ЭЛЕКТРОННЫЙ РАСЦЕПИТЕЛЬ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ АВТОМАТОВ Российский патент 2015 года по МПК H02H3/04 

Изобретение относится к электронному расцепителю максимального тока для защитных выключателей, в частности для защитных выключателей двигателя, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Из публикации DE 102006011713 A1 известен подобный электронный расцепитель максимального тока для защитных выключателей двигателя. Расцепитель максимального тока имеет для каждой из подключаемых и защищаемых фаз тока первичную сторону трансформатора тока, вторичная сторона которого через выпрямительное устройство соединена с нагрузочным резистором трансформатора тока. В ненасыщенном состоянии трансформаторов тока нагрузочные напряжения трансформатора тока являются пропорциональным отображением фазных токов. Посредством схем сглаживания нагрузочные напряжения трансформатора тока подаются в микроконтроллер. Кроме того, к микроконтроллеру подсоединены выходы двух многоступенчатых регулировочных выключателей. С помощью первого регулировочного выключателя выбирается соответствующая величина номинального тока для нагрузки, соединенной с защитным выключателем. С помощью второго регулировочного выключателя выбирается степень инерционности для срабатывания защитного выключателя, то есть с какой степенью задержки должна отключаться нагрузка, соединенная с защитным выключателем, в зависимости от превышения установленной величины номинального тока, если, по меньшей мере, один из фазовых токов постоянно превышает выбранную величину номинального тока. Отключение происходит тем быстрее, чем больше превышение установленной величины номинального тока. В зависимости от выбранных регулировок в микроконтроллере активизируется соответствующая характеристика расцепления максимального тока. При возникновении максимального тока, то есть при превышении установленной величины номинального тока за время задержки, соответствующее выбранной степени инерционности и измеренному максимальному току, на выходе микроконтроллера выдается сигнал срабатывания, который после усиления подается на электромагнитный исполнительный элемент, который, в свою очередь, инициирует отключение посредством механизма переключения защитного выключателя. При максимальных токах типа тока короткого замыкания сигнал в результате соответствующего нагрузочного напряжения тока через пороговую схему подается на микроконтроллер, что вызывает мгновенное срабатывание. Кроме того, с выхода выпрямительных схем осуществляется подача электропитания для активных электронных компонентов расцепляющего блока.

Из публикации DE 10209068 С1 известно испытательное устройство для таких электронных расцепителей максимального тока защитного выключателя. Испытательное устройство содержит испытательный блок, который соответствует защитному выключателю, отградуирован и проверен, а также одновременно с защитным выключателем нагружен контрольным параметром. Кроме того, предусмотрено контрольное устройство для регистрации и сигнализации срабатывания расцепителя максимального тока. Для этого нагрузка должна быть отделена от защитного выключателя, разъемы для повода питания и нагрузки для всех фаз тока защитного выключателя должны быть соединены последовательно и нагружаться источником испытательного тока. Кроме того, вторичные стороны трансформаторов тока расцепителя максимального тока, нагружаемые одним и тем же испытательным током, должны быть частично отделены от анализирующих конструктивных элементов расцепителя максимального тока и соединены с испытательным блоком испытательного устройства. Таким образом, на месте использования защитного выключателя можно проверить, функционирует ли контур управления для электронного срабатывания и происходит ли срабатывание в пределах разрешенных допусков.

Зачастую требуется информация только о функционировании электронного расцепителя максимального тока в месте использования защитного выключателя по всему контуру управления, для того чтобы получить качественные данные о соблюдении границ допусков без существенных затрат на проверочные средства, отсоединение нагрузки и последовательное подключение выводов фаз защитного выключателя, а также обводных линий для разъемов трансформаторов тока.

Поэтому в основу изобретения в качестве задачи положено испытательное устройство, позволяющее проверять контур управления электронного расцепителя максимального тока с незначительными затратами времени и материала.

Исходя из электронного расцепителя максимального тока вышеупомянутого типа, задача согласно изобретению решается с помощью признаков независимого пункта формулы изобретения, в то время как предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

С помощью расцепителя максимального тока согласно изобретению в микроконтроллере обычным способом посредством как первого регулировочного средства для выбора величины номинального тока, так и второго регулировочного средства для выбора степени инерционности, активизируется соответствующая характеристика расцепления максимального тока, формирующаяся с помощью программных средств или хранящаяся в памяти. При превышении этой характеристики расцепления по величине и по времени, по меньшей мере, одним из фазовых токов, регистрируемых посредством трансформаторов тока, на выходе срабатывания микроконтроллера формируется сигнал срабатывания, активизирующий электромагнитный исполнительный элемент. Согласно изобретению второе регулировочное средство дополнительно имеет испытательное положение. В испытательном положении в микроконтроллере действуют величина испытательного тока или испытательное время задержки, полученные с помощью программных средств или хранящиеся в памяти. Величина испытательного тока установлена ниже минимальной величины номинального тока независимо от величины номинального тока, выбранной посредством первого регулировочного средства. Если, по меньшей мере, один из фазовых токов превышает эту величину испытательного тока, по крайней мере, на установленное испытательное время задержки, то на выходе сигнала срабатывания формируется сигнал срабатывания и активизируется электромагнитный исполнительный элемент.

