Устройство для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя от аварийного режима Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

(Л

00

со

СП СП

единица. С некоторой вьщержкой времени, обусловленной элементом 44, на S-входе КЗ- Триггера 45 появляется логический ноль. Триггер 45 переключается, индикатор 46 срабатывания светится, на элемент ИЛИ исполнительного органа поступает уровень логической единицы. Выходное реле 23 включается и отключает электродвигатель от сети. 5 3.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является . расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от обрыва фазы и режима заторможенного ротора. При обрыве фазы, например А, закрывается транзисторный ключ 39 и на его выходе появляется уровень логической единицы. Выходы ключей 37 и 38 обеспечивают по-прежнему логический ноль. В связи с этим на выходах элементов ИЛИ 40 и ЗИ-НЕ 41 присутствуют логические единицы, на вьпсоде элемента 2И-НЕ 42 - логический ноль, а на выходе элемента 43 - логическая

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийного режима работы.

Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей путем обеспечения защиты от работы на двух фазах и режима заторможенного ротора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства защиты; на. фиг. 2 - схемы отдельных блоков устройства защиты: блока защиты от пере грузки с индикацией и памятью срабатывания, блока защиты от работы на двух фазах с индикацией и памятью срабатывания, блока защиты от работы в режиме заторможенного ротора с индикацией и памятью срабатывания, бло ка питания.

Устройство состоит из малогабарит ного насыщакщегося трансформатора тока 1 (фиг. 1), нагруженного на резистор 2, усилителя переменного тока 3 на базе операционного усилителя, коэффициент усиления которого изменя ется резистором 4, выпрямительного блока 5 узла ( контроля степени нагрузки, включающего в себя компараторы 7-9, усилители 10-12, нагруженные на индикаторы 13-15. Элементы 7, 10 и 13 образуют блок контроля нагрузки выше номингшьной, элементы 8, Т1 и 14 блок контроля номинальной нагрузки, элементы 8, 11и 14 - блок контроля нагрузки ниже номинальной. Причем, неинвертирующий вход компаратора 9 присоединен к движку потенциометра 16, подключенного между неинвертирующим входом компаратора 8 и общей точкой схемы, а положение движ ка потенциометра 16 градуировано в процентах от номинального тока. Устройство содержит также оптотиристор 17,- блок защиты от перегрузок с индикацией и памятью срабатывания 18,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

блок защиты от работы на двух фазах с индикацией и памятью срабатывания 19, блок защиты от работы в режиме заторможенного ротора с индикацией и памятью срабатывания 20, элеменГ ИЛИ 21 исполнительного органа 22 с выходным реле 23.

Блок запщты от перегрузки 18 (фиг. 2) содержит преобразователь напряжение - сопротивление 24, вклю- ченнь1Й на входе блока. Преобразова- . тель выполнен на базе резисторной оптопары 25. Блок содержит также элемент интегрирования 26 с интегрирую ; щим конденсатором 27 переменными : резисторами 28 и 29, пороговый эле-.: мент 30, RS-триггер 31 и элемент индикации срабатьшания 32.

Блок защиты от работы электродвигателя на двух фазах 19 (фиг. 2) содержит малогабаритные быстронасыщающиеся трансформаторы тока 33 и 34, ограничители-формирователи постоянного напряжения 35 и 36, транзисторные ключи 37-39, элементы ИЛИ 40, ЗИ-НЕ 41, 2И-НЕ 42, инвертор 43, элемент задержки времени 44, RS-триггер 45, элемент индикации срабатывания 46. .

Блок защиты от работы электродвигателя в режиме заторможенного ротора 20 (фиг. 2) содержит пороговый элемент с задержкой на срабатывание 47, инвертор 48, одновибратор 49, длительность сигнала которого регулируется цепочкой 50, элемент ИМПЛИ- КАТОР 51, триггер 52, элемент индикаций срабатывания 53.

Блок питания 54 устройства защиты содержит трансформатор 55, промежуточное реле 56 с переключающим контактом 57. Выпрямительные и стабилизирующие цепи питания на чертеже не показаны.

