УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H02H7/09 H02H7/85 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам управления и защиты электродвигателей от перегрузок и случаев пропадания одной из фаз сети питания. Оно может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где имеются электродвигатели, в частности в сельском хозяйстве или при добыче нефти, где условия их эксплуатации особенно неоднозначны.

Известно, что электродвигатели, даже работающие в номинальном режиме, часто выходят из строя при пропадании одной из фаз сети питания.

Имеется множество схем защиты, но они обычно сложны в эксплуатации, ненадежны и дороги (например, журнал "Радио", 1988 г. N 7, стр. 24. авторские свидетельства: 1354325, 1361673, 1327227, 1617524, 1369847, 1318914, 1318149, 1356103; Зимин Е. Н. "Защита асинхронных двигателей до 500 В".М. Энергия, 1967 г. стр. 74, рис. 19,а, е), в которых описываются схемы, использующие термоэлементы, электронные пороговые устройства, последовательные цепи, состоящие из магнитного пускателя и кнопок "ПУСК"-"СТОП", пороговых блоков с дальнейшим многоуровневым электронным обеспечением и исполнительными электромеханическими узлами, или система из трех реле, обмотки которых подключены между фазами сети и нулевым проводом, а контакты включены в разрывы соответствующих фаз. Необходима также специальная логическая схема отключения всех фаз при пропадании одной из них.

Последний аналог несколько ближе к предлагаемому. Схема содержит плавкие предохранители, включенные в разрывы всех трех фаз сети питания нагрузки, параллельно которым подключены обмотки реле с контактами, включенными в разрывы проводов каждой фазы сети питания. В исходном состоянии контакты реле замкнуты. При перегорании предохранителя в одной из фаз появится напряжение U_разр на катушке Л соответствующего реле и двигатель отключается. Схема не обеспечивает защиту двигателя при обрыве одной из фаз вне предохранителей.

Прототипом является схема, в которой в разрыв каждой из фаз сети питания включены обмотки токовых реле (1РОФ, 2РОФ, 3РОФ) и, кроме того, обмотка (РВ) реле времени, которая включена между двумя фазами и задействована со второй группой контактов токовых реле.

При обрыве одной из фаз отключаются все три фазы за счет разрыва групп контактов каждого токового реле в разрывах всех трех фаз.

Обе схемы имеют более одного уровня срабатывания. Характерным для подавляющего их числа является наличие реагирующего органа, контактов для подключения электродвигателя к сети питания и элемента управления режимом работы электродвигателя
Указанная цель достигается тем, что используется предельно простое устройство с единственным уровнем срабатывания.

На чертеже представлена схема защиты электродвигателя, содержащая все характерные для схем защиты элементы. Она состоит из трех электромагнитов с обмотками OA-11, OB-12, OC-13 и сердечниками CA, CB, CC 1-6, выполняющих роль реагирующих органов и контактов для подключения электродвигателя 15 к сети питания 14, плавких предохранителей 7-9 и трехфазного тумблера 10 на три положения: "ПУСК", "РАБОТА", "ВЫКЛ.", выполняющего роль элемента управления режимом его работы.

Необычным здесь является применение в качестве реагирующего органа и контактов подключения электродвигателя к сети питания в каждой фазе электромагнита с разрезанным сердечником, являющимся одновременно проводником тока нагрузки электродвигателя, и конструктивное расположение обмоток, что сводит к минимуму число вспомогательных и исполнительных уровней, плавкой вставки предохранителя, а также такое включение переключателя режима работы, которое исключает перегорание плавкой вставки предохранителя при пуске электродвигателя.

Из электрической схемы видно, что обмотка электромагнита в каждой фазе включена последовательно к плавкой вставке предохранителя и току нагрузки той же фазы, а конструктивно (физически), например, обмотка фазы фA OA-11 расположена на сердечнике фазы фB CB-3, 4, обмотка фазы фB OB-12 на сердечнике фазы фC CC 5, 6, обмотка фазы фC OC-13 на сердечнике фазы фA CA 1, 2. Такое расположение обмоток электромагнитов дает возможность последовательного во времени отключения всех фаз сети питания 14 при пропадании хотя бы одной из них (эффект "домино").

