Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы Советский патент 1990 года по МПК H02H7/08 

,-

..

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для Защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отраслях народно го хозяйства.

Цель изобретения - повышение надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и Перегрузочной способности электродви гателей.

На фиг.1 приведена принципиальная Схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - характер изменения напряжений в различных точках устройства,

Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигателя в напряжение, концы вторичных обмоток которых соединены звездой и образуют общую точку устройства, а начала об- моток поданы на вход трехфазного двухполупериодного выпрямителя , выходы которого являются выходами источника питания устройства защиты. Напряжение образованного таким обра- зом двухполярного источника пигания регулируется переменным нагрузочным резистором 5. Максимальное значение напряжения питания, возникающее при пуске двигателя, ограничено парамет- рическим стабилизатором (блоком) 6, на выходе которого включен диод 7 в прямом направлении, а после диода 7 конденсатор 8 фильтра и остальная часть схемы. До диода 7 нэп- ряжение питания не сглажено и имеет пульсирующий характер, а после диода 7 и конденсатора 8 содержит только постоянную составляющую. Опорный делитель 9 напряжения образован резис- тором 10 и стабилитроном 11 и подключен к катоду диода 7 и минусу источника питания, а резисторный делитель 12 напряжения образован резисторами

13 и 1 и подключен к аноду диода 7 и минусу источника питания. Таким образом, опорный делитель 9 питается постоянным (сглаженным) током, а резисторный делитель 12 - пульсирующим током. Средняя точка опорного делителя 9 подключена к инвертирующему входу операционного усилителя (компаратора 15), а средняя точка реэис- торного делителя 12 - к неинвертирующему входу компаратора 15. Между по-. люсом выпрямленного сглаженного напряжения и общей точкой устройства включены опорный делитель 16 напряжения, резисторный делитель 17 напряжения. Делитель 16 напряжения образован резистором 18 и стабилитроном 19, а делитель 17 - резисторами 20 и 21. Средняя точка делителя 17 подключена к инвертирующему входу второго компаратора 22, а средняя точка делителя 16 - к неинвертирующему входу компаратора 22, образующего пусковой орган блока защиты от перегрузки. Выход компаратора 22 подключен в входам транзисторных ключей прямой проводимости 23 и обратной проводимости 2. Транзисторные ключи 23 и 2k нагружены соответственно световыми индикаторами 25 и 26, Кроме того, выход транзис-- торного ключа 23 соединен с входом стабилитронно-резисторного аппрокси- матора 27, выход которого соединен с входом интегратора 28 на операционном усилителе и через резистор 29 с выходом транзисторного ключа 2. Выход интегратора 28 через первый диод ЗЭ элемента ИЛИ 31 соединен с исполнительным органом 32, имеющим на входе пороговый элемент (стабилитрон) 33, а на выходе - указательное реле, выход первого компаратора 15 через элемент 3 задержки времени соединен с вторым диодом 35 элемента ИЛИ 31. Anпроксиматор 27 имеет стабилитроны 36-39 и резисторы 40-43, причем стабилитроны имеют возрастающие пороги срабатывания (UCT36 UCT37 UCT36 iUCT39), а резисторы имеют сопротив. а . ч Б делителей 12 блока 48 защиты от работы на

ления R42 R43. Элемент 34 задержки времени имеет регулировочный резистор 44 и через резистор 45 и стабилитрон 46 соединен также с минусом питания. Делители 16 и 17, компаратор 22, транзисторные ключи 23 и 2, индикаторы 25 и 26, аппрок- симатор 27 и интегратор 28 образуют блок 47 защиты двигателя от пере грузки.

Делители 9,и 12, компаратор 15 образуют блок 48 контроля последова-. тельности импульсов (контроля фаз).

На фиг.2о приведен характер изменения напряжения и„ и U 9 и

двух фаза-х при разных положениях нагрузочного резистора 5 в процессе настройки при номинальном токе; на фиг.2Ј - изменения напряжения на выходе компаратора 15 в процессе настройки и схема блока 48 с указанием контрольных точек; на фиг.2Ь - изменение напряжения U9 и Ur в процессе настройки блока 48 защиты от перегрузки и схема порогового органа этого блока; на фиг.2г - изменение напряжения Ujg. на выходе компаратора 22 блока 47 в процессе настройки.

