Устройство для управления и защиты асинхронного электродвигателя Советский патент 1983 года по МПК H02P5/28 H02H7/85 

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в пусковых устройствах с временной обратной связью для управления элек троприводом с инерционной механичес кой нагрузкой, например в качестве устройства управления и защиты ваку умных механических насосов в схемах автоматизированной откачки на вакуу Известно устройство для управления электродвигателем вакуумных механических насосов, содержащее цепь питания, переключатель с диодо магнитный пускатель, блок ручного управления пускателем, реле блокировки запуска с непрокрученным насо сем и приспособление для ручной про крутки насоса перед запуском их в работу, так как у этих насосов запуск осложняется затеканием вакуумного масла в рабочий объем. Загусте шее (особенно при низких температурах в помоцении, где установлен насос) масло препятствует включению насоса в работу (масляный замок и требуется прокрутка насоса с цель удаления его из рабочего объема насоса для ликвидации масляного зам ка til. Недостаток этого устройства заключается в том, что оно требует ручной прокрутки насоса перед включением в работу, дополнительной про иэводственной площади для размещения человека и не обеспечивает дистанционное управление электроприводом. Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому является устрой ство для управления и защиты асин-,:С хронного электродвигателя, содержащее коммутатор тока, иэмерительный блок, вход которого предназначен дл подключения к одной из фаз электродвигателя, а минусовый выход соединен с одним из входных зажимов схемы защиты, составленной из ключа и вклю ченных в управляю1цую цепь указанного ключа накопительного конденсатора и порогового элемента, и исполнитель ный орган, включающий выходное реле контакты которого находятся в цепи управления коммутатором тока 2 . Наиболее существенньам недостатком указанного устройства является то что устройство не решает вопроса управления запуском электропривода с инерционной механической нагрузкой, например электропривода вакуумных механических насосов, требующих предварительной прокрутки насоса (несколько циклов включение - отключение электродвигателя для удаления загустевшего вакуумного масла (для ликвидации масляного замка)ИЗ рабочей полости на. coca. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения управления электроприводом инерционных механизмов, требуквдих предварительной прокрутки, например электроприводом вакуумного механического наПоставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее коммутатор тока, измерительный блок, вход которого предназначен для подключения к одной из фаз электродви гателя, а минусовый выход соединен с одним из входных зажимов схемы защиты, составленной из ключа и включенных в управляющую цепь указанного ключа накопительного конденсатора и порогового элемента, исполнительный орган, включающий выходное реле,контакты которого включены в цепи управления коммутаторе тока, в него-ведены разделительный трансформатор, источник опорного напряжения, схема рабочего режима, подключенная к входу параллельно схеме защиты, и пороговой элемент, а исполнительный орган снабжен элементом задержки, подключенным паргшлельно катушке выходного реле, и выполнен в виде магнитного усилителя с четырьмя обмотками управ ления, двумя рабочими обмотками и четырьмя диодами, соединенными с рабочими обмотками по мостовой схеме, начало первой обмотки управления магнитного усилителя соединено с положительным: выходом мостовой схемы, а конец через катушку выходного релеd отрицательным выходом мостовой схемы, первичная обмотка разделительного трансформатора предназначена для подключения к входу коммутатора тока, а вторичная - к входам мостовой схемы магнитного усилителя и источника опорного напряжения, плюсовой выход которого соединен с анодом ключа схемы защиты и началом второй обмотки управления магнитного усилителя, конец которой связан с минусовым выходом источника опорного напряжения и началом третьей обмотки управления магнитного усилителя, конец которой связан с катодом ключа, схемы защиты, а другой входной зажимсхемы защиты подключен к полюсовому выходу- измерительного блока через дополнительно введенный пороговый элемент, начало четвертой обмотки управления связано с минусовым выходом измерительного блока, а ее конец - с выходе схемы рабочего режима. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для управления и защиты асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу устройства при исправных насосе и электроприводе;на фиг. 3 - диаграмма, поясняющая работу устройства при неисправном насосе (например, .