Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки и работы на двух фазах Советский патент 1991 года по МПК H02H7/08 

01мг/

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для защиты трехфазных электродвигателей переменного тока при аварийных режимах работы и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства,

Цель изобретения - повышение надежности, получение необходимых защитных характеристик трехфазных электродвигателей в широком диапазоне мощностей с разными классами изоляции, уменьшение времени восстановления устройства для повторного включения после срабатывания.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг.2 - защитные характеристики устройства с учетом экспоненциального закона нагрева, которые расположены несколько ниже перегрузочных характеристик двигателей с соответствующими классами изоляции обмоток (А, Е,

B.F).

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя содержит датчики 1 тока, подключенные через выпрямитель 2 к группе резисторов 3 с переключателем 4 и рези- сторному делителю 5 напряжения, а через дополнительный резистор 6 к сглаживающему конденсатору 7 и первому стабилитрону 8, которые включены параллельно. Элемент, реагирующий на перегрузку и асимметрию токов, выполнен на втором стабилитроне 9, который анодом соединен с движком резисторного делителя 5 напряжения и катодом через конденсатор 10 с плюсом выпрямителя 2, через первый резистор 11 с базой первого транзистора 12 узла разряда накопительных конденсаторов 13, коллектор которого через второй резистор 14 соединен с анодом первого стабилитрона 8, а через третий резистор 15 с базой второго транзистора 16 узла разряда конденсаторов 13, коллектор которого через катушку 17 управления геркона 18 также соединен с анодом первого стабилитрона 8, эмиттеры первого 12 и второго 16 транзисторов узла разряда конденсаторов 13 соединены с плюсом выпрямителя 2, через первый зарядный резистор 19, группу включенных параллельно накопительных конденсаторов 13 и включенный последовательно с ней перемыкатель 20 с базой транзистора 21 усилителя элемента выдержки времени, параллельно группе накопительных конденсаторов 13 и перемыкателю 20 включена цепочка геркон 18 - первый разрядный резистор 22, через второй зарядный резистор 23, малоемкостный конденсатор 24 и вторим разрядный резистор 25, которые включены параллельно между собой, а катод - анод первого диода 26 - с базой транi г

зистора 21 усилителя элемента выдержки времени, а через параллельно-последовательно включенные четвертый резистор 27 терморезистор 28, пятый резистор 29 и первую группу последовательно включенных (катод-анод) диодов 30 с коллектором транзистора 21 усилителя элемента задержки времени, который через вторую группу (катод-анод) диодов 31, включенные парал0 лельно конденсатор 32 и шестой резистор 33 соединен с плюсом выпрямителя 2 и через катод-анод диода 34 - с базой первого транзистора 35 выходного усилителя, а эмиттер транзистора 21 усилителя элемента

5 выдержки времени соединен с плюсом выпрямителя 2. Коллектор первого транзистора 35 выходного усилителя через седьмой резистор 36 соединен с анодом первого стабилитрона 8, а через восьмой резистор 37 0 с базой второго транзистора 38 выходного усилителя, коллектор которого через девятый резистор 39 соединен с управляющим электродом тиристора 40 исполнительного органа, эмиттеры первого 35 и второго 38

5 транзисторов выходного усилителя соединены с плюсом выпрямителя 2. Катод тиристора 40 исполнительного органа соединен с анодом первого стабилитрона 8 и минусом моста выпрямителя 41 цепи управления

0 магнитным пускателем, а анод тиристора 40 исполнительного органа соединен с плюсом моста выпрямителя 41 управления магнитным пускателем. Один конец входа моста выпрямителя 41 соединен с клеммой кнопки

5 Пуск и через катушку 42 магнитного пускателя исполнительного органа с нейтральным проводом или фазой А сети (зависит от напряжения катушки). Второй конец входа моста выпрямителя 41 соединен с одной

0 клеммой блокирующего контакта 43, вторая клемма которого соединена с второй клеммой кнопки Пуск 44 и клеммой кнопки Стоп 45, вторая клемма которой соединена с фазой С сети. Силовые контакты 46

5 магнитного пускателя включены в линии фаз А, В и С сети, питающей электродвигатель.

Устройство работает следующим образом.

0 При нагрузке в фазах электродвигателя, не превышающей номинального значения, стабилитрон 9 закрыт, транзистор 12 также закрыт, так как в цепи его базы ток отсутствует, а транзистор 16 открыт, катушкз 17

5 управления геркона 18 находится под током, контакты геркона 18 замкнуты накопительные конденсаторы 13 разряжаются через перемыкатель 20 и первый разрядный резистор 22. На транзистор 21 ток не поступает, он также отсутствует и в цепи базы

транзистора 35, транзистор 35 закрыт, а транзистор 38 и тиристор 40 открыты. Катушка 42 магнитного пускателя при этом находится под напряжением, контакты 46 замкнуты, электродвигатель подключен к сети.

