Устройстро для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы Советский патент 1989 года по МПК H02H7/08 H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сельском хозяйстве, для отключения электродвигателя при возникновении аварийных режимов работы.

Цель изобретения - повьпиение надежности защиты электродвигателя, повышение точности.

На фиг о 1 приведена блочная схема устройства для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема устройства для токовой защиты электродвигателя от аварийных реж-имов работы

Электродвигатель I (фиг„1 и 2) подключен посредством магнитного пускателя 2 к трехфазному источнику переменного тока с фазами А, В, С и нулевым проводом N, датчик 3 тока через квадратор 4 подключен к тепловому аналогу 5 электродвигателя, связанному посредством порогового устройства 6 с катушкой исполнительного реле 7, стабилизированный источник 8 постоСП

ьо

05 00 05

янного тока подключен между нулевым проводом N и контролируемой фазой С череэ контакты 9 исполнительного реле 7.

Датчик 3 тока содержит трансформатор 10 тока, выполненный на сердечнике из изоляционного материала, например текстолита, являющегося магнетиком, первичная обмотка W которого является токопроводом фазы С, а один

из выводов вторичной обмотки W соединен с плюсом стабилитрона 11 стабилизированного источника 8 постоянного тока, содержащего также выпрями- тельный мост 12, параллельно которому подключены конденсатор 13 и цепочка из последовательно включенных катушки 14 исполнительного реле 7 и стабилитрона I1 для обеспечения чувст- вительности схемы к изменению напряжения питания, причем анод стабилитрона 11 соединен с минусом выпрямительного моста и общим минусом схемы К диагонали переменного тока выпрями- тельного моста 12 подключен балластный конденсатор 15, параллельно вторичной обмотке W трансформатора 10 тока включен потенциометр 16, подвижный контакт которого Соединен с затво ром полевого транзистора 17, подкл1о- ченного истоком к плюсу стабилитрона 11, а стоком к шине b входа теплово

го аналога 5 электродвигателя ду квадратора 4.

1 и вхоКвадратор 4 выполнен на двух транзисторах 18 и 19 с разной проводимостью, у которых эмиттер транзистора 18 и коллектор транзистора 19 соединены между собой, с шиной а подключения входа теплового аналога 5 электродвигателя и со средней точкой делителя напряжения, выполненного из выходного резистора 20 и цепочки из последовательно включенных первого раз- вязьшающего диода 21 и резистора 22 начального участка параболы, который соединен с эмиттером транзистора 19, одним из вьшодов резистора 23 изменения наклона параболы и через нагрузочный резистор 24 с базой транзистора 19 и коллектором транзистора 18, база которого связана со средней точкой резистора 23 изменения наклона параболы Второй вывод резистора 23 изменения наклона параболы через резистор 25 и второй развязывающий диод 26 подключен к стоку транзистора 1 7 датчика 3 тока, выходному резистору 20 квадратора и шине b подключения входа теплового аналога 5,

Тепловой аналог 5 выполнен в виде соединенных последовательно резистора 27 имитации охлаждения электродвига - теля при отключении, узла 28 имита

j 0 5 д

ции нагревания электродвигателя при отключении, узла 28 имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузках и резистора 29, соединенного с плюсом накопительного конденсатора 30. Параллельно резистору 27 подключен первый тиристор 31, соединенный анодом через резистор 32 с шиной b входа теплового аналога 5, а катодом с настроечным резистором 33 теплового аналога 5 электродвигателя и через резистор 34 и третий развязывающий диод 33 с общим минусом схемыо Управляющий электрод тиристора 31 через резистор 36 соединен с анодом тиристора 31, Узел 28 имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузках содержит два включенных последовательно резистора 33 и 37. Резистор 37 является ограничителем скорости нарастания заряда накопительного конденсатора 30. Параллельно резисторам 33 и 37 включены второй тиристор 38 и узел 39 имитации нагревания электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидьгоании. Управляющий переход тиристора 38 подключен к средней точке делителя напряжения, составленного из стабилитрона 40 и резистора 41, При этом анод тиристора 38 соединен с катодом тиристора 31, а катод через резистор 42 и четвертый развязывающий диод 43 - с общим минусом схемы. Узел 39 содержит конденсатор 44 и резистор 45, Управляющий пе- .г реход тиристора 38 через резистор 41 связан с катодом тиристора 38, резисторами 37, 29 и 42.

