ЗАЩИТНЫЙ БЛОК-ПУЛЬТ /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2008 года по МПК H02H7/09 

Изобретение относится к электротехнике.

Известны магнитные пускатели, недостатком которых является то, что они допускают работу трехфазного электродвигателя при отсутствии одной из фаз.

Известно "Релейное устройство" /а.с. СССР №775783, МКИ Н01H 51/04 от 31.07.78 г./, которое защищает нагрузку при неполнофазном питании. Однако оно сложно, дорого, имеет большие габариты, требует точной регулировки /следовательно, ненадежно/.

Практика показала, что примерно в 75% случаев выхода двигателя из строя причиной является неполнофазное питание. В свою очередь, примерно 90% случаев неполнофазной работы двигателей происходят по причинам, связанным с подводящей инфраструктурой, - неисправностью рубильников, автоматов, вставок, клеммников, трансформаторов и участков кабельных и воздушных линий между ними. Остальные 10% распределяются так: 9% - это неисправности пускателя /подгорание контактов, неисправности кинематики/ и только 1% - это неисправность кабеля между пускателем и двигателем.

Таким образом, если контролировать вторичное напряжение - напряжение после контактов самого пускателя, можно предотвратить в 90% случаев выход двигателя из строя по этой причине.

Мною был изобретен "Магнитный пускатель", осуществляющий эту функцию /см. заявку №2005113014/09-015008, по которой вынесено положительное решение/. Он состоит из двух или трех контакторов, взаимно блокирующих друг друга своими силовыми контактами. Однако, пытаясь внедрить его в производство, я столкнулся с нежеланием производителей что-либо менять в выпускаемой ими продукции. Поэтому мною разработан данный Защитный блок-пульт /далее ЗБП/, в основе которого привычный трехконтактный пускатель с минимальными изменениями /катушка/ или вовсе без них. Прототип - /1/.

1 вариант ЗБП представляет собой трехконтактный электромагнитный пускатель и вспомогательное реле, подключенные ко всем трем фазам после контактов пускателя. Пускатель имеет две синфазные обмотки, пусковую и удерживающую. Пусковая подключена до контактов пускателя, а удерживающая - после них. Причем удерживающая обмотка блокируется последовательно соединенным с ней замыкающим контактом вспомогательного реле.

Для управления электродвигателем возможны два подварианта:

Подвариант 1а: В цепь пусковой обмотки последовательно включена замыкающая кнопка "Пуск", а в цепь удерживающей обмотки последовательно включена размыкающая кнопка "Стоп".

Подвариант 1б: Пусковая обмотка подключена к двум фазам через трехпозиционный переключатель с самовозвратом /тумблер/, который может включать ее в противофазе к удерживающей обмотке. При этом одна из фаз берется после силового контакта пускателя, чтобы после прекращения действия удерживающей обмотки синхронно прекратилось бы и противофазное действие пусковой обмотки, которую в этом подварианте правильнее было бы назвать стопово-пусковой или управляющей.

Необходимо, чтобы магнитные потоки обмоток были примерно равны по величине, причем с учетом ослабляющего действия симметричного диодного тиристора /см. ниже/.

2 вариант ЗБП состоит из обычного пускателя и вспомогательного реле, подключенных после силовых контактов пускателя. Для возможности пуска электродвигателя имеется двухконтактная кнопка "Пуск", один из контактов которой шунтирует силовой контакт пускателя, а второй образует с другим силовым контактом пускателя шунтирующую цепь совместно с последовательно соединенным замыкающим контактом вспомогательного реле /чтобы не произошло неполнофазного питания двигателями нагружения кнопок пусковым током/. Двигатель при этом желательно соединять треугольником.

Так как один из контактов кнопки "Пуск" шунтирует силовой контакт, то он пропускает часть пускового тока. Но так как это происходит в течение короткого промежутка времени /0,5÷2 сек/, а размыкается кнопка, будучи шунтированной, то допустима значительная перегрузка кнопки по сравнению с ее номиналом.

Для двигателей большой мощности и двигателей, соединенных звездой, контакт вспомогательного реле можно включить в обе шунтирующие цепи. Для возможности остановки двигателя в любую цепь последовательно включена размыкающая кнопка "Стоп".