Устройство защиты содержит также переключатель 58 режима работы (фиг, 1 )

Устройство защиты работает следу- ющим образом.

Перед включением в работу производят настройку устройства на номинальный ток.защищаемого электродвигателя Для этого переключатель 58 устанавливают в положение Настройка, Наматывают на сердечник трансформатора тока 1 обмотку (трансформаторы тока 1, 33 и 34 тороидальные и не имеют своей первичной обмотки). Пропускают по ней переменный ток такой величины, чтобы МДС была равна МДС обмотки, которую намотают на сердечник при вводе устройства защиты в эксплуатацию, если по ней будет протекать номинальный ток защищаемого электродвигателя, Например, при номинальном токе электродвигателя 110 А при вводе в эксплуатацию устройства предполагают иметь 1 виток первичной обмотки. Тогда МДС рабочая номинальная равна 110 Ампер- витков. При настройке устройства защиты изматывают, например 55 витков и пропускают ток 2 А, Тогда ЩС настройки будет равна 110 Ампервитков. При этих условиях изменяют коэффи- циент.усиления усилителя 3 и добиваются, чтобы засветился индикатор 14 канала номинальной нагрузки. Если движок потенциометра 16 установлен в верхнем положении (фиг, 1), то одновременно засветится индикатор 15. На этом настройка устройства закончена. Установка индикатора 13 на срабатывание и регулировки других блоков производится при изготовлении устройства. Эти регулировки производят относительно номинального тока любого защищаемого электродвигателя, поскольку на выходе выпрямительного блока 5 устанавливают один и тот же уровень напряжения для всех номинальных токов защищаемых электродвигателей. Установка порога срабатывания защиты, производимая при настройке устройства, может быть выполнена в процессе эксплуатации. При этом, с . помощью резистора 4 (фиг. 1) можно установить порог срабатывания устройства относительно любого не номинального тока.

При вводе устройства защиты в эксплуатацию наматывают первичные обмотки трансформаторов тока 1, 33 и 34 проводом питающей электродвига

5 0 5 о Q

5

5

0

тель сети, причем трансформатора 1 - строго по МДС настройки, а трансформаторов 33 и 34 примерно таким же . J числом витков, поскольку эти трансформаторы быстронасыщающиеся, и для них достаточно обеспечить некоторое минимальное значение МДС,

Предположим, устройство подготовлено к защите, т,е. подключен блок питания, намотаны трансформаторы тока, а переключатель 58 установлен в положении Защита включена.

Если электродвигатель имеет ток, меньший номинального, то индикаторы 13 - 15 не светятся. Можно установить степень нагрузки электродвигателя, если перемещать ползунок потенциометра 16 ВНИЗ (фиг, 1), Перемещая его добиваются, чтобы индикатор 15 сработал. Это положение по щкале потенциометра 16 отсчитывают процент загрузки электродвигателей по отношению к номинальному току.

Предположим, электродвигатель работает при токе, превьш1ающем номи-. нальный. В этом случае светятся индикаторы 13-15 срабатывает, с частотой 50 Гц, оцтотиристор 17 (фиг, 1). Одновременно увеличивается ток на входе опторезистора 25 (фиг. 2), отчего его сопротивление уменьшается. Интегрирующий конденсатор 27 заряжается однополупериодным выпрямленным током. С увеличением тока электродвигателя увеличивается освещенность резистора оптопары 25, его сопротивление уменьшается, а зарядный ток интегрирующего конденсатора 27 увеличивается. При достижении на конденсаторе 27 напряжения порога срабатывания элемента 30 происходит подача яулевого уровня напряжения на S-вход триггера 31, отчего на прямом выходе его появляется логическая единица, которая через элементы 21 и 22 (фиг. 1) воздействует на выходное реле 23, Происходит отключение электродвигателя от сети. Одновременно на инверсном выходе триггера 31 появляется логический ноль и элемент индикации 32 светится. Отключение электродвигателя от сети или уменьшение нагрузки до номинальной вызывает закрытие оптотиристора 17 и постепенный разряд интегрирующего конденсатора 27. После срабатывания устройства защиты электродвигатель нельзя вклю чить в сеть до тех пор, пока пере

ключатель 58 не будет установлен в положение Сброс. При этом на R- вход триггера 31 подан логический ноль и триггер 31 возвращается в исходное положение.