Накопительный конденсатор 30 соединен плюсом с резистором 29 теплового аналога 5 электродвигателя и резистором 46 входного КСгконтура 47 порогового устройства 6, а минусом - с шиной а подключения теплового аналога, минусом конденсатора 48 входного RC-контура 47, резистором 49 блока 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем и одним из выводов импульё- ного трансформатора 51 порогового

5

0

0

5

устройства 6. Резистор 49 через переменный резистор 52 соединен с эмиттером однопереходного транзистора 53 и через замыкающий слаботочный контакт 54 магнитного пускателя 2 со средней точкой входного RC-контура 47. Первая база однопереходного транзистора 53 через резистор 55 соединена с вторым выводом импульсного трансформатора 51, вторичная обмотка которого через диод 56 соединена с управляющим переходом третьего тиристора 57. Вторая база однопереходного транзистора связана с плюсом стабилитрона 11 и катодом тиристора 57, анод которого через резистор 58 соединен с плюсом выпрямительного моста 12 стабилизированного источника 8 постоянного тока Катушка магнитного пускателя 2 включена в сеть посредством кнопки Пуск 59 и кнопки Стоп 60.

Параллельно резисторам 27, 33 и 37 включена кнопка тактом 6I.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии на кнопку Пуск 59 катушка магнитного пускателя 2 получает питание, замыкаются его силовые контакты в депи электродвигателя 1. Одновременно на выходе стабилизированного источника 8 постоянного тока появляется напряжение, в результате чего катушка 14 получает питание Геркон 9 исполнительного реле 7 замыкается и шунтирует кнопку Пуск, а электродвигатель включается в сеть.

10

проходит по ц-пи: сток транзистора 17 - выходной резистор 20 - первый развязывающий диод 2 - резистор 22 начальнот о участка параболы - общий минус стабилизированного источника 8 постоянного тока. С выходного резистора 20 на щину b подключения входа теплового аналога 5 электродвигателя подается напряжение. Одновременно открывается тиристор 31, обеспечивая прохождение сигнала с квадратора мимо резистора 27 через резисторы 33, 37 и 29 на плюс накопительного конденсатора 30 и его зарядку При дальнейшем увеличении тока нагрузки электродвигателя 1 возрастает величина напряжения, поступающего через второй развязывающий диод 26, резистор 25 и резистор 23 изменения наклона параболы, посредством которого осуществляется настройка квадратора 4, на базу транзистора 18. При напряжении между стоком транс замыкающим кон-25 зистора 17 и общим минусом схемы от

0,4 до 1,0 В начинает открьгааться транзр стор 18, входная характеристика которого близка к параболической. По мере приближения первого транзистора 18 к зоне насыщения сопротивление его эмиттер-коллекторного перехода значительно уменьшается и его выходная характеристика начинает приближаться к прямой линии. Однако потенциалом, снимаемым с нагрузочного резистора 24, открывается второй транзистор 19, выходная характеристика которого на начальном участке также близка к параболичес15

20

30

35

10

15

20

30

35

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сельском хозяйстве, для отключения электродвигателя при возникновении аварийных режимов работы. Целью изобретения является повышение надежности защиты электродвигателя. Для этого датчик тока выполнен в виде трансформатора с сердечником из магнетика, квадратор выполнен с применением двух транзисторов разной проводимости, тепловой аналог содержит узлы имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании и узел имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках, резистор имитации охлаждения электродвигателя при отключении, а также устройство содержит блок имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем. При работе электродвигателя сигналы с датчика тока поступают в тепловой аналог, который при аварийном режиме выдает сигнал в пороговый элемент, действующий через блок стабилизированного источника питания и исполнительного реле на отключение электродвигателя от сети. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