Таким образом, в испытательном положении испытывается исправное состояние всего контура управления: от регистрации тока посредством трансформаторов тока до активизации срабатывания посредством электромагнитного исполнительного элемента. Для проверки функции расцепления при максимальном токе расцепителя максимального тока согласно изобретению нет необходимости в дорогостоящем испытательном устройстве. Для испытания не требуется также подготовительных работ по прокладке и подсоединению монтажных проводов к защитному выключателю, оснащенному расцепителем максимального тока согласно изобретению, для того, чтобы сначала отсоединить его фазовые выводы от электропитания и от нагрузки, а затем нагрузить его последовательно источником испытательного тока. Кроме того, не требуется никаких мер для частичного электрического отсоединения вторичных сторон трансформаторов тока от остального расцепителя максимального тока и для их соединения с испытательным блоком. Таким образом, испытание осуществляется без наружных проверочных средств и без дополнительных работ непосредственно на месте использования и в рабочем состоянии защитного выключателя, оснащенного расцепителем максимального тока согласно изобретению.

Целесообразной оказалась величина испытательного тока около 80% от минимальной величины номинального тока.

Предпочтительной является величина испытательного времени задержки, за которое формируется электропитание, подаваемое трансформаторами тока, для электронных компонентов для безотказного функционирования электронного расцепителя максимального тока. Для этого целесообразной оказалась величина испытательного времени задержки, составляющая около 500 мсек.

Для экономии места предпочтительно, чтобы первые и вторые регулировочные средства соединялись друг с другом логически и опрашивались попеременно.

Другие детали и преимущества изобретения описаны в нижеследующем примере выполнения изобретения, поясняемом со ссылкой на фигуры, на которых показано:

фиг. 1 - вид спереди электронного расцепителя максимального тока согласно изобретению;

фиг. 2 - упрощенная блок-схема расцепителя максимального тока по фиг. 1;

фиг. 3 - детальная схема расцепителя максимального тока по фиг. 2.

Электронный расцепитель 1 максимального тока предназначен для подсоединения к непоказанному защитному выключателю двигателя. Корпус 3 расцепителя 1 максимального тока известным образом оснащен крепежными и фиксирующими средствами для подсоединения к защитному выключателю двигателя. Ссылочными позициями 5 и 6 обозначены электрические контакты, посредством которых электромагнитный исполнительный элемент через корпус 3 может снабжаться электроэнергией от защитного выключателя двигателя. На корпусе 3 с передней стороны доступны первое регулировочное средство S1 и второе регулировочное средство S2. Регулировочными средствами S1 и S2 могут распознаваться вращающийся элемент 7 или 8, активируемый с помощью вспомогательного средства в виде отвертки, в сочетании с соответствующей шкалой. С помощью первого регулировочного средства S1 величина номинального тока выбирается из шестнадцати ступеней, в данном примере, начиная с минимальной величины номинального тока 8 А, до максимальной величины номинального тока 32 А. С помощью регулировочного средства S2 из нескольких ступеней выбирается степень инерционности или испытательное положение (TEST TRIP). Выбор величины номинального тока и степени инерционности совместно определяют характеристику расцепления расцепителя 1 максимального тока.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема расцепителя 1 максимального тока. Изображение на фиг. 2 упрощено настолько, что несущественные для изобретения, впрочем, известные элементы схемы, как, например, для моментального отключения при фазовых токах типа короткого замыкания, или для генерирования так называемой термической памяти, не показаны. С тремя фазовыми токами I1, I2 и I3, подаваемыми защитным выключателем 11 электродвигателя, сопряжены с первичные стороны соответственно одного трансформатора 11 тока. Токи вторичной стороны трансформаторов 11 тока через соответствующую выпрямительную схему 12 поступают на соответствующий нагрузочный резистор 13. В ненасыщенном состоянии трансформаторов 11 тока напряжения на нагрузочных резисторах 13 являются пропорциональным отображением фазовых токов I1, I2, I3. Через схемы 14 сглаживания нагрузочные напряжения поступают на измерительные входы 41-43 микроконтроллера 15. Кроме того, к микроконтроллеру 15 подсоединены выходы регулировочных средств S1 и S2. В соответствии с регулировками, выбранными для величины номинального тока с помощью первого регулировочного средства S1, а для степени инерционности для срабатывания с помощью второго регулировочного средства S2, в микроконтроллере 15 активируется характеристика расцепления максимального тока. Если, по меньшей мере, один из фазовых токов I1, I2, I3 по своей величине или длительности превысит эту характеристику расцепления, на сигнальном выходе 60 микроконтроллера 15 появляется сигнал SA срабатывания. Сигнал SA срабатывания через транзисторный ключ V1 активизирует электромагнитный исполнительный элемент 16. Исполнительный элемент 16 через интерфейс, проходящий через корпус 3 (фиг. 1), приводит в действие механизм переключения защитного выключателя двигателя, соединенного с расцепителем 1, таким образом, чтобы фазовые токи I1, I2, I3 прерывались. Энергоснабжение исполнительного элемента 16 осуществляется, как уже показано на фиг. 1, через контакты 5 и 6. Кроме того, с выпрямительными схемами 12 соединен сетевой блок 17 питания, снабжающий электронику расцепителя 1 максимального тока, напряжением Vcc питания.

