Устройство для тепловой защиты трехфазного асинхронного электродвигателя Советский патент 1988 года по МПК H02H5/04 

о

00 СО

10

15

11408490

Изобретение относится к электрооборудованию, а именно к устройствам защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, в частности защиты от недопустимого нагревания, и может быть использовано для контроля теплового состояния электродвигателя, а следовательно,, и для контроля его загрузки, а также во всех отрас лях народного хозяйства, где эксплуатируются трехфазные асинхронные электродвигатели.

Цель изобретения - повьппение на- .дежиости и расширение области применения.

На чертеже изображена принципиальная /электрическая схема устройства защиты и контроля теплового состояния электродвигателя.

Устройство включает источник 1 двухполярного питания, исполнитель- ньй блок 2 с указательным реле 3, размыкаю1 Ц1й контакт А которого включен в цепи катугаки электромагнитного пускателя 5. На выходе исполнительного блока 2 установлен элемент 6 незначительной задержки времени для по- вьшения помехоустойчивости исполнительного органа.

Устройство содержит также индикатор 7 настройки и транзисторный ключ 8 с резистором 9, регулирующим ток подогрева термодатчика 10, установленного внутри электродвигателя 11, блок 12 управления с первым 13 и вторым 14 инверторами и логической схемой 2 И-НЕ 35. Блок 16 контроля нагрузки включает два малогабаритные трансформаторы тока 17 и 18, вторичные обмотки которых соединены на разность токов двух фаз и нагружены на переменный резистор 19. В блок 16 входит также усилитель 20 переменного тока, выполненный на базе операционного усилителя, коэффициент усиления которого регулируется переменным резистором 21. В устройство входит также блок 22 сравнения, который включает в себя измерительный мост 23 с

20

25

30

35

40

45

тельный аналоговый или циАровой прибор (не показан). В устройстве в качестве термодатчика ГО используется малогабаритный термометр сопротивления.

Устройство защиты и контроля теплового состояния электродвигателя работает следующим образом.

При вводе устройства в эксплуатацию сначала производят настройку устройства на номинальный (или рабочий) ток .защищаемого электродвигателя. Для этого переменный резистор 19 устанавливают в положение нулевого значения сопротивления, а резистор 21 - в конечное, но малое значение сопротивления. Запускают электродвигатель 11, ив рабочем режиме нагрузки с помощью резисторов 19 и 21 добиваются срабатывания индикатора 7 настройки. Таким путем для электродвигателей разньпс мощностей можно обеспечить одинаковое напряжение на выходе блока 16 контроля нагрузки. Сразу же после срабатывания индикатора 7 настройки -уменьщают сопротивление резистора 21 в 2-3 раза, что равносильно уменьшению измеряемых трансформаторами 17 и 18 тока значений токов электродвигателя в 2-3 раза. Отключают электродвигатель от сети, а.потом снова включают. При этом во время пуска токи электродвигателя возрастают в 4-7 раз и индикатор 7 настройки срабатьгеает. Одновременно включается транзисторньй ключ 8 и происходит дополнительный подогрев термодатчика 10 током, величина которого регулируется резистором 9 при изготовлении устройства. Этот ток выбирается такой величины, чтобы срабатывание устройства защиты происходило только от подогрева термодатчика 10 дополнительным током за время, меньиее допустимого времени нахождения электродвигателя в режиме заторможенного ротора.

При пусковых токах электродвигателя на выходе блока 16 напряжение лоподстроечным резистором 24, дифферен- 0 гической единицы появляется периоди- циальный усилитель 25, инвертирз щий усилитель 26 с подстроечнь1м резистором 27, первый компаратор 28 с под- строечным резистором 29 и второй комчески с частотой 50 Гц. Соответственно инвертор 13 и транзисторный ключ 8 также срабатывают с этой частотой В момент положительной полуволны напаратор 30 с подстроечным резистором пряжения на выходе усилителя 20. В 31, диодный элемент ИЛИ 32. Блок 22 сравнения имеет измерительный выход 33, к которому подключается измеримомент открытого состояния ключа 8 на выходе блока 22 сравнения появляется сигнал логической единицы, но

0

5

0

5

0

5

0

5

тельный аналоговый или циАровой прибор (не показан). В устройстве в качестве термодатчика ГО используется малогабаритный термометр сопротивления.

Устройство защиты и контроля теплового состояния электродвигателя работает следующим образом.

