Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

1

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты эле.ктродвигателей переменного тока от перегрузки при неуспешном пуске из-за повреждения приводимого механизма5 заклинивания подшипников или приводимого механизма, задевания ротора о статор, примерзания механизма (например, водяно- ю ная,составляющая некоторое время при- го насоса), завала механизма (например, из-за завала топливом дробилок и мельниц системы топливоприготовле- ния злектростанций), из-за обрыва фазы, при глубоких посадках напряжения 15

сутствует в токе статора (она затухает за 1-2 с для мощных электродвигателей) . Поэтому и после прохождения кратковременного импульса с выхода реле времени на запускающий вход (а) элемента: ПАМЯТЬ 8 на его блокирующий вход (в) еще некоторое время поступает выпрямленный низкочастотньй сигнал, т.е. на выходе логического элена шинах, при внутренних коротких замыканиях .и в других случаях, когда при включении двигателя в работу он не разворачивается и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 141502.

Цель изобретения - повьш1ение надежности функционирования защиты при переходных процессах в цепях питания защиты, исключение ложных срабатыва- ни защиты.

На фиг.1 приведено устройство защиты; на фиг.2 - схема узла блокировки.

Устройство содержит датчик 1 тока, статора двигателя, фильтр 2 инфраниз- кой частоты, выпрямитель 3, пороговый элемент 4, замыкающий блок-контакт 5 выключателя, импульсные реле 6 и 7 времени, логический элемент ПАМЯТЬ 8 с запускающим (а и блокирующим (в) входами, логический элемент И 9 с дополнительным третьим входом,к которому подключен дополнительно введенньм узел 10 блокировки. Функциональное назначение элементов схемы (с 1 до 8}, их реализация и обозначение такое же, как у известного устройства.

При отсутствии переходных процессов в цепях питания защиты и при номинальном значении напряжения питания на выходе узла 10 блокировки постоянно присутствует логическая единица и функционирование защиты в цейом как при успешном, так и при неуспешном пусках полностью идентично работе известного устройства. При успешном пуске двих нтеля в токе статора в начальный момент времени существует составляющая низкой частоты, которая вьщеляется фильтром 2, выпрямляется в выпрямителе 3 и через пороговый элемент 4 поступает на блокируюп;71Й вход (р. элемента ПАМЯТЬ 8. На другой

39734

зaпycкaюn ий вход

2

(а)

элемента ПАМЯТЬ 8, спустя выдержку времени, создаваемую импульсным реле 6 времени, поступает кратковременньм импульс. Выдержка времени реле 6 .выбрана из условия отстройки от апериодической составляющей в токе статора. При успешном пуске двигателя низкочастотная,составляющая некоторое время при-

сутствует в токе статора (она затухает за 1-2 с для мощных электродвигателей) . Поэтому и после прохождения кратковременного импульса с выхода реле времени на запускающий вход (а) элемента: ПАМЯТЬ 8 на его блокирующий вход (в) еще некоторое время поступает выпрямленный низкочастотньй сигнал, т.е. на выходе логического элемента ПАМЯТЬ 8 при успешном пуске сигнал отсутствует5 Х. 0.

При неуспешном пуске, когда в токе статора нет низкочастотной составляющей, после прохождения кратковременного импульса от реле 6 времени на выходе логического элемента ПАМЯТЬ 8 появляется сигнал Х. 1.Спусо

тя вьщержку времени второго импульсного реле 7 времени, на второй вход логического элемента И 9 поступает

5

0

5

0

5

импульс Х 1, что приводит к сраба- тьюанию защиты в целом (X , 1), -т.е. функционирование защиты при отсутствии переходных процессов в цепях питания защиты .и при номинальном значении напряжения питания защиты (X,„ 1) аналогично работе известного устройства.

Реле 6 и 7 времени могут быть выполнены, например, на принципе заряда емкости R - С контура. При пуске .защищаемого двигателя замыкается его блок-контакт 5 и конденсатор С начинает заряжаться через зарядный резистор К.здр . Сигналы на выходах пороговых элементов 11 и 12 реле 6 и 7 времени соответственно появляются в моменты време.ни, когда напряжение на конденсаторе С достигает заранее выбранных значений уставок пороговых элементов 11 и 12. Формирователи 13 и 14 импульсов реле 6 и 7 времени соответственно преобразуют выходные сигналы пороговых элементов 11 и 12 в кратковременные импульсы Х и Х..

Диод VD и разрядный резистор Кроэ составляют цель разряда конденсатора С после отключения двигателя (после размыкания блок-контакта 5). Сопротивление резистора Rpa,, выбирает по возможности минимальным для ускорения разряда конденсатора С, т.е. для сокращения времени готовности защиты к повторному действию. Узел 10 блокировки выполнен на двух операционных усилителях АГ и А2, содержит два дополнительных R - С-контура R1-C) и R2-C2, стабилитрон VDl, диоды VD2-VD6, резисторы R3-R7, конденсаторы СЗ и С4, резисторы и операционный усилитель А1 образуют в комплексе инвертирующий усилитель с. единичным коэффициентом усиления.

