УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H02H5/04 H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к тепловой защите электрических машин и аппаратов.

Известно устройство для защиты трехфазных электродвигателей от перегрузки [1] , содержащее терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, расположенным на магнитопроводе электродвигателя, датчик тока, образующие регулятор уровня сигнала, элементы выдержки времени, пороговое устройство и исполнительный орган. Недостатком известного устройства [1] является невысокая эффективность защиты при контроле перегрузки только по одному фазному току с элементом выдержки времени, так как в переходном режиме в аномальных случаях температура обмоток электродвигателя растет гораздо быстрее, чем температура магнитопровода, а пороговое устройство настраивается на срабатывание по сигналу с датчика тока, значительно превышающего номинальный фазный ток, при этом температура обмоток статора может превысить допустимую величину и нарушить изоляцию обмоток.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для тепловой защиты электродвигателя [2], содержащее три терморезистора, однопереходный транзистор, два стабилитрона, транзистор, четыре постоянных резистора, тиристор, выпрямительный мост, симистор, контактор с кнопками управления, где три последовательно соединенные терморезистора с положительным коэффициентом сопротивления расположены на фазных обмотках статора и соединены одним выводом со второй базой однопереходного транзистора, а вторым выводом с катодом последовательно и согласно соединенных двух стабилизаторов и с одним выводом первого резистора, который вторым выводом соединен с положительным выводом выпрямительного моста, однопереходный транзистор первой базой соединен с базой транзистора n-p-n типа и через второй резистор с "минусом" выпрямительного моста и анодом последовательно соединенных стабилитронов, при этом общая точка их соединения с эмиттером однопереходного транзистора, транзистор n-p-n типа эмиттером соединен с "минусом" выпрямительного моста и с одним выводом третьего резистора, который вторым выводом соединен с коллектором транзистора n-p-n типа, управляющим электродом тиристора и первым выводом четвертого резистора, который вторым выводом соединен с "плюсом" выпрямительного моста и с анодом тиристора, который катодом соединен с "минусом" выпрямительного моста, который входными выводами соединен с управляющим электродом и условным анодом симистора, подключенного условными катодом и анодом в цепь питания фазным напряжением контактора электродвигателя с блокирующейся контактором кнопкой "пуск" и кнопкой "стоп".

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность защиты, так как не учитывается скорость разогрева обмоток и инерционность резисторов, кроме этого, цепь управления во время работы двигателя находится под высоким напряжением, что уменьшает надежность устройства и связано с дополнительной потерей энергии.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства тепловой защиты и уменьшение энергопотребления измерительной цепью.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для тепловой защиты электродвигателя, содержащем три последовательно соединенных терморезистора с положительным коэффициентом температурного сопротивления и расположенных на фазных обмотках статора, однопереходный транзистор, два постоянных резистора, тиристор, симистор в цепи включения контактором электродвигателя, выпрямительный мост, соединенный одним входным выводом с управляющим выходом симистора, в отличие от прототипа, введены конденсатор, два диода, два подстроечных резистора, четвертый терморезистор с положительным коэффициентом сопротивления, расположенный на магнитопроводе статора, один вывод которого соединен с одним свободным выводом последовательно соединенных трех терморезисторов и эмиттером однопереходного транзистора, а второй вывод с анодом первого введенного диода, катод которого соединен с первым выводом введенного первого подстроечного резистора, с катодом тиристора, с первым выводом первого резистора и отрицательным выводом выпрямительного моста, второй вывод последовательно соединенных терморезисторов соединен с первым выводом второго резистора и с первым выводом введенного конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом тиристора, с вторым выводом первого резистора и с положительным выводом выпрямительного моста, второй вывод второго резистора соединен со второй базой однопереходного транзистора, первая база которого соединена со вторым и третьим выводами первого введенного подстроечного резистора с управляющим электродом тиристора и с первым выводом второго введенного подстроечного резистора, второй и третий выводы которого соединены с анодом введенного второго диода, катод которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора, выпрямительный мост другим входным выводом соединен с анодом симистора.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства тепловой защиты электродвигателя.

