходит в состояние проводимости, шунтирует обмотку 9 индуктивной нагрузки 10. Вследствие этого средний ток нагрузки достигает значения, превышающего величину тока срабатывания предохранителя 5, который отключает нагрузку 10 от сети. Предложенное выполнение транзисторного измерительного блока 1 позволяет получить уставки срабатывания, которые не зависят от колебаний напряжения в сети, так порог срабатывания при достаточно высоком коэффициенте усиления транзистора 1 определяется лишь соотношением между сопротивлением резистора 6 и терморезистора 3.

Вследствие того, что обмотка 9 индуктивной нагрузки 10 является источником питания для транзисторного измерительного блока 1, а обмотка 11 - балластным сопротивлением в цепи тиристора 2, когда он находится в состоянии проводимости, удается существенно упростить устройство защиты, расположив его на стороне нагрузки.

При этом реакцию изменения температурного режима обмоток удается передать на исполнительный блок по тем же самым проводам, по которым осуществляется подвод электроэнергии к нагрузке, т.е. используя двухпроводную линию связи. Кроме того, так как исполнительным блоком 5 служит предохранитель, устройство осуществляет защиту и от токов короткого замыкания. При этом невозможно самовключение индуктивной нагрузки 10 при нормализации температуры ее обмоток.

Следовательно, включение индуктивной нагрузки 10 возможно только после подготовки исполнительного блока 5 (предохранителя) к работе и подачи команды на включение (подключение к сети).

Выполнение нелинейного сопротивления 8 в виде диода или стабилитрона меняет порог срабатывания устройства в зависимости от требуемой величины контроля температуры обмоток.

Нелинейное сопротивление 8, установленное в цепи эмиттера транзисторного измерительного блока 1, выполняет роль отрицательной обратной связи, обеспечивая триггерность срабатывания.

Для повышения быстродействия отключения плавкой вставкой 5 сети формирователь импульсов 2 выполняется в виде симистора, управляющий электрод которого подключен к измерительному блоку на транзисторе 1 через выпрямитель 4, выполненный в виде двухполупериодного моста. В этом случае формирование импульсов осуществляется в каждый полупериод и ток через плавкую вставку 5 увеличивается по сравнению с однополупериодным формированием в два раза, что позволяет при прочих равных условиях существенно повысить быстродействие исполнительного блока.

Использование: для защиты индуктивной нагрузки от аварийных режимов работы. Сущность изобретения: устройство для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, содержит блок питания, состоящий из делителя напряжения, подключенного к сетевым выводам. К нему через выпрямитель присоединены транзисторный измерительный блок, связанный с терморезистором, расположенным в пространстве вблизи обмоток нагрузки, исполнительный орган, включенный в рассечку между сетевым выводом и нагрузкой. 2 ил.

1. ИНДУКТИВНАЯ НАГРУЗКА С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТЫ, выполненная в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, и содержащая блок питания в виде делителя напряжения, последовательно с которым включен исполнительный орган, выводы указанной цепочки предназначены для подключения к сетевым выводам, транзисторный измерительный блок, первый вывод которого соединен с терморезистором, расположенным вблизи обмоток нагрузки, отличающаяся тем, что в качестве делителя напряжения использованы непосредственно обмотки индуктивной нагрузки, между общей точкой соединения которых и одним из выводов обмотки, предназначенным для подключения к сети, подключен анод-катод тиристорного формирователя импульсов, управляющий электрод которого через нелинейное сопротивление присоединен к эмиттеру транзисторного измерительного блока, к базе которого присоединен первый вывод терморезистора, второй вывод которого подключен к катоду тиристорного формирователя импульсов, исполнительный блок выполнен в виде предохранителя, переход коллектор - база транзисторного измерительного блока через выпрямитель соединен с анодом тиристорного ключа и с общей точкой делителя напряжения. 2. Нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нелинейного сопротивления использован диод. 3. Нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нелинейного сопротивления использован стабилитрон.