При вводе устройства в эксплуатацию сначала производят настройку устройства на номинальный (или рабочий) ток .защищаемого электродвигателя. Для этого переменный резистор 19 устанавливают в положение нулевого значения сопротивления, а резистор 21 - в конечное, но малое значение сопротивления. Запускают электродвигатель 11, ив рабочем режиме нагрузки с помощью резисторов 19 и 21 добиваются срабатывания индикатора 7 настройки. Таким путем для электродвигателей разньпс мощностей можно обеспечить одинаковое напряжение на выходе блока 16 контроля нагрузки. Сразу же после срабатывания индикатора 7 настройки -уменьщают сопротивление резистора 21 в 2-3 раза, что равносильно уменьшению измеряемых трансформаторами 17 и 18 тока значений токов электродвигателя в 2-3 раза. Отключают электродвигатель от сети, а.потом снова включают. При этом во время пуска токи электродвигателя возрастают в 4-7 раз и индикатор 7 настройки срабатьгеает. Одновременно включается транзисторньй ключ 8 и происходит дополнительный подогрев термодатчика 10 током, величина которого регулируется резистором 9 при изготовлении устройства. Этот ток выбирается такой величины, чтобы срабатывание устройства защиты происходило только от подогрева термодатчика 10 дополнительным током за время, меньиее допустимого времени нахождения электродвигателя в режиме заторможенного ротора.

При пусковых токах электродвигателя на выходе блока 16 напряжение ло гической единицы появляется периоди-

чески с частотой 50 Гц. Соответственно инвертор 13 и транзисторный ключ 8 также срабатывают с этой частотой В момент положительной полуволны напряжения на выходе усилителя 20. В

момент открытого состояния ключа 8 на выходе блока 22 сравнения появляется сигнал логической единицы, но

одновременно на выходе инвертора 13 появляется сигнал логического нуля, поэтому логическая схема 2И-НЕ своего положения не изменяет, и на выходе блока управления 12 присутствует сигнал логического нуля. Таким образом, логическая схема 2И-НЕ 16 осуществляет блокировку от срабатывания защиты в момент дополнительного по- догрева термодатчика 10.

В период протекания пусковых токов при отрицательной полуволне напряжения на выходе усилителя 20 транзисторный ключ 8 закрыт. В этот мо- мент происходит измерение сопротивления термодатчика 10 и на выходе усилителя 26 появляется напряжение, про- порщюнальное температуре электро;2ви- гателя 11. При появлении на выходе усилителя 26 напряжения, превьппающего напряжение nopoi-a срабатывания компаратора 28 (что соответствует возрастанию температуры до предельно допустимой ) на выходе блока 22 сравнения появляется сигнал логической единицы, которьй поступает на первый вход элемента 2И-НЕ. Одновременно на второй вход этого элемента поступает также сигнал логической единицы от инвертора 13 и элемент 2И-НЕ 15 переключается, на выходе инвертора 14 появляется сигнал логической единицы. Срабатывает исполнительный орган 2 и электромагнитньй пускатель 5 отключает электродвигатель от сети.

В нормальном режиме работы электродвигателя 11 происходит измерение сопротивления термодатчика 10. На выходе 33 блока 22 сравнения возникает напряжение, пропорциональное температуре термодатчика, а следовательно, электродвигателя. С помощью подстро- ечного резистора 24 при изготовлении устройства балансируется измерительный мост 23, ас помощью резистора 27 выбирается масштаб выходного напря -. жения. Резистором 29 устанавливается верхний предел контролируемого сопротивления термодатчика 10, а следовательно, контролируется верхняя температура нагревания и обрыв термодатчика, а резистором 31 - нижнее сопротивление те рмодатчика, т.е. режим его короткого замыкания.

-

В нормальном режиме работы на вы

ходе блока 22 сравнения сигнал отсутствует. От блока 16 контроля нагрузки поступает напряжение, величина ко10

.jn 25,

.-

1084904

торого ниже порога срабатывания инвертора 13. Следовательно, на выходе инвертора 13 присутствует напряжение логической единицы, а на выходе блока 12 управления логический ноль.

При нарушении вентиляции, чрезмерном нагреве окружающей среды, постепенном увеличении механической нагрузки, .снижении напряжения сети, перекосе фаз и других подобных аварийных режимах происходит медленное повышение температуры электродвигателя. В этих случаях сигнал на выходе блока 16 контроля нагрузки ниже порога срабатывания инвертора 13, и подогрев термодатчика 10 дополнительно токами не происходит. Устройство 22 сравнения осуществляет измерение сопротивления- термодатчика, следовательно, температуры обмотки электродвигателя. При возрастании напряжения на выходе усилителя 26 вьпие порога срабатывания компаратора 28 на первом входе логической схемы 2И-ПЕ 15 появляется сигнал логической единицы. На втором входе этого элемента также присутствует сигнал логической единицы, следовательно, на выходе его - логический ноль, а на выходе инвертора 14 - логическая единица. Исполнительный орган 2 при этом срабатывает и произойдет отключение электродвигателя от сети.