Резисторы , диод VD4 и опера ционньм усилитель А2 выполняют роль компаратора 3, сигнал на выходе которого появляется, когда модуль отрицательного по знаку напряжения на конденсаторе С2 превьшает модуль положительного по знаку Напряжения на выходе усилителя А1 Гили, что то же самое, модуль отрицатель юго по знаку напряжения на конденсаторе Cl), Напряжение стабилизации стабилитрона VDl выбирается меньшим номинального напряжения питания защиты, но большим напряжений установок пороговых элементов 11 и 12.

Для большинства микросхем допускается отклонение напряжения .питания на jilO% от номинального значения. Поэтому целесообразно выбрать напряжение ста билизации стабилитрона VDl ориентировочно на 10% меньшим номинального значения напряжения питания, чтобы выводить защиту из действия -(не допускать ложных срабатьта- ний ) при посадках напряжения питания ниже минимального уровня, raiiaH- тированного заводом-изготовителем для четкой работы микросхем. Соотношение сопротивлений резисторов R2 и R3, составляющих делитель напряжения, выбрано ориентировочно 1:20, т.е. во всех установившихся режимах напряжение на конденсаторе С2 ниже напряжения питания на 5%. Соотношение между постоянными времени цепей R1-C1, R, -С и R2-C2 выбpaнo следующим

Р

R1 -С К

ор

С iR2 C2.

В условиях эксплуатации снижение напряжения питания и его возрастание может носить характер как плавного, так и быстротечного процесса. При этом блок-контакт 5 может находиться

5

0

как в замкнутом, так и разомкнутом состоянии. Рассмотрим функционирование предлагаемого устройства блокировки в этих условиях. Пока напряжение источника питания возрастает от О до напряжения ci билизации стабилитрона VD1, напряжение на конденсаторе CI по модулю превышает напряжение ка конденсаторе С2, поскольку Rl-Cl R2-C2. Поэтому на выходе устройства 10 блокировки сигнал X ,о О,что гарантирует несрабатывание защиты независимо от наличия сигналов Х и Xg на двух других входах логического элемента И9().

Если при этом блок-контакт 5 был замкнут, возможность ложного срабатывания зашиты дополнительно исключается благодаря выбранному соотношению между постоянными времени цепей R, R2-C2.

R,p.C R2 C2,

5

0

5

0

т.е. импульс Х появится и исчезнет на входе, логического элемента И 9 раньше, чем появится разрешающий сигнал X ,д на выходе устройства 10 блокировки.

Когда напряжение питания защиты резко, падает, изменение напряжения на конденсаторе С2 мгновенно следует за изменением напряжения питания, поскольку диод VD3 открывается (эти напряжения отличаются друг от друга sa падение напряжения на открытом диоде VD3, чем можно пренебречь). Напряжение на конденсаторе С1 длительное время после посадки напряжения питания остается практически неизменным и равным напряжению стабилизации стабилитрона VDl, поскольку диод VD2 в этом случае закрыт и конденсатор С1 имеет возможность разря- g жаться только через очень большое

обратное сопротивление запертого диода VD2 и через большое входное сопротивление операционного усилителя А1 .

В рассмотренной ситуации напряжение на конденса торе С все время остается больше по модулю напряжения на конденсаторе С2, т.е. на выходе компаратора сигнал Х, О и защита не может ложно сработать. Дополнительно для более четкой работы операционного усилителя А1 при посадках напряжения питания выводы питания этой микросхемы подключены к шинам пита0

5

ния -и,

и -и „.. через диоды VD5

и VD6 соответственно и соединены с корпусом через конденсаторы СЗ иСА. Йри этом даже при глубоких насадках напряжения питания операционный усилитель А1 длительное время питается энергией, запасенной в конденсаторах СЗ и С4, обеспечивая четкое инвертирование входного напряжения (напряжения на конденсаторе С) без искажения модуля выходного сигнала.

