Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки Советский патент 1983 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может йайти применение в системах управления для защиты электродвигателей от длительных и кратковременных перегрузок, а также от Проворота вала двигателя в момент включения питания.

Известно устройство для защиты электродвигателя, содержащее последовательно соединенные датчик . якорного тока, функциональный преобразователь, интегрирующее звено, пороговое устройство, другой вход которого подключен к выходу датчика якорного-тока .} . Недостатком данного устройства является низкая надежность, обус ловленная тем, что в момент включения отсутствует блокировка сигнала управления двигателем при включеНИИ питания. Это приводит к тому,

что во время переходных процессов

в элементах системы управления двигйтель кратковременно подключается к силовому источнику питания и вал двигателя проворачивается. ,

Наиболее близким техническим . решением к изобретению является устройство для защиты электродвигателя, содержащее по следовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный преобразо- , ватель, интегрирующее звено, .выполненное, например, ,на задающем резисторе, соединенном с кoJ дeнcaтopoм, пороговый элемент, другой вход которого подключен через стабилитрон к выходу датчика модуля якорного тока, а также источник питания . Недостатком известного устройства является низкая надежность защиты, не исключающей проворот вала при подключении двигателя к силовому источнику питания в момент включения схемы управления. Двигатель отключается от силовЬго источника, питания при наличии кратковременной перегрузки ло току (цепь: датчик модуля якорного тока, стабилитрон , другой вход порогового элемента) и при длительной перегрузке, при которой время срабатывания зависит от тока якоря и тепловой постоянной времени двигателя (цепь: датчик модуля тока, функциональный преобразователь, интегратор, пороговый элемент). . .

Проворот вала осуществляется -в течение короткого промежутка времени, а ток якоря не успевает достигнуть порога стабилитрона.

Кроме того, при включении питания переходные процессы в интегри- руквдем эвене и функциональном преобразователе длятся определенный промежуток времени, в течение которого схема неуправляема. Следовательно, известное устройство для

защиты электродвигателя не -обеспечивает надежную блокировку силового источника питания в момент включения питания, что может привести в конечном счете к снижению качества обработки на станке и даже к браку продукции и аварийным ситуациям.-. .. .

Целью изобретения является повышение надежности защиты путем исключения поворота вала двигателя при включении питания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты электродвигателя от перегрузок, содержащем последовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный .преобразователь, интегратор и пороговый элемент,. другой вход которого через стабилитрон подключен к выходу датчика модуля якорного тока, а также источник питания и .исполнительный элемент, интегратор выполнен, в ви-. де последовательно соединенных операционного усилителя и элемента с переменным сопротивлением, выполненного на транзисторе, коллектор которого .соединен через резистор с источникомпитания и через конден::: сатор с прямым входом операционного усилителя, инверсный вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя, подключенного к источнику питания, прямой вход операционного усилителя через вновь введенную параллельную цепь из задающего резистора, заыунтированного последовательной-цепью из. диода и резистора, подключен к выходу функционального преобразователя.