Преобразователи 1-3 могут быть выполнены в виде обычных трансформаторов тока с неизменными обмотками или иметь разборный ленточный магнитопро вод, на котором размещены два каркаса для обмоток. В последнем случае на одном каркасе наматывается вторичная обмотка при изготовлении устройства, на другом - первичная обмотка при вводе устройства в эксплуатацию Число витков первичной обмотки определяется из выражения W

МДС ном

где МДС ном - номинальная магнитодвижущая сила преобразователя; 11 ном - номинальный ток электродвигателя. Число витков вторичной обмотки выбирается таким, чтобы обеспечить при холостом ходе электродвигателя напряжение питания схемы, достаточное для работы схемы и срабатывания исполнительного органа 32.

Стабилитроны 11 и 19 устройства .т „примерно одинаковые пороги сра

10

5346086

батывания, а стабилитроны аппроксима- тора - возрастающие пороги срабатывания. Они обеспечивают совместно с резисторами в их цепи и интегратором 28 оптимальную защитную характеристику для двигателей . всех мощностей .

Стабилизатор 6 ограничивает питающее напряжение на уровне, в 2,0 раза превышающем напряжение питания при номинальном токе нагрузки, а стабилитрон 46 имеет порог срабатывания на уровне 2,5-3,0 раза большем, чем напряжение питания при номинальной нагрузке. Стабилитрон 33 имеет порог срабатывания, примерно равный 0,2- 0,3 от напряжения питания при номинальной нагрузке.

Устройство работает следующим образом.

15

20

5

0

5

Предположим, требуется защитить от перегрузки и работы на двух фазах электродвигатель мощностью 5,5 кВт, номинальный ток которого 11 А. Номинальная МДС преобразователей 1-3 составляет 90 ампервитков и они выполнены разборными. Перед монтажом устройства наматывают их первичные обмотки (по 8 витков /90/11 л 8/ провода соответствующего диаметра). Сопротивление нагрузочного резистора 5 уменьшают до нуля. Далее производят настройку.устройства на номинальный ток. Для этого пропускают по первичным обмоткам номинальный ток и, увеличивая сопротивление нагрузочного резистора 5 поднимают напряжение питания схемы. При этом сначала напря0 жение на инвертирующем входе компаратора 15 больше, чем на неинвертирующем входе, отчего на его выходе существует минус (фиг.2а иЈ). Одно-. . временно напряжение на неинвертирую5 тем входе компаратора 22 больше, чем на его инвертирующем входе, отчего на выходе компаратора 22 существует плюс (фиг.2 & и 1 . Под действием этого напряжения транзисторный ключ 24 открыт, индикатор 26 светится и инвертирующий вход интегратора 28 соединен с минусом питания. При дальнейшем увеличении сопротивления нагрузочного резистора 5 напряжение питания достигает сначала значения напряжения стабилизации стабилитрона 19t a потом такого значения, что напряжение Ug- Ua (фиг.2а и 5 ) , отчего компаратор 15 переключается, а на его выходе

0

5

появляется плюс источника питания. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора 5 Ur Uj, (фиг .2 Б и t), компаратор 22 переклю- чается и на его выходе появляется минус. Транзисторный ключ закрывается, а ключ 23 открывается. Загорается индикатор 25. Этот режим соответствует номинальному току элект- родвигателя. На этом режим настройки закончен.

Устройство для защиты можно настроить не только на номинальный ток любого электродвигателя, но и на лю- бой ток рабочего режима. Для этого после намотки первичной обмотки (если преобразователи 1-3 разборные), включения устройства и вывода двигателя на рабочий режим постепенно уве личивают сопротивление резистора 5 до тех пор, пока не засветится индикатор 25, после чего сопротивление резистора 5 незначительно уменьшают, При такой настройке надо быть уверен ным, что рабочий режим двигателя име место при токе ниже номинального. После настройки монтируют устройство для защиты, включают первичные обмотки преобразователей 1-3 последова- тельно с обмотками защищаемого электродвигателя и включают двигатель в работу.