Устройство тепловой защиты электродвигателя содержит три последовательно соединенных терморезистора 1, расположенных на фазных обмотках статора электродвигателя 2, четвертый терморезистор 3, расположенный на магнитопроводе статора электродвигателя 2 и соединенный с одним выводом с терморезисторами 1, диод 4, соединенный анодом с терморезистором 3, диод 5, соединенный катодом с общей точкой соединения первого вывода последовательно соединенных терморезисторов 1 и первого вывода терморезистора 3, подстроечный резистор 6, соединенный подвижным выводом и одним неподвижным выводом с анодом диода 5, подстроечный резистор 7, соединенный подвижным выводом и одним неподвижным выводом с другим неподвижным выводом резистора 6, однопереходный транзистор 8, эмиттер которого соединен с катодом диода 5, а первая база с общей точкой резисторов 6 и 7, резистор 9, соединенный одним выводом со второй базой однопереходного транзистора 8, конденсатор 10, соединенный с другим выводом резистора 9, тиристор 11, управляющий электрод которого соединен с первой базой однопереходного транзистора 8, резистор 12, выпрямительный мост 13, к плюсовому выводу которого соединены другой вывод конденсатора, анод тиристора 11 и один вывод резистора 12, а к "минусовому" выводу моста присоединены катод диода 4, другой неподвижный вывод резистора 7, катод тиристора 11 и другой вывод резистора 12, симистор 14, который управляющим выводом и условным анодом соединен со входом выпрямительного моста 13, контактор 15, который через условные анод и катод симистора 14, кнопку 16 "пуск" с блокирующим контактом 18 контактора и кнопку 17 "стоп" подключен к фазному или линейному напряжению трехфазного питания, которое подается на электродвигатель 2 через силовые контакторы 19 контактора 15.

Устройство тепловой защиты электродвигателя работает следующим образом.

При включении кнопки "пуск" напряжение с выводов управления и условного анода закрытого симистора приложится к выходным выводам выпрямительного моста 13, через конденсатор 10 потечет зарядный ток, который через параллельные ветви, образованные терморезисторами 1, 3, диодом 4 и резисторами 7, 9, межбазовым сопротивлением однопереходного транзистора 8, замкнется на отрицательный вывод выпрямительного моста. Постоянное время заряда конденсатора выбирается значительно меньше полупериода питающего напряжения, а температурный коэффициент сопротивления терморезистора 3 меньше, чем у терморезисторов 1, или с большей классификационной температурой. При температурах обмотки статора электродвигателя, не превышающих допустимых значений, сопротивление терморезисторов мало и потенциал эмиттера однопереходного транзистора 8 открывает его, шунтируя управляющий электрод тиристора 11, который открывается и шунтирует выпрямительный мост 13, открывая симистор 14, закрывая тиристор 11. Контактор сработает, включит электродвигатель 2 и заблокирует кнопку 16 "пуск". В течение полупериода через симистор течет ток, удерживающий контактор 15. При открытии тиристора 11 заряд конденсатора прекратится, падение напряжения на терморезисторах 1, 3 и в параллельной ветви однопереходного транзистора упадет до нуля, однопереходный транзистор закроется, конденсатор разрядится через открытый в начале тиристор и впоследствии симистор, резисторы 7, 6, диод 5 и терморезисторы 1 за время, меньшее полупериода питающего напряжения. В конце полупериода симистор закроется, а в начале следующего полупериода через конденсатор потечет максимальный зарядный ток, однопереходный транзистор снова откроется и процесс повторится, контактор останется во включенном состоянии. Подстроечным резистором 7 обеспечивается гарантированный пуск холодного электродвигателя, когда температура обмоток и магнитопровода статора одинаковы. Диод 4 препятствует прохождению разрядного тока конденсатора 10 через терморезистор 3. Подстроечный резистор 6 и диод 5 шунтируют в обратном направлении эмиттерный переход транзистора 8 и обеспечивают регулируемый дополнительный подогрев разрядным током только терморезисторов 1, тем самым настраивая устройство на необходимую температуру отключения при горячем магнитопроводе статора.

