ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК РЕЛЕ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК H02H7/08 H01F30/06 G01D5/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве датчика для устройств защиты электрооборудования от повышенных токов.

Известна конструкция трансформаторного датчика перемещения, в котором имеется Ф-образный ферромагнитный сердечник, неподвижная измерительная обмотка, выполненная в виде двух Х-образно расположенных в воздушном зазоре центрального стержня сердечника секций, и узел регулировки угла перемещения этих секций. Этот узел выполнен в виде поворотной кольцевой оправы и установленной на ней с возможностью регулировки углового положения относительно оправы платы. Одна из секций измерительной обмотки закреплена на плате, а другая - закреплена на корпусе датчика [1].

Однако замкнутая и специальная форма ферромагнитного сердечника вызывает сложности при его изготовлении и установки в нем обмоток.

Известна конструкция измерительного трансформатора тока, в котором первичная обмотка расположена внутри ферромагнитного сердечника тороидальной формы, на который намотана измерительная обмотка [2].

Однако замкнутая форма трансформатора не позволяет устанавливать его на первичную обмотку работающей электроустановки без специального демонтажа. Кроме того, намотка измерительной обмотки на тороидальный сердечник требует специального технологического оборудования.

Наиболее близким предлагаемому изобретению по технической сути является датчик угла поворота вала, содержащий статор с измерительной обмоткой в виде двух диаметрально расположенных и встречно включенных секций, имеющих одинаковое число витков, ротор и кольцевую обмотку возбуждения. Секции расположены соосно с обмоткой возбуждения. Ротор выполнен в виде ферромагнитного полукольца П-образного сечения [3].

В данном датчике можно поворачивая ферромагнитный сердечник регистрировать различные сигналы в секциях измерительной обмотки при появлении тока в обмотке возбуждения.

Однако при включении обмотки возбуждения в цепь электроустановки, в которой необходимо контролировать ток, например, чтобы он не превысил допустимого значения, такой датчик оказывается малоэффективным. Это связано с тем, что ферромагнитный сердечник имеет разомкнутую форму в сечении, вследствие чего магнитная связь между первичной (возбуждаемой) и измерительной обмотками ослаблена из-за прохождения силовых линий магнитного поля по воздуху с большим магнитным сопротивлением. Кроме того, специфическая форма измерительных обмоток и отсутствие для них опорного каркаса делает такую конструкцию датчика сложной при изготовлении, что повышает ее стоимость. Перемещение сердечника усложняет конструкцию датчика и требует дополнительных механических узлов и соединений.

Кроме того, в известном датчике для предотвращения контакта обмоток между собой и с сердечником требуется усиленная и механически упрочненная изоляция. Однако за счет такой изоляции ухудшается магнитная связь между обмотками и сердечником, что приводит к понижению чувствительности измерительной обмотки на изменение тока в обмотке возбуждения.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности трансформаторного датчика при использовании его для реле защиты электродвигателя переменного тока.

Поставленная задача решается за счет того, что в трансформаторном датчике, содержащем обмотку возбуждения и многовитковую измерительную обмотку круглой формы с внутренним отверстием, охваченные ферромагнитным сердечником, состоящим из торцевой и двух взаимно параллельных боковых стенок, - обмотка возбуждения, выполненная в виде фазного провода, соединяющего пускатель и электродвигатель, прижата к торцевой стенке сердечника многовитковой обмоткой, которая установлена на перпендикулярной фазному проводу ферромагнитной оси с резьбою на концах, проходящей через разрезы в боковых стенках сердечника, перпендикулярные проводу и ферромагнитной оси и выполненных в наружных торцевых сторонах указанных боковых стенок, и зафиксированной к боковым стенкам сердечника при помощи крепежных резьбовых элементов.

Кроме того, ферромагнитный сердечник выполнен в виде полосы, выгнутой в форме буквы П.

В торцевой стенке ферромагнитного сердечника параллельно фазному проводу выполнен разрез, и части торцевой стенки сердечника соединены немагнитной пластиной, установленной на внешней стороне П-образного сердечника.

