Устройство для защиты асинхронного двигателя от анормального режима Советский патент 1983 года по МПК H02H7/08 

О 0

О

со

Изобретение относится к технике релейной защиты и предназначено для защиты асинхронных электродвигателей в частности маломощных, от анормальных режиме работы. .

Известный устройства для защиты асинхронных электродвигателей от анормальных режимов работы, содержащие датчики .тока и исполнительные механизмы tilОднако эти устройства не обеспечивают широкого диапазона токов усг тавки и индикации приближения тока йагрузки к уставке тока.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты асинхронного двигателя от перегрузки, содержащее функционально последовательно соединенные датчик тока, вход которого включен в цепь фазы двигателя, преобразователь тока и задатчик уставки тока с регулируемым резистором, источник опорного напряжения, к которому подсоединен нуль-орган,выполненный на усилителе, к выходу которого подключен исполнительный орган, а также содержащее задатчик времени пуска и индикатор настройки 2..

Однако указанное устройство обладает сложным регулированием, так как оно имеет дйе отдельные регулировки; времени пуска и величины уставки тока, что обусловливает сложность схемы, которая при этом не обеспечивает .достаточной четкости индикации приближения тока нагрузки к уставке тока, поскольку индикация основана на слабом свечении неоновой лампы при протекании тока через имеющее большой разброс сопротивление утечки полупроводниковых элементов, соединенных с лампой последовательно. Кроме того, время задержки срабатывания в прототипе не зависит от величины тока нагрузки и времени (продолжительности) его приближения к уставке тока и в зависимости от исполнения либо равно нулю, либо равно времени пуска (уставка времени пуска).

Цель изобретения - повыиюние чувствительности путем упрощения регулировки уставки тока и повьшения с абильности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, .что в устройство, содержащее функцио нально последовательно соединенные датчик тока, вход которого включен в цепь фазы двигателя, преобразователь тока и задатчик уставки тока с регулируемым резистором, источник опорного напряжения, к которому подсоединен нуль-орган, выполненный на усилителе, к выходу которого подключен исполнительный орган, а также содержащее задатчик времени пуска и

индикатор настройки, дополнительно введен элемент задержки срабатывания в виде конденсатора, один полюс которого подсоединен к регулируемому резистору задатчика тока и времени 5 пуска, а другой полюс - к выходной цепи усилителя, при этом между выходной ТОЧКОЙ усилителя и его входом включена отрицательная обратная : связь, выполненная в виде Цепочки из

10 последовательно соединенных индикатора йастройки и резистора, зашунтированной стабилитроном.

На чертеже показана принципиаль. ная электросхема устройства.

15 На схеме вывод 1 датчика тока со-единен через цепочку из последовательно соединенных диода 2, опорного стабилитрона 3 и балластных элементов, представленных стабиQ литронрм 4, конденсатором 5, катушкой б магнитного пусйателя с механическим приводом пуска и резис|Тором 7, с фазой, поданной через кнопку 8 Стоп, Элементы 4-6 и 8

25 могут быть не установлены и 3aKopqчены, как показано пунктирными линиями. Резистор 7 в этом случае соединен непосредственно с фазой. Контакты 9 принадлежат магнитному пускателю с катушкой б или магнитному пускателю с катушкой 10.

Второй вывод 11 датчика тока подключен через вторую цепочку из последовательно соединенных диодов 12 и 13, подетроечного резистора 14 положения шкатш регулируемого резис тора 15, конденсатора 16 датчика {времени пуска, шунтированного под|строечным резистором 17 масштаба |шкалы регулируемого резистора 15,

0 к общей точке соединения опорного стабилитрона 3 и балластных элементов. Шкала регулируемого резистора

15градуируется в амперах. Параллельно опорному стабилитрону 3 подсоединена цепочка из последовательно соединенных диода 18, резистора 19, стабилитрона 20 и шунтированного резистором 21 конденсатора 22. Напряжение на конденсаторе

0 22 является эталонным для сравниваемого с ним напряжения на конденсаторе 16 датчика времени пуска. Одноименные полюса конденсаторов 22 и.