Таким образом, снабжение устройства транзисторным ключом позволяет обеспечить дополнительный подогрев термодатчика только в период пуска и режима заторможенного ротора, что упрощает функциональные связи между отдельными блоками устройства, повышает надежность защиты.

Кроме этого, снабжение устройства транзисторным ключом, блоком управления с двумя инверторами и логической схемой 2И-НЕ, связанной с выходом блока сравнения, позволяет организовать поочередной контроль сопротивления термодатчиков и их подогрев, что также повышает надежность защиты.

Снабжение устройства индикатором настройки, а блока контроля нагрузки усилителем переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления позволяет использовать одно и то же устройство- для защиты и контроля тепло - вого состояния многих электродвигателей в широком диапазоне их номинальных мощностей.

30

35

40

45

50

55

5 1

Использование двух фазных трансформаторов тока, вторичная обмотка которых включена на разность тока двух фаз и присоединена к входу усилителя переменного тока, позволяет надежно улавливать неполнофазные режимы при заторможенном роторе, что повьпиает надежность .

Применение двух компараторов на выходе инвертирующего усилителя блока сравнения и диодного элемента ИЛИ позволяет обеспечить, срабатывание защиты при обрыве или коротком замыкании цепи термодатчика, что также по-

I вышает надежность защиты.

I Предлагаемое устройство проще и

I надежнее известного и обеспечивает

i

I экономический эффект в связи с мень шими капитальными затратами и экс-

плуатаиионнг.пчи расходами.

|Формула изобретения

I 1. Устройство для тепловой защиты I трехфазного асинхронного электродви- I гателя, содержащее блок питания, вход ;которого содержит клеммы для подклю- Iчения к питающей сети, термодатчик, устанавливаемый внутри электродвига- теля и соединенный с входом блока iсравнения, выход которого соединен с I первым входом блока управления, пер- вый выход которого соединен с входом I исполнительного-блока, блок контроля {нагрузки, входы которого имеют клеммы |для подключения к датчикам тока соот- |ветствующих фаз питающей сети, о т - л и ч а ю tti е е с -я тем, что, с це- лью повышения надежности и расширения области применения, в него дополнительно введены транзисторный ключ и индикатор настройки, при этом вход транзисторного ключа с входом индикатора настройки и вторым выходом блока управления, выход транзисторпого ключа соедт тген с одним из вынодов термодятчика, выход блока контроля .нагрузки соединен с вторым входом блока управления.

2,Устройство но п.1, о т л и - ч а 10 щ е ее я тем, чтО блок управления выполнен на последовательно соединенных первом инверторе, логической схеме 2И-НЕ, втором инверторе, при этом первый вход логической схемы ZH-FIE является перВ1,1м входом блока управления, второй вход - вторым выходом блока, вход первого инвертора является вторым входом блока управления, а выход BTOpoi o инвертора - его первым выходом,

3,Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля нагрузки выполнен на двух трансформаторах тока, являющихся входами блока контроля нагрузки, вторичные обмотки которых соединены на разность токов и подключены к входу усилителя переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого является выходом блока контроля нагрузки,

4,Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что блок сравнения содержит резистивный измерительный мост, одно плечо которого составляет термодатчик, являющийся входом блока сравнения, к выходу ре- зистивного измерительного моста подключены последовательно соединенные дифференциальный и инвертирующий усилители, к выходу последнего подключены неинвертирующим входом первый компаратор н инвертирукодим входом - второй компаратор, выходы обоих компараторов подключены к соответствующим входам диодного элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока сравнения .

А в С О

9 О 9 о

Устройство относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, в частности защиты от недопустимого нагревания. Одновременно оно может быть использовано для контроля теплового состояния трехфазных асинхронных электродвигателей. Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены транзисторный ключ и индикатор настройки, входы которых подключены к второму выходу блока управления, первый вход которого связан с выходом блока сравнения, а второй вход - с выходом блока контроля нагрузки, первый выход блока управления соединен с исполнительным блоком. Выход транзисторного ключа соединен с термодатчиком. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. е (Л

I %1

iM