Между торцевой стенкой сердечника и фазным проводом установлена упругая изоляционная прокладка.

Каждая торцевая сторона многовитковой обмотки, намотанной на изоляционный каркас, охвачена изоляционной крышкой, в дисковой части которой выполнено отверстие, а ее наружные цилиндрические обечайки охватывают половину наружной поверхности многовитковой обмотки, причем на стыке цилиндрических обечаек смежных крышек выполнено отверстие для выходных проводников обмотки, поступающих на исполнительные элементы реле защиты электродвигателя.

Изоляционные крышки изготовлены из гибкого пластического материала, например полиэтилена.

Внутреннее отверстие каждой боковой изоляционной крышки многовитковой обмотки расположено в пазу ферромагнитной оси.

Предлагаемый трансформаторный датчик можно легко устанавливать и осуществлять замену на работающем электродвигателе. При этом датчик фиксируется на фазном проводе электродвигателя, имеющем произвольное положение в пространстве, не требуя дополнительных соединительных узлов и элементов. Фазный провод надежно изолирован от сердечника при помощи упругой изоляционной прокладки, а от проводников многовитковой обмотки - изоляционными крышками.

На фиг.1 представлен общий вид трансформаторного датчика реле защиты электродвигателя;

на фиг.2 - сечение в плоскости x0y на фиг.1 для датчика без разреза в торцевой стенке сердечника;

на фиг.3 - сечение в плоскости x0y на фиг.1 для датчика с разрезом в торцевой стенке сердечника;

на фиг.4 - технологическая операция надевания боковых изоляционных крышек на многовитковую обмотку в процессе сборки;

на фиг.5 - многовитковая обмотка с боковыми изоляционными крышками, надетыми на многовитковую обмотку и установленными в пазах ферромагнитной оси.

Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя состоит из обмотки возбуждения, выполненной в виде фазного провода 1, соединяющего пускатель и электродвигатель (не показаны), и многовитковой обмотки 2 круглой формы с внутренним отверстием. Фазный провод 1 и обмотка 2 охвачены ферромагнитным сердечником 3, состоящим из торцевой 4 и двух взаимно параллельных боковых стенок 5.

Фазный провод 1, совпадающий по направлению с осью z, прижат к торцевой стенке 4 сердечника 3 многовитковой обмоткой 2, которая установлена на перпендикулярной фазному проводу 1 ферромагнитной оси 6 с резьбою на концах, совпадающей по направлению с осью y. Ферромагнитная ось 6 проходит через разрезы 7 в боковых стенках 5 сердечника 3. Разрезы 7, совпадающие с направлением оси х и перпендикулярные фазному проводу 1 и ферромагнитной оси 6, выполнены в наружных торцевых сторонах 8 боковых стенок 5 сердечника 3. Ферромагнитная ось 6 зафиксирована к боковым стенкам 5 сердечника при помощи крепежных резьбовых элементов 9.

Ферромагнитный сердечник 3 выполнен в виде толстой полосы, выгнутой в форме буквы П, образованной параллельными между собой боковыми 5 стенками и перпендикулярной к ним торцевой 4 стенкой. Между торцевой стенкой 4 сердечника 3 и фазным проводом 1 установлена упругая изоляционная прокладка 10. Многовитковая обмотка 2 охвачена двумя боковыми изоляционными крышками 11, в дисковой части 12 которой выполнено отверстие 13, а ее наружные цилиндрические обечайки 14 охватывают половину наружной поверхности многовитковой обмотки 2. На стыке цилиндрических обечаек 14 смежных крышек 11 выполнено отверстие с выступами 15 для прохода выходных проводников 16 обмотки 2, поступающей на исполнительные элементы реле защиты электродвигателя (не показано). Изоляционные крышки 11 изготовлены из гибкого пластического материала, например полиэтилена. Внутреннее отверстие 13 каждой боковой изоляционной крышки 11 многовитковой обмотки 2 расположено в пазу 17 ферромагнитной оси 6. Многовитковая обмотка намотана на изоляционный каркас 18, установленный на ферромагнитной оси 6.