При токе электродвигателя меньше номинального светится индикатор 26, а при номинальном токе - индикатор 25. Если загрузка на валу электродвигателя возрастает выше номинальной (на 5-10%), пробивается стабилитрон 36 и включается в работу аппроксима- тор 27 и интегратор 28. На выходе последнего отрицательное напряжение постепенно возрастает. Скорость роста напряжения на выходе интегратора 28 определяется сопротивлением реэисто- ра 0 и емкостью конденсатора интегратора 28. Если ток двигателя еще больше увеличивается, то включается Е) работу стабилитрон 37 и скорость интегрирования возрастает, Наиболее быстро происходит увеличение напряжения на выходе интегратора 28 при включении в работу всех стабилитронов аппроксиматора 27. В этом случае резисторы оказываются включенными параллельно, результирующее сопротивление их уменьшается, следовательно, скорость интегрирования интегратора 28 увеличивается. При достижении на выходе интегратора 28 напряжения пробоя стабилитрона 33 происходит срабатывание исполнительного органа 32 и отключение электродвигателя от сети.

При уменьшении тока ниже номинального транзисторный ключ 23 закрывается, а транзисторный ключ 2 открывается. Происходит интегрирование напряжения в обратную сторону, т.е. уменьшение отрицательного напряжения на выходе интегратора 28. Тем самым интегрируется охлаждение электродвигателя.

При пуске двигателя напряжение питания, поступающее от блока kt становится больше напряжения стабилизации блока 6, отчего вся схема оказывается под стабильным напряжением 2ином (номинального режима) за исключением стабилитрона А6, который имеет порог срабатывания больший, чем стабилитрон блока 6. Включается в работу блок 7. Одновременно ста-- билитрон U6 пробивается и происходит быстрый заряд конденсатора блока 3 задержки времени. Время задержки регулируется резисторами kk и 45 и выбирается незначительно большим, чем время пуска электродвигателя в нормальных условиях. Поэтому в Нормальных условиях пуска отключение двигателя от сети не происходит.

При возникновении режима заторможенного ротора (предельный случай перегрузки) включается в работу ап- проксиматор 27. Одновременно пробивается стабилитрон 6 и с небольшой задержкой времени включается исполнительный орган, а двигатель отключается от сети.

В режиме короткого замыкания цепе электродвигателя устройство работает аналогично режиму заторможенного ротора с той лишь разницей, что срабатывание устройства происходит за меньшее время в связи с большим напряжением, поступающим на стабилитрон 6 от выпрямителя k.

При возникновении двухфазного режима работы напряжение tig- имеет провалы до нуля, следовательно, периодически возникает режим Ua U (фиг.2$) отчего компаратор 15 периодически переключается и на его выходе появляются импульсы отрицательного напряжения. С небольшой задержкой времени отрицательное напряжение поступает

9153 608

на вход элемента ИЛИ 31 и далее на исполнительный орган 32. При достижении напряжения срабатывания стабилитрона 33 исполнительный орган 32 , включается и двигатель отключается от сети. Задержка на срабатывание регулируется резистором й,

Таким бразом, снабжение блока перегрузки двумя транзисторными ключа- JQ ми разной проводимости, нагруженными световыми индикаторами, позволяет надежно проводить настройку устройства на номинальный (рабочий) ток разных по мощности электродвигателей. 15

Снабжение блока перегрузки стаби- литронно-резисторным аппроксиматором, включенным на выходе транзисторного ключа, срабатывающего при нагрузке, равной или выше номинальной, и под- 20 ключение этого аппроксиматора к инвертирующему входу интегратора на базе операционного усилителя, а также подключение инвертирующего входа к

10

дои, нейтраль которой соединена с клеммой для подключения к общей шине питания устройства, другие выводы вторичных обмоток соединены с входами трехфазного двухполупериодного вы прямителя, выход которого зашунтиро- ван переменным нагрузочным резистором, блок контроля последовательности импульсов, конденсатор фильтра блок защиты электродвигателя от пере грузки, исполнительный орган с пороговым элементом на входе, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способнос ти электродвигателя, оно дополнитель но снабжено параметрическим стабилизатором, развязывающим диодом, эле ментом задержки времени, элементом ИЛИ, а блок контроля последовательности импульсов выполнен в виде операционного усилителя, включенного в