Если с помощью второго регулировочного средства S2 выбирается испытательное положение, то в микроконтроллере 15 активируется испытательный ток величиной 80% от минимальной величины номинального тока. В примере величина испытательного тока составляет 0,8×8А=6,4 А и не зависит от положения первого регулировочного средства S1. Кроме того, благодаря испытательному положению в микроконтроллере 15 активируется испытательное время задержки, равное 0,5 сек. Если в испытательном положении в результате включения защитного выключателя двигателя, соединенного с расцепителем, подводятся фазовые токи I1, I2, I3, то они регистрируются и измеряются посредством контура управления из трансформатора 11 тока, выпрямительных схем 12, нагрузочных сопротивлений 13, схем 14 сглаживания и микроконтроллера 15. Как правило, зарегистрированные и измеренные фазовые токи I1, I2, I3 составляют 80% от минимальной величины номинального тока (в примере 6,4 А или более). По окончании испытательного времени задержки, составляющего 0,5 сек с момента включения фазовых токов I1, I2 и I3, микроконтроллер 15 с сигнального выхода 60 выдает сигнал SA срабатывания, в результате которого исполнительный элемент 16 активизируется, а защитный выключатель двигателя отключается. Таким образом, функциональный тест всего контура управления - от трансформаторов 11 тока до исполнительного элемента 16 - пройден успешно. Благодаря испытательному времени задержки, составляющему 0,5 сек, которое задерживает срабатывание, добиваются того, чтобы до этого времени напряжение Vcc питания установилось настолько, чтобы в этом отношении было обеспечено надежное функционирование электронного расцепителя 1 максимального тока.

На фиг. 3 изображен компактный вариант первого и второго регулировочных средств S1 и S2. Первое регулировочное средство S1 состоит из двоичного шестнадцатиразрядного (шестнадцатеричного) переключателя, а второе регулировочное средство S2 из двоичного десятиразрядного (десятичного) переключателя. Оба регулировочных средства S1, S2 имеют, соответственно, один вход и четыре двоичных выхода. Соответствующие равноценные выходы обоих регулировочных средств S1, S2 через пары диодов V1, V2, V4 и V8 и соответствующие резисторы R1, R2, R4 и R8 связи, находящиеся под напряжением Vcc питания, соединены логическим элементом «ИЛИ» и подсоединены к установочным входам 50-53 микроконтроллера 15. Микроконтроллер 15 подает сигнал SHL опроса, постоянно чередующийся между HIGH и LOW, непосредственно на вход первого регулировочного средства S1 и опосредованно на второе регулировочное средство S2 через логический элемент «НЕ», содержащий второй транзисторный ключ V2. Таким образом, путем чередования сигнала SHL опроса двоичные выходы первого и второго регулировочных средств S1 и S2 попеременно активизируются и опрашиваются микрокомпьютером 16 через установочные входы 50-53.