При этом по первичной катушке W тран- Q кой. Поэтому на выходном резисторе 20

сформатора 10 тока потечет пусковой ток защип1аемого электродвигателя, причем синусоидальный первичный переменный ток любой величины передается во вторичную обмотку без искажё- 45 НИИ, так как сердечник из магнетика практически невозможно насытить. С помощью потенциометра 16 осуществляется настройка теплового аналога электродвигателя. Б результате воздейст- 50 ВИЯ потенциала, снимаемого с потенциометра 16 на затвор транзистора 17, последний открывается и сигнал, изменяющийся по величине пропорционального току статора электродвигателя, с поступает на квадратор 4,

При малых значениях сигнала, поступающего с транзистора 17, оба транзистора 18 и 19 квадратора закрыты и ток

закон изменения напряжения продолжает оставаться близким к гиперболе При полностью открытом транзисторе 19 происходит шунтирование транзистора 18, резисторов 22 и 24 и первого развязывающего диода 21. На выходной резистор 20 при полностью открытом транзисторе 17 подается фактически полное напряжение стабилизированного источника 8 постоянного тока, т.е. во всем диапазоне изменения первичного тока квадратор воспроизводит параболу. Наклон параболы изменяется резистором 23, причем очень легко получать закон

I ах .

В зависимости от потенциала, снимаемого с резистора 20, конденсатор

закон изменения напряжения продолжает оставаться близким к гиперболе При полностью открытом транзисторе 19 происходит шунтирование транзистора 18, резисторов 22 и 24 и первого развязывающего диода 21. На выходной резистор 20 при полностью открытом транзисторе 17 подается фактически полное напряжение стабилизированного источника 8 постоянного тока, т.е. во всем диапазоне изменения первичного тока квадратор воспроизводит параболу. Наклон параболы изменяется резистором 23, причем очень легко получать закон

I ах .

В зависимости от потенциала, снимаемого с резистора 20, конденсатор

30 может зарядиться до разных значений.

Одновременно с конденсатором 30 по цепи: резистор 32 - тиристор 31 - резистор 45 осуществляется заряд конденсатора 44 узла 39 имитации нагрева электродвигателя 1 при пуске, заклинивании или опрокидывании Емкость конденсатора 44 более чем на поря-. док меньше емкости конденсатора 30, поэтому его заряд осуществляется значительно интенсивнее заряда конденсатора 30. Если пуск электродвигателя недопустимо затянулся, или рабочая машина была заклинена или электродвигатель по какой-либо причине опрокинулся и работает в режиме короткого замыкания, то зарядом конденсатора 44 открывается тиристор 38 и заряд кон- денсатора 30 осуществляется напрямую, минуя резисторы 33 и 37. Потенциал конденсатора интенсивно повышается, следом за ним практически без отставания следует потенциал конденсатора 48 выходного RC-контура 47 .(так как емкость конденсатора 48 более чем на три порядка меньше емкости конденсатора 30), Одновременно через замкнутый слаботочный контакт 54 магнитного пускателя 2 часть заряда стекает через резисторы 46, 52 и 49, имитируя отдачу тепла в окружающую среду работающим электродвигателем

При достижении напряжения на кон- денсаторе 48 порога срабатывания порогового устройства 6 транзистор 53 открывается, по трансформатору 51 потечет ток разряда конденсатора 48, трансформатор 51 вырабатывает импульс который через диод 56 поступает на управляющий переход тиристора 57, который открывается и шунтирует катушку 14 исполнительного реле 7, Геркон 9 размьжает ся, что приводит к отклю- чению электродвигателя от сети.