16соединены между собой входной цес пью 23, 24 усилителя на транзисторах ;25-27.

В выходную цепь этого усилителя включено нагрузочное сопротивление 28, во втором исполнении это нагрузочное сопротивление представляет собой катушку 29 реле, размыкающиеся контакты 30 которого включены в цепь магнитного пускателя с катушкой 10. Выходная цепь усилителя со стороны коллектора составного транзисто-.. pa 26, 27 соединена стабилитроном 31, КОТОР1ЯЙ шунтирован цепочкой из резистора 32 и светодиода 33/ с полюсом 23 вхо;да урилителя. Так же точка выходной/цепи усилителя соеди нена, с полюссм 24 входа усилителя, конденсатором 34 задатчика времени задержки и от рицательной обратной связи, шунтированным резисторсм 35 отрицательной обратной связи и диодом 36. . Стабилитрон 37 предназначен для ограничения максимального напряжения на входе . 13 служит для исключш ия разряда конденсатора 34 через сопротивление стабил9{трона 37 элементов , 33 и 32 во время QTpjдательных полупериодЬв напряжения сети. Диод 18 аналогичньм обра-зом исключает разряд конденсатора 2 через элетданты 20, 19, 18 и 3, а конденсатора 16 - через элементы 35 31г 20 19, 18 и 3 . Диод 36 исключ ет заряд электролитического конденсатора 34 противопдложнюй полярностью. -. . , : , , Стабилитрон 20 определяет исходнуц разность сравниваемых напряжени на конденсаторах 22 и 16J, а тем самым и минимальную выдержку времени пуска, необходимую для защиты двигателя минимальной мойаности из диапазона мощностей, для предназначено данное защитное устройство. Задатчик времени пуска сос тавлен резистивно-емкостным делителем из элементов 14-17. Подстроечный резистор 14 и регулируемый резистор 15 одновременно входят ив задатчик времени задержки срабатыва ния, который обрёэуют с конденсатором 34 и резистором 35. Последние два элемента (34 и 35 Определяют паракет ял отрицательной обратной связи в.схеме. Сопротивление резистора 19 и эл «1еитов 2, 18 20 определяет, в основном, величину положительной обратной связи. Между величиной обоих видов связи должно суь ствовать определенное соотношение, обеспечивающие предшествующий срабатыванию уравновешенный режим работы, а затем четкое срабатывание Стабилитрон 31 определяет напряжени отсечки отрицательной обратной связ Светодиод 33 служит для индикации приближения тока нагрузки сети двигателем к уставке тока, п{жчем по силе свечения можно определять вели чину приближения, максимальная вели чина свечения достигается при сраба тывании, когда ток нагрузки сети ст новится равньм уставке ,тока, свечен усиливается по мере выборки времени задержки срабатывания. Блок 38 датчика тока содержит трансформатор с выводами 1 и 11. Блок 39 преобразователя сигнала со1020911держит диоды 2, 12 и стабилитрон 37. Блок 40 источника опорного напряжения включает стабилитроны 3 и. 20, . диод 18, резисторы 19 и 21 и конденсатор 22. Блок 41 совмещенных задатчиков уставки тока, времени пуска и времени задержки включает резисторы 14, 15, 17, 32 и 35, конденсаторы 16 и 34, диоды 13 и 36 и стабилитрон 31. Блок 42 нуль-органа, выполненного на усилителе, включает транзисторы 25-27. Блок 43 индикатора настрюйки представлен светодиодом 33. В блок 44 исполнительного органа входят катушка 29 реле или магнитный пускатель с катушкой 6, а балластные элементы. Схема работает следующим образом. При нажатии кнопки Пуск магнитной системы пускателя контакты 9 за- мыкаются и элементы .8, 7, 6, 5, 4, 3 и 2 обтекаются током. Из них кнопка 8, резистор 7, стабилитрон 3 и диод 2 обтекаются током в течение кгикдого второго полупериода, а катушка 6 оказывается под постоянным напряжением, равным напряжению стабилизации стабилитрона 4 с отфильтрованными конденсатором 5 пульсациями. Поэтому при отпускании кнопки магнитная система, пускателя не отпадает и контакты 9 остаются замкнутьо4и. Ввиду того, что сопротивление резистора 19 невелико, напряжение на конденсаторе 22 достигает установившегося значения за один-два полупериода и во все время пуска остается большим, чем напряжение на конденсаторе 16, который заряжается через большое сопротивление резисторов 14 и 15. Поэтому на цепь база-эмиттер входного транзистора 25 усилителя подано обратное запиреиощее напряжение, действующее все время пуска. НапряСжение на конденсаторе 16 будет меньше, чем напряжение на конденсаторе ,22 ив том случае, если ток сети, потребляемый двигателем, мал по срав |нению с уставкой тока, производимой |регулировочным резистором 15, ориен;тируясь на его шкалу. I Если в результате увеличения на|грузки или уменьшения уставки регулировочньм резистором 15 ток нагрузки сети двигателем приближается к уставке тока на величину меньшую. Например, 10% уставки тока, напряжение на конденсаторе 16 сравняется с напряжением на конденсаторе 22 или станет даже несколько больше его. Во входной цепи 23, 24 усилителя в этом случае будет протекать ток, что вызовет протекание большего со.ответственно коэффициенту усиления усилителя тока в выходной цепи усилителя. Протекание тока во входной цепи 23, 24 усилителя означает, что ток резисторов 14 и 15 подзаряжает не