Перечень позиций

1 расцепитель максимального тока

3 корпус

5, 6 контакты для исполнительного элемента

11 трансформатор тока

12 выпрямительная схема

13 нагрузочное сопротивление

14 схема сглаживания

15 микроконтроллер

16 исполнительный элемент

17 сетевой блок питания

41…43 измерительные входы

50…53 установочные входы

60 сигнальный выход

I1, I2, I3 фазовые токи

R1, R2, R4, R8 резисторы связи

SA сигнал срабатывания

S1, S2 регулировочные средства

Vcc напряжение питания

V1, V2, V4, V8 диодные пары

V1 транзисторный ключ

V2 транзисторный ключ.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности срабатывания при сокращении аппаратных средств. Расцепитель содержит трансформаторы (11) тока, первичная сторона которых соединена с одним из соответствующих подключаемых фазовых токов (I1, I2, I3), а вторичная сторона соответственно через выпрямительное устройство (12) соединена с нагрузочным резистором (13). Микроконтроллер (15) с измерительными входами (41…43), функционально соединенными, соответственно, с одним из нагрузочных резисторов (13) и с сигнальным выходом (60), функционально соединенным с электромагнитным исполнительным элементом (16). Первое регулировочное средство (S1) для выбора соответствующей величины номинального тока, соединенное, по меньшей мере, с одним установочным входом (50…53) микроконтроллера (15), причем величина номинального тока выбрана в диапазоне между минимальной и максимальной величинами номинального тока. Второе регулировочное средство (S2) для выбора соответствующей степени инерционности, соединенное, по меньшей мере, с одним установочным входом (50…53) микроконтроллера (15). При этом второе регулировочное средство (S2) дополнительно имеет испытательное положение и с выбором испытательного положения в микроконтроллере (15) отображены заданная величина испытательного тока ниже минимальной величины номинального тока и заданное испытательное время задержки, при превышении которых по величине и времени, по меньшей мере, со стороны одного из фазовых токов (I1, I2, I3) на выходе (60) сигнала срабатывания формируется сигнал (SA) срабатывания. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронный расцепитель максимального тока для защитного выключателя, содержащий
- трансформаторы (11) тока, первичная сторона которых соединена соответственно с одним из подключаемых фазовых токов (I1, I2, I3), а их вторичная сторона через соответствующее выпрямительное устройство (12) соединена с нагрузочным резистором (13),
- микроконтроллер (15) с измерительными входами (41…43), функционально связанными, соответственно, с одним из нагрузочных резисторов (13), и с сигнальным выходом (60), функционально связанным с электромагнитным исполнительным элементом (16),
- первое регулировочное средство (S1) для выбора соответствующей величины номинального тока, соединенное, по меньшей мере, с одним установочным входом (50…53) микроконтроллера (15), причем величина номинального тока выбрана в диапазоне между минимальной и максимальной величинами номинального тока,
- второе регулировочное средство (S2) для выбора соответствующей степени инерционности, соединенное, по меньшей мере, с одним установочным входом (50…53) микроконтроллера (15),
- соединенный с выпрямительными схемами (12) источник (17) электропитания, предназначенный для питания электронных компонентов, включая микроконтроллер (15),
- причем в зависимости от выбранной установки первого и второго регулировочных средств (S1, S2) в микроконтроллере (15) определенная характеристика расцепления максимального тока, при превышении которой по величине и времени, по меньшей мере, одним из фазовых токов (I1, I2, I3) на выходе (60) сигнала срабатывания формируется сигнал (SA) срабатывания для активизации исполнительного элемента (16) на отключение защитного выключателя, соединяемого с расцепителем (1) максимального тока,
отличающийся тем, что
- второе регулировочное средство (S2) дополнительно имеет испытательное положение, и
- при этом с выбором испытательного положения в микроконтроллере (15) отображены установленная величина испытательного тока ниже минимальной величины номинального тока и установленное испытательное время задержки, при превышении которых по величине и времени, по меньшей мере, одним из фазовых токов (I1, I2, I3) на выходе (60) сигнала срабатывания формируется сигнал (SA) срабатывания.

2. Электронный расцепитель максимального тока по п.1, отличающийся тем, что испытательная величина тока составляет около 80% минимальной величины номинального тока.

3. Электронный расцепитель максимального тока по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что испытательное время задержки установлено большим, чем время, предназначенное для установления достаточного напряжения (Vcc) питания для электронных компонентов.

4. Электронный расцепитель максимального тока по п.3, отличающийся тем, что испытательное время задержки составляет около 500 мсек.

5. Электронный расцепитель максимального тока по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первое и второе регулировочные средства (S1, S2) соединены друг с другом логически и опрашиваются попеременно.

6. Электронный расцепитель максимального тока по п.3, отличающийся тем, что первое и второе регулировочные средства (S1, S2) соединены друг с другом логически и опрашиваются попеременно.

7. Электронный расцепитель максимального тока по п.4, отличающийся тем, что первое и второе регулировочные средства (S1, S2) соединены друг с другом логически и опрашиваются попеременно.