На фиг. Г изображена структурнопринципиальная схема устройства для защиты электродвигателя от перегрузки/ на фиг. 2 - пример .подключения устройства в электроприводе; на фиг. 3 - временные диаграммы выходнЕлх напряжений элемента с переменным сопротивлением и порогового элемента.Устройство для защиты электродвигателя содержит последовательно соединенные датчик 1 модуля якорного ток.а, функциональный преобразователь 2, интегрирующее звено, выполненное на заДаквцем резисторе 3 и конденсаторе 4, пороговый элемент 5. Вход порюгового элемента 5, соединенный с конденсатором .4, подключен к выходу элемента с переменным сопротивлением 6. Вход элемента с п ременньш сопротивлением б соединен с выходом операционного усилителя 7, прямой вхол которого через цепь из последовательно соединенных резистора 8 и диода 9 соединен с выходом функционального преобразователя 2. Инверсный вкод операционного усилителя: 7 через це 10смещения соединен с источником 11питания, к которому также подкл чен с переменным сопротив. лением 6. Второй, вход порогового элемента 5 через стабилитрон 12 со динен с. выходом датчика модуля тока.. Элемент с переменным сопротивле нием 6 может быть выполнен на тран зисторе 13, база которого через резистор 14 соединена с выходом оп рационнбго усилителя 7 и через резйстор 15 с эмиттером и с общей ши ной питания. Коллектор транзистора 13соединен через резистор Дб с источником 11 питания, конденсатором 4 и входом порогового элемента .5. - , , Цепь 10 смещения может быть выполнена на резисторе 17, включенном между общей шиной питания и ин версным входом операционного усили теля 7, который через резистор 18 соединен с источником 11 питания. . Выход порогового элемента 5 пйдклю . чается к наполнительному элементу, например,к -цепи управления ключа 19, который включен между формирователем 20 импульсов, управления и цепью управления силового ключа 21 Силовой ключ 21 соединен с двигателем 22, вякорную цепь которого включен шунт 23, соединенный с входом датчика 1 модуля .якорного тока. Двигатель 22 через ключ 21 подключен к силовому источник питания. Устройство для защиты электро двигателя работает следующим образом. При включении питания напряжение (например, положительное) источ ника 11 через резист9р 16., кондеИса тор 4 поступает на прямой вход операционного усилителя 7, на выходе которого появляется положительное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя 7 посту пает на. базу транзистора 13 через делитель, образованный резисторами 14и 15. Транзистор .13 открывается сопротивление коллектор-эмиттер рез ко уменьшается. Потенциал на выходе элемента с переменным сопротивлением 6 (на коллекторе транзистора 13) практически определяется соотношением резистора 16 и сопротивлением коллектррно-эмиттерного перехода. Сопротивление коллекторнЪ-эмиттерного перехода транзистора 13 выбирается таким (с помощью резисторов 14 и 15), чтобы потенциал в момент включения питания на выходе элемента с переменным сопро тивлением был меньше порога срабаты вания порогового устройства 5. На выходе порогового элемента 5 в момент появляется сигнал, равный ну-лю и ключ 19 отключает выход формирователя 20 импульсов -от управляплдей цепи силового ключа 21. Дви.гатель 22 отк лючен от силового источника питания. Проворот вала исключен, . Конденсатор 4, который в момент включения питания .представлял собой короткозамкнутый участок цепк, на-чинает заряжаться по цепи: источник 11 питания, резистор 16,резистор 8, диод 9,выходное сопротивле- . ние функционального, преобразовате;Ля 1, общая шина питания. Потенциал на прямом входе операционного усилителя 7 -начинает уменьшаться, транзистор 13 закрывается; и сопротивление между, коллектором. и эмитте.ром возрастает. Конденсатор 4 продолжает заряжаться до напряжения, определяемого резистором 1.6 и новым значением Сопротивления коллекторно-эмиттернрго перехода транзис- тора 13. Потенциал на прямом входе операционного усилителя 7 продолжает уменьшаться, транзистор 13 продолжает закрываться. Процесс заряда конденсатора 4 происходит до тех пор, пока транзистор 13 полностью не закроется. Удержание транзистора 13 в закрытом состоянии осуществляется отрицательным напряжением операционного усилителя 7, на инверсный вход которого .через цепь 10 смещения i образованну1р делителем - .на резисторах 17 и 18, поступает оложительный потенциал. Когда транзистор 13 закроется, i напряжение на выходе элемента с переменным сопротивлением 6 достиг- нет порога срабатывания порогового элемента 5 и последний воздействует на ключ 19. Ключ .19 подсоединяет выход формирователя 20 импульсов к цепи управления силовым ключом. 21. Электропривод подготовлен к работе..,. . , Время блокировки силового ключа 21 при включении питания определяется временем переходных процессов в формирователе 20 импульсов и задается резистором 8. Величина резистора 16 выбирается такой, чтобы в момент вк.лючения питания всплеск напряжения на выходе . . элемента с .переменным сопротивле- нием 6 был меньше порога срабаты- . вания порогового элемента 5 (фиг. 3)... Накопление раряда конденсатора 4 в момент включения привода и разряд конденсатора 4 при длительном превышении током якоря допустимой величины осуществляется по линейному закону, а именно, пропорционально -величинам сопротивлений резисторов 8 и 3, соответственно.

При наличии импульсов с выхода формирователя 20 двигатель 22 подключается к силовому источнику питания. Среднее напряжение на якоре двигателя 22 зависит от частоты скважности импульсов управления (при постоянной частоте следования импульсов). При нагрузке на валу двигателя 22 появляется якор: ный .ток, который создает падение, напряжения на шунте 23. На выходе датчика 1 модуля тока появляется Напряжение (например, положительной полярности), соответствующее величине якорного тока. На выходе функционального преобразователя 2 появляется напряжение, соответствующее квадрату якорного тока. Выходное напряжение (например, положительное) функционального преобразователя 2 через резистор 3 поступает на прямой вход операционного