При длительных или очень медленных посадках напряжения питания ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD1, когда.конденсатор С1 успевает все же разряжаться через обратное сопротивление запертого диода VD2 и через большое входное сопротивление Операционного усилителя А до напряжения источника питания, напряжение на конденсаторе С2 остается по модулю меньшим напряжения источника питания ориентировочно на 5% за счет делителя напряжения R2-R3. Таким обра- зом, и в этом случае на выходе устройства 10 блокировки сигнал О, что исключает возможность ложного срабатьшания защиты,

Анализ рассмотренных реально возможных переходных процессов в целях питания заш;иты позволяет сделать вывод о том, что дополнение известного устройства узло1 1 10 блокировки и додимого механизма за счет более быстрого отключения и сокращения масштабов разрушения, а также за счет увеличения срока службы электродвигателя. По сравнению с известным устройством применение устройства исключает возможность ложных срабатываний защиты, предотвращая тем самым на не- 10 сение ущерба от нарушения

технологического процесса производства , недоотпуска и брака

15

продукции из-за внезапных ложных отключений.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске по

20 авт. св. N 1 141502, о тличаю- щ е е с я тем, что, с целью ния надежности функционирования защиты при переходных процессах в цепях питания защиты, исключения ложных

25 срабатьшаниз защиты, оно дополнительно снабжено узлом блокировки, вход .которого подключен к шине питания устройства, а выход к третьему входу элемента И, причем узел блокиров30 ки содержит два R - С-контура, первый из которых содержит последовательно соединенные первый конденсатор, первый диод и первый резистор, причем

параллельно первому конденсатору и бавление третьего входа у элемента И 9 og первому диоду подключен стабилитрон, повышают надежность функционирования а второй R - С-контур содержит парал- защйты в целом, исключают возможность ее ложных срабатываний. При нахождении значения напряжения источника питания в заданных допустимых пределах функционирование защиты в комплексе с узлом блокировки аналогично работе

лельно соединенные второй конденсатор и второй резистор, которые соединены последовательно с третьим резис- 4Q тором и вторым диодом, при этом общая точка первого и третьего резисторов подключена к входу узла блокировки, а общая точка стабилитрона, первого конденсатора, второго резистора

лельно соединенные второй конденсатор и второй резистор, которые соед нены последовательно с третьим рези 4Q тором и вторым диодом, при этом общая точка первого и третьего резист ров подключена к входу узла блокиро ки, а общая точка стабилитрона, пер вого конденсатора, второго резистор

известного устройства, т.е. сохраняются все ее преимузцества по сравнению с известными устройствами (фильтровы- g и второго конденсатора - к корпусу, ми защитами, максимальными токовыми причем выход первод о R - С-контура защитами) в отношении повьшенного быстродействия и способности заш,и- щать электродвигатель от последствий неуспешного пуска по любой причине механического или электрического ха50

через инвертор, выход второго R - С-контура непосредственно подключен к входу компаратора, выход которого служит выходом узла блокировки, при чем выводы питания инвертора соединены с щинами питания устройства че рез третий и четвертый диоды,- а с корпусом - через третий и четвертый конденсаторы.

рактера.

Экономический эффект состоит в уменьшении затрат иа восстановитель- ньш ремонт электродвигателя и приво13397346

димого механизма за счет более быстрого отключения и сокращения масштабов разрушения, а также за счет увеличения срока службы электродвигателя. По сравнению с известным устройством применение устройства исключает возможность ложных срабатываний защиты, предотвращая тем самым на не- 10 сение ущерба от нарушения

технологического процесса производства , недоотпуска и брака

продукции из-за внезапных ложных отключений.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске по

авт. св. N 1 141502, о тличаю- щ е е с я тем, что, с целью ния надежности функционирования защиты при переходных процессах в цепях питания защиты, исключения ложных

срабатьшаниз защиты, оно дополнительно снабжено узлом блокировки, вход .которого подключен к шине питания устройства, а выход к третьему входу элемента И, причем узел блокировки содержит два R - С-контура, первый из которых содержит последовательно соединенные первый конденсатор, первый диод и первый резистор, причем

параллельно первому конденсатору и og первому диоду подключен стабилитрон, а второй R - С-контур содержит парал-

лельно соединенные второй конденсатор и второй резистор, которые соединены последовательно с третьим резис- 4Q тором и вторым диодом, при этом общая точка первого и третьего резисторов подключена к входу узла блокировки, а общая точка стабилитрона, первого конденсатора, второго резистора

g и второго конденсатора - к корпусу, причем выход первод о R - С-контура

g и второго конденсатора - к корпусу, причем выход первод о R - С-контура

50

55

через инвертор, выход второго R - С-контура непосредственно подключены к входу компаратора, выход которого служит выходом узла блокировки, причем выводы питания инвертора соединены с щинами питания устройства через третий и четвертый диоды,- а с корпусом - через третий и четвертый конденсаторы.

h- -Ь (/W/77

MSB VT Unttrrt

С5ф

Редактор П.Гереши

Составитель В.Орлов Техред В о Кадар

Заказ 4236/48Тираж 617Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьппение надежности функционирования защиты. Устройство защиты электродвигателя дополнено узлом 10 блокировки, вход которого подключен к шине питания, а выход - к третьему входу элемента ИЛИ 9. 2 Ш1. -и, сл 12 Н х, I 10 10 U) САЭ Х СО 4 N) Фиг. i