Электродвигатель отключается устройством следующим образом. При медленном нагреве электродвигателя температура магнитопровода Т_ст за счет лучшего теплообмена с окружающей средой и большой массы меньше температуры обмоток статора Т₀₁, Т₀₂, Т₀₃. Регулируемый разрядный ток дополнительно разогреет терморезисторы 1 и относительное изменение сопротивления их даже при одинаковой скорости нагрева будет увеличиваться быстрее, чем у терморезистора 3, и потенциал эмиттера однопереходного транзистора будет уменьшаться. При достижении критической температуры обмоток статора однопереходный транзистор не будет открываться в начале полупериода напряжения питания, тем самым будут закрыты тиристор 11, симистор 14 и контактор 15 отключит электродвигатель 2. Конденсатор 10 разрядится через сопротивление 12.

При быстром нагреве электродвигателя (из-за короткого замыкания обмоток, перегрузок, обрыва фазы, перенапряжения) хотя бы одна из фазных обмоток будет нагреваться гораздо быстрее магнитопровода статора и, несмотря на инерционность терморезисторов 1, относительное сопротивление их будет увеличиваться гораздо быстрее, чем у терморезистора 3, и потенциал на эмиттере, уменьшаясь, закроет однопереходный транзистор и устройство отключит двигатель раньше, чем температура обмоток статора достигнет критического значения.

Итак, заявляемое изобретение имеет простую реализацию, лучшую эффективность защиты, чем известные, так как реагирует не только на температуру обмоток статора, но и на скорость разогрева их, более экономично, т.к. работает в импульсном режиме.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1403203, кл. H 02 H 7/085, 7/08. Устройство для защиты переходных электродвигателей от перегрузки.

2. Авторское свидетельство СССР N 1661897, кл. H 02 H 5/04. Устройство тепловой защиты электродвигателя.

Используют для тепловой защиты электрических машин и аппаратов. В устройство дополнительно введены конденсатор, два диода, два подстроечных резистора, четвертый терморезистор, расположенный на магнитопроводе статора электродвигателя 2, при этом четвертый терморезистор соединен со свободным выводом последовательно соединенных трех терморезисторов и эмит- тером однопереходного транзистора и с входом диода, катод которого соединен с первым подстроечным резистором, с катодом тиристора, с первым резистором и отрицательным выводом выпрямительного моста, второй вывод последовательно соединенных терморезисторов соединен с резистором и конденсатором, который соединен с анодом тиристора, с резистором и с положительным выводом выпрямительного моста, резистор соединен со второй базой однопереходного транзистора, первая база которого соединена выводами подстроечного резистора с управляющим электродом тиристора, семистор включен в цепь питания контактора электродвигателя. Техническим результатом является повышение эффективности тепловой защиты и уменьшение энергопотребления измерительной цепью. 1 ил.

Устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее три последовательно соединенных терморезистора с положительным коэффициентом температурного сопротивления, расположенных на фазных обмотках статора, однопереходный транзистор, два постоянных резистора, тиристор, симистор в цепи включения контактором электродвигателя выпрямительный мост, соединенный одним входным выводом с управляющими выводом симистора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены конденсатор, два диода, два подстроечных резистора, четвертый терморезистор с положительным коэффициентом сопротивления расположенный на магнитопроводе статора, один вывод которого соединен с одним свободным выводом последовательно соединенных трех терморезисторов и эмиттером однопереходного транзистора, второй вывод - с анодом первого введенного диода, катод которого соединен с первым выводом введенного первого подстроечного резистора, с катодом тиристора, с первым выводом первого резистора и отрицательным выводом выпрямительного моста, второй вывод последовательно соединенных терморезисторов соединен с первыми выводами второго резистора и введенного конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом тиристора, с вторым выводом первого резистора и с положительным выводом выпрямительного моста, второй вывод второго резистора соединен с второй базой однопереходного транзистора, первая база которого соединена с вторым и третьим выводами первого введенного подстроечного резистора, с управляющим электродом тиристора и с первым выводом второго введенного подстроечного резистора, второй и третий выводы которого соединены с анодом введенного второго диода, катод которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора, выпрямительный мост другим входным выводом соединен с анодом симистора.