только конденсатор 16, но и конденсатор 22. Последний может рассматри ваться как источник напряжения для выходной цепи усилителя, соединяющей положительный полюс конденсатора 22, светодиод 33, резистор 32, коллекторно-эмиттерную цепь транзистора 26, 27, нагрузочное сопротивление 28 (29), элементы 4-6 отрицательный полюс конденсатора 22. В результате протекания.тсжа в выходной цепи усилителя увеличится также подзаряд конденсатора 22 через элементы 2, 18, 19 и 20 и падение напряжения на этих элементах.

в разряда конденсатора 22 появится также падение напряжения на резисторе 32 и светодиоде 33, которо определит напряжение на стабилитроне 31. Для того, чтобы входная цепь 23, 24 усилителя оставалась открытой на конденсатоое 34 отрицательной обратной связи должно иметься напряжение большее к противоположно напра ленно« напряжению на стабилитроне 31. Этот конденсатор 34 заряжается через резисторы 14 и 15 от приближения тока нагрузки сети двигателем к уставке тока. По резистору 95 отрицательной обратной связи эта доля утекает в выходн.ую цепь усилителя.

Если не будет дальнейшего увели- ения тока нагрузки сети и приближения его к уставке тока, то в пределах упоминавшейся Ю%-ной зоны, бла годаря шунтированию входной цепи усилителя описанным образом его выходной цепью всегда достигается меньше тока через стабилитрон 4, который протекал бы при отсутствии тока в выходной цепи усилителя, благодаря чему направление тока в стабилитрон 4 при этом не меняется, а потому не меняется напряжение на катушке 6 магнитного пускателя. В случае применения реле ток через его ка тушку 29 много меньше тока срабатывания реле.

Тем не менее тока выходной цепи в этом режиме { в 10%-ной зоне до уставки тока) достаточно для свечения светодиода 33. Чем ближе ток нагрузки сети двигателем к уставке тока, тем больше напряжение на выходе 1, 11 датчика тока и больше дополнитель ный ток по резисторам 14 и 15, больше падение напряжения на резисторе 35 и уравновешивающее его и вызывающее свечение, светодиода напряжение на стабилитроне 31.