Если пуск электродвигателя прошел нормально и он нормально функционирует, то потенциал конденсаторов 30 и 48 не достигнет порога срабатыва- ния транзистора 53, так как ток заряда конденсатора 30 ограничивается резисторами 33, 37 и 29, а через резисторы 46, 52 и 49 стекает ровно столько заряда, сколько его получает кон- денсатор 30 с выходного резистора 20, т.е. в электродвигателе закончился переходной процесс нагревания и более его температура не повышается

При отключении электродвигателя кнопкой Стоп 60 или в результате аварийного срабатывания порогового устройства и исполнительного реле 7 замыкающий слаботочный контакт 54 магнитного пускателя размыкается, отключая цепь 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду при работающем электродвигателе, по трансформатору 10 тока не протекает первичный ток, транзистор 17 закрывается, тиристор 31 закрывается о В результате создается цепь разряда конденсатора 30 через резисторы 29, 37, 33, 27 и 20. Сопротивление резистора 27 примерно в 4 раза больше суммы сопротивлений резисторов 29, 37, 33 и 20. Поэтому разряд конденсатора 30 осуществляется примерно в 5 раз медленнее заряда. Такда путем учитьшается разница в постоянных времени нагревания и охлаждения электродвигателя при работе и отключении от сети.

Если в процессе работы электродвигателя его нагрузка на валу изменяется в сторону уменьшения от номинального значения, то по первичной обмотке трансформатора 10 потечет меньший ток. Квадратор 4 вырабатывает меньший потенциал на резисторе 20, поэтому потенциал плюсового вывода конденсатора 30 окажется вьппе потенциала шины Ь„ Поэтому тиристор 31 закрывается. Таким образом обеспечивается уменьшение на 15.,,.20% постоянной времени нагревания электродвигателя при его работе на холостом ходу. Это происходит вследствие того, что параллельно цепь 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем подключаются резисторы 27, 20 и увеличивают ток разряда конденсатора 30 на 15.,о20%. При этом цепь разряда конденсатора 30 через резисторы 46 52 и 49 сохраняется,

В процессе работы электродвигателя с производственными механизмами возможна ситуация, когда необходимо заставить перегретый электродвигатель поработать еще некоторое время для предотвращения развития более тя- желой аварии, которая может быть связана с выходом из строя технологического оборудования, порчей продукции, производственными травмами, В этой случае в схеме предусмотрена кнопка

61 с замыкающим контактом ускорения разряда накопительного конденсатора 30.

При нажатии на кнопку 61 создается цепь разряда конденсатора 30 через резистор 29, контакт кнопки 61 и резистор 20. После полного разряда конденсатора 30 или частичного до величины, соответствующей температуре электродвигателя ниже предельно допустимой величины для данного класса изоляции, электродвигатель может быть включен для завершения прерванной технологической операции„

Развязывающие диоды 21, 26, 35 и 43 предназначены для предотвращения возникновения ложных цепей токов в процессе работы теплового аналога Например, при отключении электродвигателя от сети конденсатор 30 должен разряжаться через резисторы 29, 37, 33, 27 и 20. Если не поставить развязывающие диоды, то создается лоная цепь разряда через резисторы 29, 42 и 22. При нормальной работе электродвигателя под нагрузкой тиристор 31 открыт и ток заряда конденсатора 30 должен проходить по цепи: резистор 32 - тиристор 31 - резисторы 33, 37 и 29. При отсутствии развязьшаю- щих диодов заряд конденсатора 30 мог осуществляться по цепи: резистор 32 тиристор 31 - резистор 34 - общий минус схемы - резисторы 42 и 29„ Это могло привести к изменению значения постоянной времени нагревания модели электродвигателя.