При возникновении в цепи питания электродвигателя трехфазной, двухфазной (обрыв фазы) или однофазной (асимметрия токов) перегрузки увеличивается максимальное выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя 2 и резисторном делителе 5. Вследствие этого второй стабилитрон 9 открывается (открывается максимальным выпрямленным напряжением, которое при одном и том же токе перегрузки двигателя, при разных режимах работы, больше при двухфазной или однофазной перегрузке, следовательно, устройство реагирует не только на трехфазную перегрузку, но и двухфазную или однофазную), появляется ток в цепи базы транзистора 12, он открывается, а транзистор 16 закрывается и катушка 17 геркона 18 обесточивается, контакты геркона 18 размыкаются, в цепи резистор 19 - накопительные конденсаторы 13 - перемыкатель 20 - база транзистора 21 появляется зарядный ток, транзистор 21 открывается, шунтируя эмиттер-коллектором эмиттер-базу транзистора 35, после заряда накопительных конденсаторов 13 транзистор 21 закрывается, В цепи базы транзистора 35 появляется ток, транзистор 35 открывается, а транзистор 38 и тиристор 40 закрываются, катушка 42 магнитного пускателя обесточивается, контакты 46 размыкаются, отключая электродвигатель от сети.

Время срабатывания устройства защиты зависит в основном от величины напряжения на элементе выдержки времени, сопротивления зарядного резистора 19 и емкости накопительных конденсаторов 13, коэффициента усиления транзистора 21, а также сопротивления группы диодов 30, включенных в цепи коллектора транзистора 21, выполняющих роль нелинейного элемента.

При малых перегрузках электродвигателя, а значит, и малом напряжении на элементе выдержки времени транзистор 21 работает в режиме насыщения, так как группа диодов СЮ в цепи коллектора создает большое сопротивление, вследствие чего выдержка времени получается большой. С увеличением перегрузки растет напряжение на элементе выдержки времени, а значит, уменьшается сопротивление группы диодов 30 в цепи коллектора транзистора 21, он переходит из режима насыщения в нормальный (активный) режим работы,

вследствие чего выдержка времени уменьшается т.е. с увеличением перегрузки (1.15- 6.0) (н резко уменьшается выдержка времени. При определенных значениях сопро5 тивления зарядного резистора 19, емкости накопительных конденсаторов 13 (изменение емкости перемыкателем 20), коэффициента усиления транзистора 21, а также сопротивлений резисторов 27, 28 и 29 и из0 меняющемся сопротивлении группы диодов 30 в цепи коллектора транзистора 21 получаются защитные характеристики устройства с учетом экспоненциального закона нагрева, близкие (расположенные несколь5 ко ниже) к перегрузочным характеристикам двигателей с соответствующим классом изоляции обмоток А, Е, В и F (фиг.2). Это достигается путем включения перемыкателем 20 одного, а затем параллельно двух,

0 трех и четырех конденсаторов группы накопительных конденсаторов 13 без изменения при этом заданной уставки устройства, которая выставляется только один раз подвижным контактом резисторного делителя

5 5 напряжения при настройке устройства.

Устройство с такими защитными характеристиками способно надежно защищать электродвигатель при недопустимых перегрузках, а также обеспечивает возможность

0 наиболее полно использовать перегрузочную способность электродвигателя с учетом класса изоляции его обмоток (А, Е, В и F).

Благодаря наличию сглаживающего конденсатора 10 на входе элемента выдер5 жки времени защитные характеристики устройства при двухфазной (обрыв фазы) перегрузке мало отличаются (совпадают, что зависит от величины емкости конденсатора 10) от защитных характеристик при

0 трехфазной перегрузке, так как конденсатор 10 уменьшает пульсацию на элементе выдержки времени при двухфазной перегрузке и тем самым не допускает снижения напряжения на нем, сохраняя его таким,

5 каким оно было при трехфазной перегрузке. При этом заданная уставка устройства остается почти неизменной.

Благодаря наличию в устройстве защиты электродвигателей цепочки резистор

0 23 - параллельно включенные конденсатор 24 и резистор 25 - диод 26, а также параллельно включенных группы диодов 31, конденсатора 32 и резистора 33 двигатель сразу можно включить в сеть после отклю5 чения его вследствие перегрузки, так как конденсаторы 24 и 32 быстро разряжаются. Если перегрузка исчезает, двигатель после повторного включения продолжает работать так как транзистор 12 закрыт, а транзистор 16 открыт, по катушке 17 геркона 18

проходит ток, контакты геркона 18 замкнуты, конденсаторы 13 разряжаются на резистор 22 и через определенное время устройство готово к повторному отключению двигателя с необходимой выдержкой времени, соответствующей перегрузке двигателя и классу изоляции его обмоток; если перегрузка остается, двигатель сразу же отключается после повторного включения, так как транзистор 12 открыт, а транзистор 16 закрыт, ток по катушке 17 геркона 18 не проходит, контакты геркона 18 разомкнуты, конденсаторы 13 не разряжаются, остаются заряженными. Так повторяется до тех пор, пока остается перегрузка двигателя.

Благодаря наличию в устройстве терморезистора 28, включенного параллельно резистору 27, группы диодов 30, включенных в цепи коллектора транзистора 21, а также диода 34, включенного в цепи база транзистора 35 - коллектор транзистора 21, заданная уставка и защитные характеристики практически не зависят от температуры окружающей среды (+40...-20 С).