При пропадании одной из фаз в сети или неисправности одного из контактов самого пускателя напряжение на этом проводе не исчезает совсем, а остается примерно равным половине межфазного за счет перетекания тока через обмотки двигателя и наведенной ЭДС. Этого может оказаться достаточным для удержания контактов в замкнутом положении, поэтому удерживающая или единственная обмотки пускателя и реле подключены через последовательные с ними симметричные диодные тиристоры. Напряжение самовключения /пробоя/ тиристоров должно быть несколько выше половины межфазного, умноженного на коэффициент формы синусоиды 1,571 /т.е. для сети 220/380 В - примерно 550 В/, а ток удержания тиристоров должен быть меньше рабочего тока соответствующей обмотки. То есть тиристоры, срезая напряжение ниже 350 В не пропустят половинное напряжение на обмотки контакторов и в то же время обеспечат эффективную работу обмоток при полном напряжении. Обмотки должны быть рассчитаны на оставшееся напряжение, которое в зависимости от напряжения пробоя и тока удержания составит примерно 75-35% от полного /т.е. примерно 305 В/.

Для защиты электродвигателя от перегрузки э цепь обычно включают защитный элемент /автоматический выключатель, тепловое реле/, размыкающий все три фазы. Наличие фазной защиты в предлагаемом ЗБП позволяет упростить эту задачу /это также было одной из целей данного изобретения/ - можно расположить защитный элемент только в одной фазе, и, следовательно, он может быть более простой и дешевый, например плавкая вставка.

Кроме того, вариант 2 дает еще одно преимущество по сравнению о аналогами: если расположить защитный элемент в цепи силового контакта, шунтируемого кнопкой "Пуск", то на время нажатия кнопки ток, идущий через защитный элемент, будет составлять лишь часть /примерно 50%/ пускового тока, который, как известно, в несколько раз больше рабочего. И поэтому защитный элемент может иметь более высокую чуствительность.

Вследствие того, что пусковой ток в несколько раз больше номинального, защитный элемент обычно настраивается на еще больший ток и поэтому недостаточно хорошо защищает электродвигатель от перегрузки, даже с учетом повышения его чуствительности в варианте 2 ЗБП. Дело в том, что электродвигатель при перегрузке нагревается неравномерно, и самый слабый в отношении проводимости, в тепловом и изоляционном отношении участок обмотки успевает перегореть раньше, чем сработает защита.

Для быстродействующей защиты электродвигателя данный ЗБП имеет электромагнитный ограничитель тока с размыкающим контактом, который можно настроить на ток, лишь немногим больше номинального.

Так как этот ограничитель при пуске сработает, то, чтобы было возможно осуществить пуск, разомкнутый контакт ограничителя должен прямо или опосредованно /т.е. функционально/ шунтироваться кнопкой ″Пуск″, которую при пуске нужно удерживать нажатой до достижения электродвигателем номинальных оборотов. В данном ЗБП размыкающий контакт ограничителя тока включен последовательно вспомогательному реле.

Данный ЗБП может использоваться как для местного, так и для дистанционного управления электродвигателем. В последнем случае выносные пусковые кнопки соединяются параллельно имеющимся, а выносная кнопка "Стоп" соединяется последовательно имеющейся. Необходима пятипроводная /пятижильная/ кабельная линия. При использовании ЗБП в системах автоматического управления контакты АСУ подключаются как выносные кнопки, а пусковой и стоповый импульсы должны подаваться через реле времени с самовозвратом в исходное положение.

На фиг.1 изображен подвариант 1а ЗБП, где А, В, С - фазы, Д - электродвигатель, ПО и УО - пусковая и удерживающая обмотки пускателя, Р - вспомогательное реле, КП и КС - кнопки "Пуск" и "Стоп", С1 и С2 - симметричные диодные тиристоры.

На фиг.2 изображен подвариант 1б ЗБП, где Т - переключатель.

На фиг.3 изображен вариант 2 ЗБП, где КПа и КПб - двухконтактная кнопка "Пуск", П - обмотка пускателя, Пр - защитный элемент /плавкая вставка/, ОТ - электромагнитный ограничитель тока.