насос заклинило). Устройство содержит коммутатор ток 1, иэмерительный блок 2, выход которого предназначен для включения в одну из фаз 3 асинхронного электродвигателя, схему 4 рабочего режима и схема 5 защиты. Схема 4. рабочего-режима содержит накопитель ный конденсатор б и пороговый элемент 7, включенные в управляющую цепь ключа 8.Схема защиты содержит накопительный конденсатор 9 и пороговый элемент 10, включенные в цепь управления ключа 11. Схема рабочего режима по входу включена параллельно схеме защиты, один из входных зажимов которой по ключен к минусовому выходу измерительного блока 2. Другой входной зажим схемы защиты через дополнител но введенный пороговый элемент 12 соединен с плюсовым выходом измерительного блока 2. Устройство снабжено исполнительным органом 13, выполненным на магнитном усилителе с четырьмя обмотка ми 14-17 управления, двумя рабочими обмотками ,18 и 19 и четырьмя диодам 20 - 23. Указанные диоды соединены с рабочими обмотками по мостовой схеме. Исполнительный орган содержит выходное реле 24, контакты 25 которого включены в управлянвдие цепи коммутатора тока 1, и снабжено элементом 26 задержки, подключенным параллельно катушке выходного реле 24. В устройство введены разделител вый трансформатор 27 и источник 28 опорного напряжения. Первичная обмо ка разделительного трансформатора подключена к входу коммутатора тока а вторичная обмотка - к входам мост вой схемы магнитного усилителя и ис точника опорного напряжения. Начало первой обмотки 14 управле ния соединено с положительным выходом мостовой схемы магнитного усили теля, а ее конец через катушку выходного реле - с минусовым выходом мостовой схемы магнитного усилителя Плюсовой выход источника 28 опор ного напряжения соединен с- анодсм ключа 11 схемы защиты и началом второй обмотки 15 управления магнит ного -усилителя, конец которой связа с минусовым выходом источника 28 опорного напряжения и началом треть ей обмотки 16 управления магнитного усилителя, конец которой связан с катодом ключа 11 схемы защиты; нача ло четвертой обмотки 17 управления магнитного усилителя связано с мину совым выхЬдсяи измерительного блока. а ее конец - с выходом схемы 4. рабочего режима. Устройство работает следующим образом. Пуск в работу осуществляется подачей напряжения на входы коммутатора тока 1 и разделительного трансфор-матора 27, с вторичной обмотки которого получают питание магнитный усилитель исполнительного органа 13, настроенный в релейный режим за счет первой обмотки 14 управления, и источник 28 опорного напряжений, на выходе которого обтекается стабилизированным по величине током вторая обмотка 15 управления магнитного усилителя. За счет самонасыщения через рабочие обмотки и дополнительное подмагничивание сердечника магнитного усилителя через вторую обмотку 15 управления {положительное смещение)магнитный усилитель открывается (уменьшает полное сопротивление своих рабочих рбмоток), выходное реле 24 с емкостной задержкой включает герметизированные контакты 25, замыкающие цепи управляющих электродов тиристоров коммутатора тока 1. Коммутатор тока 1 открывается и пропускает питания через измерительный блок 2на электродвигатель 3 вакуумного механического насоса, во внутренней полости которого находится загустевшее масло, препятствующее полном . разворачиванию электродвигателя 3. Рабочие обмотки электродвигателя обтекаются пусковым током, создают вращающий момент на валу вакуумного механического насоса и проворачивают его на определенный угол, зависящий от температуры помещения, где уста-, новлен насос и. вязкости масла, находящегося в рабочей полости насоса. Измерительный блок 2 за счет трансформатора напряжения ( с малым числом витков первичной обмотки) преобразовывает пусковой ток электродвигателя 3в постоянное напряжение, пропорциональное этсаду току. Под воздействием этого постоянного напряжения открывается пороговый, элемент 12, на котором определяется величина отношения пускового тока электродвигателя к номинальному, и постоянный ток начинает зарядку накопительных конденсаторов б и 9 схемы 4 рабочего режима и схемы 5 защиты, причем накопление заряда на конденсаторе 9 схемы защиты происходит во столько раз медленее во сколько раз ( включение-отключение электродвигателе рассчитано циклов прегдварительной прокрутки вакуум ого механического насоса для.