усилителя 7. Выходное напряжение операционного усилителя 7 через делитель, выполненный на резисторах 14 и 15, поступает на базу транзистора 13, открывая его. Конденсатор 4 начинает разряжаться по цепи: конденсатор коллекторно-эмиттерный переход транзистора 13, общая шина питания, выходное сопротивление функционального преобразователя, резистор 3. На прямом входе операционного усилителя 7 возрастает разностьнапряжения функционального преобразователя 2 и напряжения на обкладке конденсатора. На выходе операционного усилителя 7 сигналвозрастает и транзистор. 13 еще большеоткрывается. Если ток якоря двигателя меньше ли.бо равен номинальному, напря.жение на выходе элемента с переменным сопротивлением не достигнет порюга срабатывания порогового эле-; мента 5 за счет напряжения с выхода цепи 10 смещения. Если же ток якоря превысит номинальный, то время, через которое пороговый элет мент 5 срабатывает, зависит -от тепловой постоянной времени двигателя и задается резистором- 3. Величина резистора 3 на порядо.к превышает величину резистора 8. Датчик 1 модуля якорного тока функциональный преобразователь 2, резистор 3, емкость 4, операционный усилитель 7, элемент с переменным сопротивлением б образуют тепловую модель двигателя 22.

Следовательно, при длительном превышении током якоря номинальной величины устройство для защиты элёктродвигателя срабатывает, предотвращая Недопустимый перегрев двигателя 22.

На фиг. 3 интервал времени 0-t соответствует времени блокировки при включении питания. .Интервал времёйи соответствует режиму работы привода, когда ток якоря не превышает номинальный. Интервал времени tj-t, соответствует режиму когда ток двигателя длительно превышает номинальную величину. При кратковременной перегрузке по току во время переходных процессов режим отсечки осуществляется по цепи: шунт 23, датчик модуля якорного тока стабилитрон 12, вход (например, инверсный) порогового элемента 5, управляющая цепь ключа 19, силовой ключ 21. При достижении. выходным напряжением датчика 1 модуля, якорного тока порога стабилитрона 12 (что соответствует режиму отсечки) на выходе порогового элемента 5 появляется ноль и ключ 19 отключает формирователь 20 от цепи управления силового ключа 21. Ключ 21 отключает двигатель 22 от силового источника питания. Ток якоря уменьшаетсяи пороговый элемент 5 возвращается, в исходное состояние, подключая формирователь 20 импульсов чере ключ 19 к управляющей цепи силового ключа 21, который подключает двигатель 22 к.силовому-источнику питания. Ток якоря возраста.ет и процесс повторяется до тех пор, пока скорость двигателя 22 не достигнет установившейся величины.

Таким образом поддерживается ток отсечки во время переходных процессов. Продолжительность переходных процессов в двигателе 22 на порядок меньше времени, за которое напряжение на выходе элемента с переменным сопротивлением 6 достигнет порога срабатывания порогового элемента 5 при токе на входе датчика 1 модуля якорногб тока, соответствующем току отсечки.

Устройство для защиты электро- . двигателя надежно-предотвращает проворот вала двигателя 22 в момент включения питания, исключает перегрев двигателя 22 при длительных и кратковременных перегрузках. Раздельная настройка элементов в цепи заряда и разряда конденсатора позволяет при заданной линейности . выходного напряжения элемента с переменным сопротивлением регулировать время блокировки при включении питания и при длительной перегрузке, по току.

Но сравнению с известныг 1 предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности защиты путем исключения проворота вала в момент включения литания, и путем исключения перегрева двигателя при длительных и кратковременных перегрузках и; тем самым, способствует качественной обработке на станке, повышению безопасности и продлению срока службы двигателя.

Фма5

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ , ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ,. СОдержащее последовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный преобразователь,, интегратор и пороговый элемент, дру,гой вход которого через стабилитрон подключен к выходу датчика якорного тока, источник питания и исполнительный элемент, отличающее-с я тем,, что, с целью повышения надежности защиты путем исключения поворота- вала двигателя при включеНИИ питания, интегратор выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя и элемента с переменным сопротивлением, выполненного на транзисторе,коллектор .которого соединен через резистор с источником питания и через конденсатор с прямым входом операционного усилителя, инверсный вход кото- . рого соединен со средней точкой резистивного делителя, подключенноi го к источнику питания, прямой вход операционного усилителя через вновь (Л введённую параллельную цепь и-з задающего резистора, зашунтированного последовательной цепью из диода и резистора, подключен к выходу функ-4 ционального преобразователя. о 4;: СО 00 00