выходу транзисторного ключа, срабаты- 25 Режиме компаратора, опорного делителя напряжения, образованного последо вательно включенными резистором и стабилитроном и подключенным между катодом развязывающего диода и минусом трехфазного двухполупериодного выпрямителя, резисторного делителя напряжения, подключенного между анодом развязывающего диода и минусом упомянутого выпрямителя, при этом инвертирующий вход компаратора соединен со средней тонкой опорного делителя, неинвертирующий вход компаратора - со средней точкой резисторного делителя, а выход компаратора соединен с входом элемента задержки времени, при этом развязывающий диод включен в прямом направлении между параметрическим стабилизатором и конденсато1- ром фильтра, вход параметрического стабилизатора соединен с выходом упомянутого выпрямителя, блок защиты электродвигателя от перегрузки выполнен в виде второго резисторного и второго опорного делителей, второго компаратора, транзисторного ключа прямой проводимости и транзисторного ключа обратной проводимости, в коллекторную цепь каждого из которых включен световой индикатор, интегратора на операционном усилителе и ста- билитронно-резистормого аппроксиматора , при этом второй резисторный и опорный делители напряжения подключены между катодом развязывающего диода

вающего при нагрузке, ниже номинальной, обеспечивают большую точность согласования защитных характеристик устройства и перегрузочной способности электродвигателей.

Наличие в устройстве диода, разделяющего напряжение питания на пульсирующее и выпрямленное, и снабжение блока контроля последовательности импульсов резисторным и опорным дели- телями напряжения на входе операционного усилителя и питание одного делителя сглаженным, а другого пульсирующим напряжениями позволяют надежно выделить режим работы на двух фа- зах, т.е. повысить надежность работы устройства.

Эффект от применения устройства связан с уменьшением эксплуатационных затрат при использовании однотипного защитного устройства для всех электродвигателей, применяемых на предприятии.

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы, содержащее три преобразователя тока в напряжение с выводами первичных обмоток для включения в каждой фазе между клеммами сети и защищаемого электродвигателя, вторичные обмотки которых соединены звез10

дои, нейтраль которой соединена с клеммой для подключения к общей шине питания устройства, другие выводы вторичных обмоток соединены с входами трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выход которого зашунтиро- ван переменным нагрузочным резистором, блок контроля последовательности импульсов, конденсатор фильтра, блок защиты электродвигателя от перегрузки, исполнительный орган с пороговым элементом на входе, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателя, оно дополнительно снабжено параметрическим стабилизатором, развязывающим диодом, элементом задержки времени, элементом ИЛИ, а блок контроля последовательности импульсов выполнен в виде операционного усилителя, включенного в

5 Режиме компаратора, опорного делите0

5 о

5

0

5

ля напряжения, образованного последовательно включенными резистором и стабилитроном и подключенным между катодом развязывающего диода и минусом трехфазного двухполупериодного выпрямителя, резисторного делителя напряжения, подключенного между анодом развязывающего диода и минусом упомянутого выпрямителя, при этом инвертирующий вход компаратора соединен со средней тонкой опорного делителя, неинвертирующий вход компаратора - со средней точкой резисторного делителя, а выход компаратора соединен с входом элемента задержки времени, при этом развязывающий диод включен в прямом направлении между параметрическим стабилизатором и конденсато1- ром фильтра, вход параметрического стабилизатора соединен с выходом упомянутого выпрямителя, блок защиты электродвигателя от перегрузки выполнен в виде второго резисторного и второго опорного делителей, второго компаратора, транзисторного ключа прямой проводимости и транзисторного ключа обратной проводимости, в коллекторную цепь каждого из которых включен световой индикатор, интегратора на операционном усилителе и ста- билитронно-резистормого аппроксиматора , при этом второй резисторный и опорный делители напряжения подключены между катодом развязывающего диода

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателей. Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигателя в напряжение, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 4, переменный нагрузочный резистор 5, параметрический стабилизатор 6, диод 7, конденсатор 8, аппроксиматор 27, стабилитрон 46, блок 47 защиты электродвигателя от перегрузки и блок 48 контроля последовательности импульсов (контроля фаз). При возникновении аварийного режима перегрузки, например режима заторможенного ротора, включается в работу аппроксиматор 27, одновременно пробивается стабилитрон 46 и с небольшой задержкой времени включается исполнительный орган и двигатель отключается от сети. 2 ил.

Фиг. г

Составитель О.Орлов Редактор И.Шулла Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ k3

Тираж b6k

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, «-35, Раушская наб., д. й/5

Подписное