улаления загустевшего fciT низкой температуры) млела из его рабочей полости. В данном случа( количество циклов равно трем. При достижении в накопительном конденсаторе б за время первого включения t уровня напряжения U (фиг, 2, точка 29) пороговый элемент 7 пропускает сигнал на управляющий электрод клю,ча 8, который открывается, и от измерительного блока 2 (порогЬвый элемент 12 открыт) идет ток на четвертую обмотку 17 управления, размагничивая сердечник магнитного усилителя. Магнитный усилитель закрывается (увеличивает полное сопротивление своих рабочихОбмоток)/выгсодное реле 24 отключается,размыкая свои герметизи рованные контакты 25 в цепи управляю щих электродов тиристоров коммутатор тока 1. Коммутатор тока 1 закрывается, отключая электродвигатель 3 от цепи питания. Заряд, накопленный в конденсаторе 6 И конденсаторе измерительного блок 2, стекает через ключ 8 и его управляющий электрод на катод этого ключа поддерживая в течение времени tjток через четвертую обмотку 17 управлени магнитного усилителя, удерживая его р закрытом состоянии. В точке 2 напр жение на конденсаторе 6 становится равным нулю (конденсатор б разр5вдился), четвертая обмотка 17 управления уже не обтекается размагничивающим током и ключ 8 закрывается. Магнитный усилитель за счет самонасьрцения через рабочие обмотки и положительное смещение (подмагничивание сердеч ника) от второй обмотки 15 управления, обтекаемой стабилизированным то ком источника 28 опорного напряжения вновь открывается, включая выходное реле 24, которое замыкает свои герме тизированные контакты 25 в цепи управляклдих электродов тиристоров, открывая вновь коммутатор тока 1. . . Вновь рабочие обмотки электродвиг теля 3 обтекаются пусковым током и создают вращающийся пусковой момент на валу вакуумного .механического на.соса, удаляя очередную часть загустев шего масла из рабочей полости насоса Цикл повторяется. Времена,-1цподбираются элементами схемы. Для данного устройства iч i ifi-3. На фиг. 2 видно. что второй цикл прокрутки насоса характеризуется точками 30 и1, третий - точками 31 и.. В точке 32 (на четвертом цикле прокрутки) насос запускается в работу, причем накопление заряда в конденсаторе 9 схемы защиты характеризуется кривой 33. В точке 32 накопление заряда на конден саторе 9 прекращается при напряжении меньшем lli (напряжение отключения насоса) с блокировкой его в отключенном состоянии, т,е-, защита при исп-равном насосе и электроприводе не срабатывает. В связи с тем, что е каждым новым циклом пусковой ток электродви .гателя 3 нех:колько меньше {угол прок рутки больше), то время каждого последующего цикла заряда конденсатора б несколько больше предыдущего. Описанный цикл работы устройства рассчитан на создание условий (вакуумный механический насос исправен), при которых за время1ц, в течение которого электродвигатель 3 подключен к цепи питания, развиваемый им вращающий Момент на валу является достаточным для проворачивания ротора приводимого насоса на такой угол, при колором объем масла, удаленный из рабочей полости насоса, был бы больше объема масла, которое самопроизвольно вернется в рабочую полость насоса за следующий; промежуток времен и l,j в течение которого электродвигатель привода 3 будет отключен от цепи питания. При выполнении этого условия из рабочей полости насоса за несколько циклов, например за три цикла, длительностью -примерно по шесть секунд (три секунды включение и три секунды отключение) удаляется весь объем .загустевшего масла,препятствовавшего включению Hcicoca в работу (ликвидируется масляный замок) и при очередном (четвертом) цикле подключения электродвигателя 3 к цепи питания последний разворачивается до номинальных оборотов: происходит включение исправного насоса в работу. При неисправном насосе (заклинило) время заряда конденсатора 6 схемы 4 рабочего режима будет одним и тем же (около 3-х с,) в каждом цикле (ip-Цз r-t t7 ) f так как пусковой ток заторможенного электродвигателя 3 будет одинаковым во всех циклах, в точках. 33 - 36 (фиг. 3) напряжение на конденсаторе б будет равно (напряжение бтключения электродвигателя 3) и по сигналу, пропущенному пороговым элементом 7, ключ 8 пропустит ток от измерительного блока 2 через открытый пороговый элемент 12 на четвертую обмотку 17 управления,размагничивая сердечник магнитного усил11теля. В этих точках магнитный усилитель закры- , вается. В точке 36 и на конденсаторе 9схемы 5 защиты напряжение равно U (напряжение отключения электродвигателя 3). Есэти по сигналу, пропущенно- , му пороговым элементом 7, ключ 8, пропуская ток через четвертую обмотку 17 управления, -отключает электродвигатель 3 на время ifl(например, на три секунды) в точках 33-36, то по сигналу, пропущешному пороговым элементе 10в точке 36, электронный ключ 1.1 открывается и, пропуская размагничивающий ток по третьей обмотке 16 управления магнитного усилителя, закрывает магнитный усилитель, отключая электродвигатель 3 от цепи питания, и блокирует его в этом состоянии. Деблокировка магнитного усилителя и включение устройства в работу после устранения неисправности производится путем кратковременного снятия с цепи питания. Схема защиты также отключает электродвигатель при выпадении одной из аз цепи питания (за счет трехфазного питания разделительного трансформатора) и при любых перегрузках, не мешая осуществлению ступенчатого запуска электродвигателя привода механизма обладающего большой инерцией покоя.