Предположим, произошел обрыв фазы А питающей электродвигатель сети . В этом случае транзисторный ключ 39 закрыт, на выходе его логиче.ская единица. Выходы ключей 37 и 38 обеспечивают по-прежнему логический -; ноль. В связи с этим на выходе элементов ИЛИ 40 и ЗИ-НЕ 41 присутствуют логические единицы, на выходе элемента 2И-НЕ 42 - логический ноль, а на выходе элемента 43 - логическая единица. С некоторой задержкой времени, обусловленной элементов 44 на S-входе RS-триггера 45 появляется ло гический нуль. Триггер 45 переключается, светится индикатор срабатывания 46, а на элемент 21 (фиг.1) поступает напряжение логической единицы. Реле 23 включается и отключает электродвигатель от сети. Для возвращения в исходное состояние устройства защиты переключатель 58 кратковременно переходят в положение Сброс. Если произошел обрыв фазы В, то в этом случае закрывается транзисторный ключ 38, а если произощел обрыв фазы С, то закрывается ключ 37 и блок защиты 19 срабатывает аналогично описанному. Однако, при обрьше фазы С или В теряет питание катушка .. возбуждения реле 56 блока питания 54 (фиг. 2) отчего первичная обмотка с входного трансформатора напряжений 5

подключается к фазе А питающей элект-д,, тенциометр 16 позволяет определить

родвигатель сети, тем самым обеспечивая надежное питание схемы защиты с индикацией и памятью срабатывания. При пуске электродвигателя напряжение на выходе выпрямительного блока 5 возрастает до величины, при котором срабатывает пороговый элемент 47. С некоторой задержкой времени на выходе элемента 47 появляется логический ноль, а на выходе элемента 48 - логическая единица, которая поступает на второй вход логического элемента ИМПЛИКАТОР 51. Одновременно на одновибратор 49 поступает логическая единица от элемента ЗИ-НЕ 41 блока 19. Одновибрат.ор включается и вырабатывает сигнал логической единицы некоторой длительности, определяемой параметрами его R-C-це45

50

55

степень нагрузки электродвигателей, разных мощностей относительно их но минальных значений в процессе эксплуатации.

Использование преобразователя на пряжение-сопротивление с регулируемым усилителем на базер резисторной оптопары, резистор которЬй является основным зарядным резистором интегрирующей цепи R-C и переменных рези торов для цепи заряда - разряда, бе контактного ключа на базе оптотирис тора, функционально связанного с ка налом перегрузки блока индикации на рузки позволяет наиболее близко обе печить требуемую время-токовую защи ную характеристику в широком диапазоне мощностей.

0

5

0

5

0

35

пи 50. Продолжительность этого сигнала выбирается несколько большей, чем время пуска электродвигателя в нормальном режиме. Поэтому, если произошел нормальный пуск электродвигателя за время, меньшее, чем продолжительность сигнала одновибратора, то на выходе элемента ИМПЛИКАТОР 51 будет логическая единица и блок 20 не сработает . Если продолжительность . пуска больше установленной или произошло заклинивание рабочей машины, то на входе Х элемента 51 будет логический ноль, а на входе X j элемен-. та 51 - логическая единица, отчего на его выходе появляется логический ноль, сработа ет RS-триггер 52, индикатор срабатывания 53, а на элемент 21 и 22 (фиг. 1) подается напряжение, вызывающее срабатывание реле 23 и отключение электродвигателя от ; сети.

Таким образом, снабжение устройства усилителем 3 переменного тока ci регулируемым коэффициентом усиления и узлом 6 контроля степени нагрузки электродвигателя позволяет настраивать его на различный (номинальный) ток и использовать устройство для защиты электродвигателей разной мощности. При этом, трансформаторы тока 1, 33, 34, усилитель 4, блок индикации 6, блоки защиты 18-20 и другие элементы устройства остаются одними и теми же для всех защищаемых электродвигателей, независимо от их номинальной мощности.