Трехфазный тумблер 10 (скажем, типа ПТ3-30Т) имеет три положения: "ПУСК", "РАБОТА", "ВЫКЛ.". В положении:
"ПУСК" в каждой фазе он замыкает последовательное соединение предохранителя и разомкнутого сердечника, чем обеспечивает протекание тока нагрузки каждой фазы через обмотку соответствующего электромагнита и тем самым соединение разомкнутых сердечников всех фаз. Такое положение тумблера 10 обеспечивает также защиту плавких вставок во всех фазах от пусковых токов и отсутствие искрения при соединении половинок сердечников в каждой фазе.

После набора двигателем номинальных оборотов (2-3 с) при отпускании тумблер 10 (со средним фиксированным положением) самостоятельно устанавливается в положение "РАБОТА";
"РАБОТА" тумблер находится в (фиксированном) нейтральном положении и ток через его контакты не протекает;
"ВЫКЛ. " тумблер замыкает концы каждой из трех обмоток электромагнитов, тем самым полностью снимая питание с электродвигателя.

Кроме своих основных функций "Устройство." выполняет функции магнитного пускателя и пусковых кнопок. Учитывая, что магнитный пускатель значительно сложнее и дороже "Устройства.", плюс к тому отсутствие, за ненадобностью, пусковых кнопок, использование "Устройства." вызывает не дополнительные затраты, а даже дает ощутимый экономический эффект.

На изготовление действующего макета, в основном, было затрачено приблизительно 500 г трансформаторного железа, приблизительно 100 г провода ПЭВ-2 и один тумблер типа ПТ3-30Т. Вместо стандартных плавких вставок использовались отрезки медного луженого провода, диаметр и длина которых были выбраны по специальной таблице. Разумеется, параметры элементов устройства будут изменяться в зависимости от мощности защищаемого электродвигателя.

Использование: изобретение относится к области электротехники, в частности к защите электродвигателей от перегрузок и пропадания одной из фаз сети питания, и может быть использовано там, где используются электродвигатели, особенно в области сельского хозяйства, где условия эксплуатации часто далеки от ТУ на них. Сущность изобретения: обмотки 11, 12, 13, сердечники 1, 2, 3 и предохранители 7, 8, 9 образуют три последовательные цепочки, через которые подаются на электродвигатель 15 фазы сети питания; сердечники состоят из двух частей: неподвижной и подвижной, выполненных из ленточного материала П-образной формы, разделенных воздушным зазором, обеспечиваемым возвратной пружиной, закрепленной на подвижной части сердечника; обмотка OA 11 конструктивно расположена на сердечнике CB 2, 5, обмотка OB 12 конструктивно расположена на сердечнике CC 2, 6, обмотка OC 13 конструктивно расположена на сердечнике CA 1, 4, трехфазный тумблер 10 имеет три положения: "ПУСК", "РАБОТА", "ВЫКЛ.", включен так, что в положении "ПУСК" замыкает последовательные цепочки предохранителей и разрезных сердечников соответствующих фаз до набора электродвигателем номинальных оборотов и затем самостоятельно устанавливается в положение "РАБОТА"; "РАБОТА" становится в нейтральное положение; "ВЫКЛ. " замыкает концы каждой из трех обмоток, тем самым полностью снимая питание с электродвигателя. 1 ил.

Устройство защиты трехфазного электродвигателя от перегрузок и пропадания одной из фаз сети питания, содержащее реагирующие органы, плавкие предохранители, контакты подключения электродвигателя к сети питания и элемент управления режимом работы электродвигателя, отличающееся тем, что реагирующие органы с контактами выполнены в виде электромагнитов с сердечниками СА, СВ, СС и обмотками ОА, ОВ, ОС, при этом сердечники составлены из подвижной и неподвижной частей, выполненных из ленточного материала П-образной формы и разделенных воздушным зазором, обеспечиваемым возвратной пружиной, закрепленной на подвижной части сердечника, обмотка ОА конструктивно расположена на сердечнике СВ, обмотка ОВ конструктивно расположена на сердечнике СС, а обмотка ОС конструктивно расположена на сердечнике СА, при этом сердечники, предохранители и обмотки образуют три последовательные цепочки в каждой фазе сети, элемент управления режимом работы электродвигателя выполнен в виде трехфазного тумблера на три положения: "Пуск", "Работа", "Выкл.", выводы которого подключены к выводам упомянутых цепочек.