Устройств-о обладает более широкими функциональными возможностями, осуществляя управление защиту асинхронного электродвигателя от перегрузки и выпэдения любой из фаз. На основе тиристорного коммутатора тока,магнитного усилителя и схемы, рабочего режима стало возможным автоматизировать ироцесс прокрутки вакуумного механи.

ческого насоса для удаления загустевшего вакуумного масла (для ликвидации масляного замка) из рабочей полости насоса за счет периодического пропускания тока через обмотки электродвигателя привода (включение-отключение ) .

Предлагаемое устройство выполнено бесконтактным (герметизированные контакты выходного реле по надежносг ти не уступают бесконтактным элементам и выполняют функцию гальванической развязки цепей управляющих электродов тиристоров от коммутационных перенапряжений в сети питания, могущих привести к ложному открытию коммтатора тока) повышенной надежности, требует миним ального объема затрат при эксплуатации, более предпочтительно по нормам шума охраны труда.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯМИ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕЖТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее коммутатор тока,измерительный блок, вход которого предназначен. для подключения к одной из фаз электро- : двигателя, а минусовой выход соединен с одним входным Зсшимсм заи1иты, составленной из ключа и включённых в управляющую цепь указанного ключа накопительного конденсатора и порогового элемента, исполнительный орган, включающий выходное реле, контакты которого введены в цепи управления коммутатором тока, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения управления электроприводом инерционных механизмов, требующих предварительной прокрутки, например электроцриводом вакуумного механического насоса, в него введены разделительный трансформатор, источник опорного на пряжения, схема рабочего режима. подключенная к входу параллельно схе,ме защиты, и пороговый элемент, а исполнительный орган снабжен элементом задержки, подключенным параллельно катушке выходного реле,и выполнен в виде магнитного усилителя с четырьмя обмотками управления, двумя рабочими обмотками и четырьмя диодами, соединенными с рабочими обмотками по мостовой схеме, начало первой обмотки управления магнитного усилителя соединено с положительным выходом мостовой схемы, а конец через катушку выходного реле - с отрицательным выхог. дом мостовой схемы, первичная обмотка разделительного трансформатора подключена к входу коммутатора тока, а вторичная - к входам мостовой схемы магнитного усилителя и источника опорного напряжения, плюсовой выход которого соединен с анодом ключа схемы защиты и начале второй обмотки управления магнитного усилителя, конец которой связан с минусовым выходом источника опорного напряжения и началом третьей обмотки управления магнитного усилителя, конец которой СП связан с катодом ключа схемы защиты, а другой входной зажим схемы защиты 00 подключен к плюсовсаду выходу измерительного блока через дополнительно введенный пороговый элемент, начало четвертой обмотки управления связано со с минусовым выходом измерительного блока, а ее конец - с выходом схемы рабочего режима.

и

tg 3 iif 5 7.. #Л

«Pwa2

/J7

/3S

2 f3 « 5 7 #/i,

0AeJ

JJ

3tX