Когда ток нагрузки сети двигателем становится равен уставке тока, напряжение на стабилитроне 31 становится равным напряжению стабилизации дальнейший рост напряжения на резисторе 17 не уравновешивается соответСТвующим ростом напряжения на стабилитроне 31. Однако, если этого дальнейшего роста нет, то после зарядки конденсатора 34 до напряжения стабилизации стабилитрона 31 плюс напряжение на входе 23, 24 схема может в этом режиме (т.е. когда ток нагрузки сети двигателем равен уставке тока) работать неопределенно долгое время. При этом светодиод 33 будет излучать своей номинальной светимостью, а двигатель будет находиться на границе своего номинального температурного режима. Достаточно ка угодно малого превышения тока нагрузки сети над уставкой тока, чтобы немедленно начался лавинообразный процесс срабатывания схемы. Когда из-за повышения тбка в цепи 23, 24 входа усилителя усиливается ток на выходе, это, в свою очередь, вызывае уменьшение напряжения на конденсаторе 22, ведущее к ускорению разряда конденсатора 16 на конденсатор 22 через входную цепь 23, 24 усилителя 4, новому увеличению тока во входной цепи, что оп°ять приводит к увеличению тока на выходе и т.д.

Если превышение тока и нагрузки сети уставки тока произошло скачком до того как напряжение на конденсаторе 34 датчика времени задержки,срабатывания и отрицательной обратной связи достигло напряжения стабилизации стабилитрона 31, то процесс ув личения тока выходной цепи усилителя примет лавинообразный характер только после выборки времени зсшёржки срабатьшания необходимого для заряда конденсатора 34 выше упомянутого напряжения стабилитрона 31..

Эта выборка произойдет тем быстрее, чем больше превышение тока нагрузки сети над уставкой тока и чем исходный перед скачком уровень тока нагрузки сети был ближе к уставке тока.

По окончании лавинообразного процесса нарастания тока в выходной цепи усилителя составной транзистор переходит в состояние насыщения,ток в стабилитроне 4 меняет свое напряжение, напряжение на катушке б падает практически до нуля, магнитная система пускателя отпадает и размыкаются контакты 9. При использовании (во втором исполнении ) реле его катушка 29 обтекается током разряда конденсатора 22 через насыщенный составной транзистор 26, 27, этот ток разряда по величине и длительности достаточен для срабатывания реле, раэюик&няя контактов 30 и размыкания магнитным пускателем с катушкой 10 своих контактов 9.

В случае пропадания одной из фаз А или В в фазе С возникает пёрегруз|ка и схема действует аналогично.

В случае, если амплитуда напряжения в фазе С падает ниже напряжений стабилизации стабилитрона 3,конденсатор 16 разряжается на конденсатор 22 . и действие схемы аналогично описанному.

Положительный эффект изобретения заключается в том, что его использование увеличивает стабильность работы электроприводов, сокращает расходы, на защиту электроприводов .и их ремонт, расширяет номенклатуру и класс электроприводов, которые .целесообразно защищать от перегрузок и обрыва фазы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ АНОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА) содержащее соединенные функционально последовательно датчик тока, вхоА которого включен в цепь фазы двигатйля, преобразователь тока 1л эадатчик уставки тока с регулируемым резистором, источник опорного напряжения, к которому подсоединен нуль-орган, выполненный на усилителе к выхЬву которого подключай исполнительный орган, а также содержащее задатчик времени пуска и индикатор настройки, о т л и ч а ю щ е ё с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем упрощения регулировки уставки тока и повышения стабильности работы, в него дополнительно введен элемент задержки срабатываний в виде конденсатора, один полюс кото-. рого подсоединен к регулируемому резистору задатчика тока и времени пуска, а другой полюс - к выходной цепи усилителя, при гггом между выходной точкой усилителя и его входом отрицательная обратная включена связь, выполненная в виде цепочки из последовательно соединённых индика- о тора настройки и резистбра, зашунтйрованной стабилитроном.