В торцевой стенке ферромагнитного сердечника параллельно фазному проводу выполнен разрез 19, и части торцевой стенки сердечника соединены немагнитной пластиной 20, установленной на внешней стороне П-образного сердечника 3 (фиг.3). Пластина 20 выполнена из металла, например из алюмиевого сплава. Ферромагнитные сердечник 3 и ось 6 выполнены из магнитомягкой стали, например, “Сталь 3”.

Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя работает следующим образом.

Протекающий по фазному проводу 1 переменный ток возбуждает магнитное поле, которое замыкается через торцевую 4 и боковые 5 стенки сердечника 3, а также через ферромагнитную ось 6. Это магнитное поле индуцирует в многовитковой обмотке 2 ток, поступающий на исполнительные обмотки реле защиты электродвигателя.

При наличии разреза 19 в торцевой стенке 4 ферромагнитного сердечника 3 магнитное сопротивление магнитной цепи, образованной ферромагнитной осью 6, боковыми 5 и торцевой 4 стенками сердечника, возрастает (фиг.3). Это обеспечивает ненасыщенное состояние ферромагнитных элементов при использовании электродвигателя повышенной мощности, у которого рабочий ток в фазном проводе значителен. В этом случае между токами в фазном проводе 1 и многовитковой обмотке 2 существует линейная зависимость, и ток в многовитковой обмотке, поступающий на защитное реле, прямо пропорционален току в фазном проводе.

Если ток в фазном проводе 1 электродвигателя превысит предельно допустимое значение, что возможно, например, при недопустимой перегрузке двигателя по току, вызванной обрывом фазы статора обмотки, несимметрией фазных напряжений, технологической перегрузкой, заклиниванием ротора или междувитковыми замыканиями, произойдет пропорциональное повышение тока в многовитковой обмотке 2. При этом срабатывает защитное реле, сигнал от которого вызовет размыкание главных контактов пускателя. Ток в фазном проводе 1 станет равным нулю, электродвигатель остановится и не будет поврежден высоким током, превышающим номинальное значение.

Трансформаторный датчик, у которого ферромагнитный сердечник выполнен без разреза (фиг.2), предназначен для защиты электродвигателей малой мощности. Трансформаторный датчик, у которого ферромагнитный сердечник выполнен с разрезом 19 (фиг.3), предназначен для защиты электродвигателей повышенной мощности.

Предлагаемый трансформаторный датчик технологичен при изготовлении. Ферромагнитный сердечник 3 выполняется из массивной стальной полосы, которую выгибают в форме буквы П и делают разрезы 7 в боковых стенках 5. Многовитковую обмотку 2 наматывают на изоляционный каркас 18, после чего его устанавливают на середину ферромагнитной оси 6. Затем на противоположные концы оси 6 надевают изоляционные крышки 11 через отверстия 13, внутреннее отверстие которых меньше наружного диаметра резьбовой части оси 6 (фиг.3). Далее, прикладывая определенное усилие, перемещают гибкие изоляционные крышки 11 к центру до попадания их внутреннего отверстия 13 в пазы 17 ферромагнитной оси 6 (фиг.4). При этом выходные проводники 16 многовитковой обмотки 2 попадают в отверстие на участке стыка крышек, к выступам 15 которого крепятся эти проводники. Такая собранная конструкция обмотки 2 с осью 6 и изоляционными крышками 11 надежна и предохраняет многовитковую обмотку от внешних воздействий.

Затем на торцевую стенку сердечника 4 надевают упругую изоляционную прокладку 10, после чего фазный провод 1 охватывают внутренней частью П-образного сердечника и зажимают собранной ранее конструкцией “обмотка 2 с крышками 11 и ферромагнитной осью 6”. Окончательно собранную конструкцию фиксируют, закручивая крепежные резьбовые элементы 9 на концы ферромагнитной оси 6 (фиг.1).