Работает ЗБП на фиг.3 так: при замыкании двухконтактной кнопки КПа-КПб шунтируется контакт в фазе С и защитный элемент Пр, а контакт в фазе В шунтируется разомкнутой цепочкой КПа - контакт Р. При этом через КС и С2 напряжение поступает на обмотку пускателя П. Силовые контакты замыкаются. Через ограничитель тока ОТ проходит пусковой ток, и его контакт размыкается, обесточивая реле Р. Разомкнутый контакт Р препятствует самоблокированию пускателя, и поэтому кнопку "Пуск" надо удерживать 0,5-2 с, пока двигатель не наберет номинальные обороты. Когда ток через двигатель уменьшится до номинального, контакт ОТ замкнется, реле Р сработает и замкнет контакт Р. Пускатель окажется подключенным и фазам Д и С после своих контактов. Кнопку "Пуск" можно отпустить.

Для остановки двигателя достаточно кнопкой КС разомкнуть цепь обмотки пускателя.

При пропадании по любой причине напряжения в одной из фаз напряжение на этом проводнике уменьшится примерно вдвое, и ток через симметричный диодный тиристор С1 или С2 не пойдет. Обесточится либо обмотка пускателя, либо сначала обмотка реле, а затем пускателя. Двигатель отключится от сети.

При перегрузке сработает ограничитель тока ОТ, обесточится реле Р, отключится пускатель. Или сработает защитный элемент Пр.

Применение ЗБП практически исключит выход электродвигателей из строя по причине неполнофазного питания или перегрузки.

/1/ "Релейное устройство", а.с. №775783 от 31.07.78 Н01Н 52/04.

Использование: для защиты электродвигателя. Технический результат заключается в повышении чувствительности и быстродействия. Сущность изобретения заключается в том, что обмотка пускателя и вспомогательное реле подключены ко всем трем фазам после контактов пускателя. Для возможности пуска имеется дополнительная обмотка или двухконтактная замыкающая кнопка "Пуск". Повышенная чувствительность тепловой защиты достигается шунтированием ее на время пуска. Повышенное быстродействие электромагнитного размыкателя обусловлено тем, что его контакт не задействован в процессе пуска. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Защитный блок-пульт, состоящий из подключенных к трем фазам трехконтактного электромагнитного пускателя и вспомогательного реле, отличающийся тем, что пускатель имеет две синфазные обмотки - пусковую и удерживающую, причем пусковая обмотка подключена до контактов пускателя, а удерживающая обмотка и последовательно соединенное с ней вспомогательное реле подключены после контактов пускателя.2. Блок-пульт по п.1, отличающийся тем, что в цепь пусковой обмотки включена кнопка "пуск", а в цепь удерживающей обмотки - кнопка "стоп".3. Блок-пульт по п.1, отличающийся тем, что пусковая обмотка подключена к двум фазам через трехпозиционный переключатель с самовозвратом с возможностью изменения ее начала, причем к одной из фаз - после контакта пускателя.4. Блок-пульт по п.1, отличающийся тем, что вспомогательное реле и удерживающая обмотка пускателя включены последовательно с симметричными диодными тиристорами.5. Защитный блок-пульт, состоящий из подключенных к трем фазам трехконтактного электромагнитного пускателя и вспомогательного реле, отличающийся тем, что обмотка пускателя и вспомогательное реле подключены после контактов пускателя, причем один контакт пускателя шунтируется контактом двухконтактной кнопки "пуск", а второй контакт пускателя шунтируется цепью из второго контакта двухконтактной кнопки "пуск" и последовательно соединенного с ним замыкающего контакта вспомогательного реле.6. Блок-пульт по п.5, отличающийся тем, что вспомогательное реле и единственная или удерживающая обмотка пускателя включены последовательно с симметричными диодными тиристорами.7. Блок-пульт по п.5, отличающийся тем, что в силовой участок цепи фазы, шунтируемой контактом двухконтактной кнопки "пуск", включен предохранительный элемент.8. Блок-пульт по п.5, отличающийся тем, что в силовую цепь одной из фаз включена токовая обмотка электромагнитного ограничителя тока, размыкающий контакт которого включен последовательно вспомогательному реле или последовательно блок-контакту пускателя.