Включая переключателем 4 разные резисторы группы резисторов 3, подключенные на выход выпрямителя 2, а также одновременно изменяя количество витков первичных обмоток датчиков 1 тока (токо- подводов к двигателю), сохраняя при этом соответствующие ампервитки при каждом положении переключателя 4, устройство обеспечивает защиту двигателей широкого диапазона мощностей (от 0,06 до 75 кВт - непосредственно, выше 75 кВт - с использованием стандартных трансформаторов тока).

Конструктивно полупроводниковая схема устройства защиты электродвигателей выполнена на одной печатной плате и помещена в герметический корпус. На верхней части корпуса имеются малогабаритные сердечники датчиков тока, на которые наматываются первичные обмотки (токоподвода к двигателю). Количество витков зависит от мощности и тока двигателя.

Применение изобретения обеспечивает повышение срока службы и эффективности использования электродвигателей, получение при максимальной надежности и неизменной заданной уставке необходимых защитных характеристик, близких к перегрузочным характеристикам двигателей с разными классами изоляции обмоток (А, Е, В, F), дающих возможность наиболее полно использовать перегрузочную способность двигателей, быстрое восстановление работы двигателя при повторном включении в случае исчезновения перегрузки и отключения двигателя повторно, если перегрузка

продолжает оставаться, а также расширение возможности использования устройства для двигателей широкого диапазона мощности.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки и работы на двух фазах,

содержащее датчик тока с выводами первичных обмоток для включения последовательно с силовыми контактами магнитного пускателя в каждый фазовый провод, питающий электродвигатель, выпрямительный

мост, входом соединенный с вторичными обмотками датчиков тока, резисторный делитель, подключенный к выходу выпрямителя, минусовый вывод которого через дополнительный резистор соединен с первыми выводами первого сглаживающего конденсатора и первого стабилитрона, включенных между собой параллельно, блок выдержки времени, второй сглаживающий конденсатор, подключенный одним выводом через второй стабилитрон к резисторному делителю, другим выводом - к плюсовому выводу выпрямителя и вторым выводам первого стабилитрона и первого сглаживающего конденсатора, выходной

усилитепь, к выходу которого подключен вход исполнительного органа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, получения необходимых защитных характеристик трехфазных

электродвигателей в широком диапазоне мощностей с разными классами изоляции, уменьшения времени восстановления устройства для повторного включения после срабатывания, оно дополнительно снабжено группой резисторов с переключателем, а блок выдержки времени выполнен в виде узла разряда накопительных конденсаторов, группы накопительных конденсаторов с перемыкателем, усилителя выдержки времени, первой цепочки из последовательно включенных первого разрядного резистора и контактов геркона, второй цепочки, состоящей из последовательно включенных первого диода, малоемкостного конденсатора и

второго разрядного резистора, параллельно включенного малоемкостному конденсатору, при этом база транзистора усилителя выдержки времени через перемыкатель, группу параллельно включенных накопительных конденсаторов и первый зарядный резистор подключена к катоду второго стабилитрона, параллельно перемыкателю и группе накопительных конденсаторов включена цепочка из последовательно включенных первого разрядного резистора и

контактов геркона, а общая точка перемыка- теля и первого разрядного резистора через анод-катод первого диода, малоемкостный конденсатор зэшунтированный вторым разрядным резистором, второй зарядный резистор подключен к катоду второго стабилитрона, который через четвертый резистор, зашунтированный терморезистором, пятый резистор, группу последовательно включенных диодов подключен к коллектору транзистора усилителя выдержки времени, котооый через катод - анод второго диода подключен к входу выходного усилителя, параллельно эмиттерно- коллекторному переходу транзистора усилителя выдержки времени подключены

вторая группа последовательно включенных диодов, конденсатор и шестой резистор, а эмиттер транзистора соединен с плюсовым выводом выпрямителя и эмиттерами транзистора выходного усилителя и узла разряда конденсаторов, выполненного в виде двухтранзисторного усилителя, база первого транзистора которого через первый резистор соединена с катодом второго стабилитрона, а коллектор через второй резистор соединен с анодом первого стабилитрона и через третий резистор с базой второго транзистора узла разряда конденсаторов, коллектор которого через

обмотку управления геркона также соединен с анодом первого стабилитрона.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повышение надежности, получение необходимых защитных характери- стик трехфазных электродвигателей с разными классами изоляции, уменьшение ZBOB . А В слг времени восстановления устройства для повторного включения после срабатывания. При возникновении в цепи питания электродвигателя трехфазной, двухфазной (обрыв фазы) или однофазной (асимметрия токов) перегрузки увеличивается максимальное выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя 2 и резисторном делителе 5. Вследствие этого стабилитрон 9 открывается, появляется ток в цепи базы транзистора 12, последний открывается, а транзистор 15 закрывается, контакты геркона 18 размыкаются, после заряда накопительных конденсаторов 13 транзистор 21 закрывается, транзистор 35 открывается, а транзистор 38 и тиристор 40 закрываются, катушка 42 магнитного пускателя обесточивается и электродвигатель отключается от сети. 2 ил. сл с о N)