Включение компаратора 9 через потенциометр 16 позволяет определить

степень нагрузки электродвигателей, разных мощностей относительно их номинальных значений в процессе эксплуатации. I

Использование преобразователя напряжение-сопротивление с регулируемым усилителем на базер резисторной оптопары, резистор которЬй является основным зарядным резистором интегрирующей цепи R-C и переменных резисторов для цепи заряда - разряда, бесконтактного ключа на базе оптотирис- тора, функционально связанного с каналом перегрузки блока индикации нагрузки позволяет наиболее близко обеспечить требуемую время-токовую защитную характеристику в широком диапазоне мощностей.

7137

Использование двух дополнительных быстронасыщающихся трансформаторов тока с двумя транзисторными ключами, а -Также третьего транзисторного ключа, функционально связанного с выпрямительным блоком через переключатель, а также блока логики позволила осуществить защиту Электродвигателя от

работы на двух фазах в широком диапа- fg контакт переключателя, а вторые вхо- зоне мощностей.

Использование порогового элемента функционально связанного с вьтрями- тельным блоком, одновибратора, функционально связанного с блоком защиты |5 от работы на двух фазах и логической схемы позволило осуществить защиту от работы в режиме заторможенного ротора в широком диапазоне мощно.стей.

Использование RS-триггеров и эле- 20 ментов индикации, а также промежуточного реле с переключающим контактом в блоке питания позволило обеспечить надежную память срабатывания при обрыве любой фазы питающей элекг 25 тродвигатель сети.

ды тех же блоков защиты соединены с общей точкой схемы через размыкающий контакт того же переключателя, при этом выход упомянутых блоков защиты через элемент ИЛИ подключены к входу исполнительного органа.

45

рямительный блок, с которым функционально соединён блок защиты от перегрузки, усилитель мощности с исполнительным реле, источник питания переменного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты от обрыва фазы и режима заторможенного ротора, оно дополнительно снабжено усилителем переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления узлом контроля степени нагрузки, переключателем с замыкающим и размйкаюпшм контактами, элементом ИЛИ, оптотиристором, блоком защиты от работы на двух фазах и блоком защиты от режима заторможенного ротора, при этом усилитель переменного тока включен между вторичной обмоткой трансформатора тока первой фазы и выпрямительным блоком, вход узла контроля степени нагрузки соединен с выходом упомянутого выпрямительного блока, а его выход с входом опто, 50

55

тока, а вход потенциометра подключен мезвду неинвертирующим входом компара тора блока контроля номинальной нагрузки и общей точкой схемы.

j

8

тиристора, анод которого соединен с источником питания переменного тока, а катод - с разрешающим входом блока защиты от перегрузки, первые входы блоков защиты от перегрузки, работы на двух фазах и режима заторможенного ротора соединены с выходом выпрямительного блока через замыкающий

контакт переключателя, а вторые вхо-

ды тех же блоков защиты соединены с общей точкой схемы через размыкающий контакт того же переключателя, при этом выход упомянутых блоков защиты через элемент ИЛИ подключены к входу исполнительного органа.

, 50

55

тока, а вход потенциометра подключен мезвду неинвертирующим входом компаратора блока контроля номинальной нагрузки и общей точкой схемы.

j

RS-триггером и элементом индикации причем выход усилителя блока защиты от работы на двух фазах соединен q S-входом триггера, R-вхрд которого является вторьм входом блока защиты, инверсньш выход RS-триггера соединен с элементом индикации, а прямой выход является выходом блока защиты.

с задержкой времени, инвертором, од- новибратором и элементом ИМПЛИКАТОР, RS-триггеррм и элементом индикации, причем пороговый элемент установлен на входе блока, выход его через инвертор соединен с вторым входом элемента ИМПЛИКАТОР, прямой вход од- новибратора соединен с выходом эле2

мента ЗИ-НЕ блока защиты от работы на двух фазах, а выход - с первым входом элемента ИМПЛИКАТОР, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с общей точкой схемы через размыкающий контакт переключателя, инверсный-вы- ход соединен с элементом индикации,

прямой выход является выходом блока защиты.

51 -