Предлагаемая конструкция трансформаторного датчика характеризуется простой конструкцией и технологией изготовления, надежна и удобна при монтаже и демонтаже.

Конструкция данного датчика за счет упругой изоляционной прокладки позволяет надежно прикрепиться к фазному проводу, не повреждая его. При этом обеспечивается хорошая электрическая изоляция фазного провода и многовитковой обмотки от элементов датчика, а также обслуживающего персонала от повреждения электрическим током.

Данная конструкция трансформаторного датчика прошла многочисленные экспериментальные испытания и применяется для реле защиты промышленных электродвигателей переменного тока.

Источники информации

1. А.с. №1221494, МКИ G 01 D 5/20. Опубл. 30.03.86 г. Бюл. №12.

2. Трегуб А.П. Электротехника. - Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1987, с.336-339. (рис.9.23,6).

3. А.с. №808850, МКИ G 01 D 5/20, G 08 С 9/04. Опубл. 28.02.81 г. Бюл. №8 (прототип).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве датчика для устройств защиты электрооборудования от повышенных токов. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя содержит обмотку возбуждения и многовитковую измерительную обмотку круглой формы с внутренним отверстием. Обе обмотки охвачены ферромагнитным сердечником, который содержит торцевую стенку и две боковые стенки. Особенность датчика состоит в том, что обмотка возбуждения выполнена в виде фазного провода и прижата к торцевой стенке сердечника многовитковой обмоткой, установленной на перпендикулярной фазному проводу ферромагнитной оси. Ось имеет резьбу на концах, проходит через разрезы в боковых стенках сердечника и фиксируется на боковых стенках сердечника при помощи крепежных резьбовых элементов. Ферромагнитный сердечник может быть выполнен в виде полосы, выгнутой в форме буквы П. Конструкция датчика позволяет надежно прикрепиться к фазному проводу, не повреждая его. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя, содержащий обмотку возбуждения и многовитковую измерительную обмотку круглой формы с внутренним отверстием, охваченные ферромагнитным сердечником, состоящим из торцевой и двух взаимно параллельных боковых стенок, отличающийся тем, что обмотка возбуждения, выполненная в виде фазного провода, соединяющего пускатель и электродвигатель, прижата к торцевой стенке сердечника многовитковой обмоткой, которая установлена на перпендикулярной фазному проводу ферромагнитной оси с резьбою на концах, проходящей через разрезы в боковых стенках сердечника, перпендикулярные фазному проводу и ферромагнитной оси и выполненные в наружных торцевых сторонах указанных боковых стенок, и зафиксированной к боковым стенкам сердечника при помощи крепежных резьбовых элементов.2. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитный сердечник выполнен в виде полосы, выгнутой в форме буквы П.3. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.1 или 2, отличающийся тем, что в торцевой стенке ферромагнитного сердечника параллельно фазному проводу выполнен разрез и части торцевой стенки сердечника соединены немагнитной пластиной, установленной на внешней стороне П-образного сердечника.4. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.1, отличающийся тем, что между торцевой стенкой сердечника и фазным проводом установлена упругая изоляционная прокладка.5. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.1, отличающийся тем, что каждая торцевая сторона многовитковой обмотки, намотанной на изоляционный каркас, охвачена изоляционной крышкой, в дисковой части которой выполнено отверстие, а ее наружные цилиндрические обечайки охватывают половину наружной поверхности многовитковой обмотки, причем на стыке цилиндрических обечаек смежных крышек выполнено отверстие для выходных проводников обмотки, поступающих на исполнительные элементы реле защиты электродвигателя.6. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.4, отличающийся тем, что изоляционные крышки изготовлены из гибкого пластического материала, например полиэтилена.7. Трансформаторный датчик реле защиты электродвигателя по п.1, или 4, или 5, отличающийся тем, что внутреннее отверстие каждой боковой изоляционной крышки многовитковой обмотки расположено в пазу ферромагнитной оси.