Следовательно, развязывающие диоды 21, 26, 35 и 43 обеспечивают нормальную работу теплового аналога электродвигателя о

Таким образом, в предлагаемом устройстве для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов рабо - ты благодаря предложенному выполнению узлов и связей между ними появляется возможность увеличения точности измерения тока статора электродвигателя и возведения его в квадрат, изменения наклона параболы квадратора, учета изменения значения постоянной времени нагревания электродвигателя при работе под нагрузкой и на хо холостом ходу, учета постоянной времени охлаждения электродвигателя при его работе в повторно-кратковременноь номинальном режиме в периоды отключений от сети трехфазного переменного

0

тока, аварийного отключения электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидывании, увеличения экономичности схемы, умень- | шения габаритов устройства, упрощения настройки порогов .срабатывания устройства, измерения одним типоразмером датчика тока значений тока, потребляемых электродвигателями, в пределах О,I.«250 А, включения перегретого электродвигателя в работу, если этого требует технологический процесс, что повышает надежность уст- 5 ройства защиты в целом.

Формула изобретения

f 1 о Устройство для токовой защиты

0 электродвигателя от аварийных режимов работы, содержащее датчик тока для установки в цепи электродвигателя, первый вывод которого подключен к первому вьгводу квадратора, вто5 рой вьшод квадратора подключен к первому выводу теплового аналога электродвигателя, второй вывод которого подключен к первому выводу порогового элемента, второй вывод которого и

0 второй вьтод датчика тока объединены между собой и подключены к первому выводу блока стабилизированного источника питания и исполнительного реле, второй вывод которого подключен к третьему выводу квадратора, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности, третий и четвертый выводы теплопого аналога электродвигателя подключены к третьему выводу квадратора, четвертый вывод которого подключен к пятому вы - воду теплового аналога электродвигателя, третьему выводу порогового элемента и первому выводу блока имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем, второй вьшод которого через слаботочный замыкающий контакт магнитного пускателя подключен к четвертому выводу порогового элемента, пятый и шестой выводы которого подключены соответственно к первому и третьему выводам блока стабилизированного источника питания и исполнительного реле, между слаботочным контактом магнитного пускателя и вторым вьтодом блока имитации отдачи тепла работающим электродвигателем включен седьмой вывод порогового элемента, а датчик тока выпол5

0

5

0

5

11

нен в виде трансформатора ком из магнетика

1 с сердечнио т

л и ч повы

ю щ е е с я тем, что с целью щения точности,квадратор выполнен на двух транзисторах разной проводимости, эмиттер первого транзистора р-п-р-типа, коллектор второго транзистора п-р-п-типа и первый вывод резистора начального участка параболы объединены между собой и являются четвертым выводом квадратора, эмитер первого транзистора подключен к первому вьшоду первого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и яляется первым и вторым выводами квадратора, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу потенциометра, второй вьгоод которого подключен к базе первого транзистора коллектор которого подключен к базе второго транзистора и первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к третьему выводу потенциометра, эмиттеру второго транзистора, второму выводу резистора начального участка параболы и является третьим выводом квадратора.

10

20

25

30

35

40

такта кнопки и является первым вьшо- дом теплового аналога электродвигателя, второй вывод первого резистора подключен к аноду первого тиристора, между управляющим электродом и анодом которого включен второй резистор, катод первого тиристора подключен к аноду второго тиристора, катоду стабилитрона, первому выводу узла имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании, первым выводам узла имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках и первому выводу третьего резистора, анод стабилитрона подключен к управляющему электроду второго тиристора и первому вьшоду четвертого резистора, второй вывод которого подключен к катоду второго тиристора, второму выводу узла имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании, второму выводу узла имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках, второму выводу замыкающего контакта кнопки и к первым выводам пятого и шестого резисторов, вторые выводы третьего и шестого резис торов подключены к анодам первого и второго диодов соответственно, катоды которых являются соответственно третьим и четвертым выводами теплового аналога электродвигателя, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу накопительного конденсатора и является вторым выводом теплового аналога электродвигателя, второй вывод накопительного конденсатора является пятым выводом теплового аналога электродвигателя.

А В С N

WA

Стоп-БО : УсС59

Tiff

Фиг.1

В С Н S} 0 0

8