Устройство для температурной защиты электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК H02H5/04 H02H7/08 

Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, реагирующих на отклонения от нормальной температуры, а также реагирующих на чрезмерное повышение температуры, вызванное токовыми перегрузками и другими возмущающими воздействиями.

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения возможности прогнозирования перегрева изоляции обмоток до недопустимого значения.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-5 диаграммы работы устройства; на фиг. 6 - схема термодатчика; на фиг. 7 - графики температур срабатывания.

Устройство состоит из термодатчика 1, выполненного из двух последовательно включенных цепей, содержащих параллельно включенные позисторы 1а и 16 соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания, каждая последовательная часть цепи термодатчика устанавливается одновременно на лобовых частях обмотки двух соседних фаз.

Благодаря такому размещению двух параллельных цепей удается в полном объеме получать информацию о тепловом состоянии всех обмоток электродвигателя. В двух фазах обмоток электродвигателя имеются клеммы для подключения соответственно первичных обмоток двух трансформаторов 2 и 3 тока, вторичные обмотки которых соединены соответственно с входами первого 4 и второго 5 фильтров, выходы фильтров соединены с входами сумматора 6. Импульсный генератор 7 соединен с первым входом регулятора 8 скважности, второй вход которого соединен с выходом сумматора 6. Выходы регулятора 8 скважности подключены к позисторам 1. причем первый из них

4 V4 Јь

подключен через первый резистор 9, а второй - непосредственно. Параллельно выводам термодатчика из позисторов 1 по д кл юче н ы после до вательносоединенные между собой диод 10 и конденсатор 11, Параллельно конденсатору 11 подключен вход усилителя 12, к выходу которого подсоединены последовательно соединенные второй 13 и третий 14 резисторы. Второй ключ 15 подсоединен входами к входу второго резистора 15, первый ключ 16 - к выходу усилителя 12. Выход первого ключа 16 связан с первым исполнительным органом 17 и коммутационным ы. аратом 18, а выход второго ключа 15 связан с вторым исполнительным органом 19.

Устройство работает следующим образом.

Исполнительный генератор 7 вырабатывает импульсы прямоугольной формы положительной полярности, стабильной частоты и длительности (фиг. 2). Импульсы напряжения подаются с выхода генератора 7 на первый вход регулятора 8 скважности, при этом в термочувствительной цепи, состоящей из термодатчика (позисторов) 1 и первого резистора 9, подключенных к выходам регулятора 8 скважности, протекает импульсный ток (фиг. 3), который создает соответственно падение напряжения на термодатчике из позисторов 1 и первом резисторе 9.

Падение напряжения, пропорциональное электрическому сопротивлению позисторов 1, подается на конденсатор 11 через диод 10. Одновременно на второй вход регулятора 8 скважности подается напряжение с сумматора 6, поступающее с вторичных обмоток первого трансформатора 2 тока и второго трансформатора тока 3 соответственно через первый 4 и второй 5 фильтры, пропорциональное сумме токов в фазных обмотках защищаемого электродвигателя, что позволяет более точно формировать управляющий сигнал на втором входе регулятора 8 скважности.

Напряжение, поступающее с сумматора 6 на второй вход регулятора 8 скважности, является для него управляющим и влияет на длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, состоящей из позисторов 1 и первого резистора 9. С увеличением нагрузки электродвигателя потребляемый им ток увеличивается и одновременно увеличиваются управляющее напряжение и длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи (фиг. 4 и 5).

При минимальном токе в обмотках электродвигателя и небольших перегрузках (например, до 2 1Н), когда скорость нарастания температуры обмоток электродвигателя мала, по термочувствительной цепи - позисто- рам . 1 и первому резистору 9 протекает

импульсный ток, не вызывающий саморазогрев позисторов 1.

Динамическая погрешность позисторов в этом случае практически отсутствует и их тепловое состояние, а соответственно, и

электрическое сопротивление определяются тепловым состояниям обмоток электродвигателя.

При больших перегрузках, например, больше 21 н, когда скорость нарастания температуры обмоток заметно увеличивается и динамическая погрешность позисторов 1 также увеличивается, длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, возрастает пропорционально

токовой нагрузке электродвигателя и за счет этого происходит дополнительный нагрев позисторов 1, что обеспечивает их ускоренное срабатывание и компенсацию динамической погрешности (инерционности

позисторов). Величина эквивалентного тока, протекающего в термочувствительной цепи, определяется выражением

30

Ut

1имп Rin + Rg T

где Dun - напряжение источника питания;

суммарное сопро 2 Ria Rib

К п -

Ria 4-Rib

5 тивление позисторов (фиг. 6);

Ria. Rib - параллельно включенные по- зисторы одной из цепей соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания:

0 Rg - сопротивление первого резистора 9;

т.имп - длительность импульса тока, протекающего в термочувствительной цепи; Т - период импульса тока.

5 Таким образом, нагрев позисторов Ria и Ri6 до температуры срабатывания- может происходить вследствие их нагрева от обмоток электродвигателя (при небольших перегрузках электродвигателя до 21Н) или их

0 комбинированного нагрева обмоток электродвигателя и за счет тока, протекающего по позисторам Ria и Ria (при больших перегрузках электродвигателя и токах больше 2 1Н). Так как позисторы Ria и Rie имеют раз5 ные классификационные температуры срабатывания - меньшую и большую (фиг. 7), то и срабатывание их при нагреве происходит постепенно: вначале позисторы Ria, вызывая подачу световой или звуковой сигнализации, а затем позисторы Rie, обеспечивая аварийное отключение перегретого электродвигателя.

Для качественной и стабильной работы термочувствительной цепи величины сопро- тивлений Ria и Rte термодатчика должны подбираться примерно одинаковым в исходном холодном состоянии.

При достижении температуры срабатывания позисторов Fi3 электрическое сопро- тивление их резко возрастает, что приводит к увеличению суммарного сопротивления R -. п, падения напряжения на нем и напряжения на конденсаторе 11 согласно выражения

R4n RHP

Uc + Rg

Если учесть, что в исходном холодном состоянии сопротивления позисторов Hia и Ri6 примерно равны, то при срабатывании позисторов Ria суммарное сопротивление R гп позисторов 1 увеличивается почти вдвое и определяется суммарной величиной сопротивления позисторов Rie. которые еще не достигли температуры срабатывания и имеют небольшое сопротивление. Падение напряжений на суммарном сопротивлении R n позисторов 1 в рассматриваемом случае подается через диод 10 на конденсатор 11 и далее через усилитель 12 на последовательно соединенные второй 13 и третий 14 резисторы, образующие делитель напряжения. Если падение напряжения на втором резисторе 13 достигает пор ога срабатывания второго ключа 15, то срабатывает второй исполнительный орган 19, воздействующий на световую или звуковую сигнализацию, что свидетельствует о приближении к недопустимому перегреву изоляции обмоток электродвигателя. Если дежурный оператор, получив упреждающий сигнал, не может изменить режим работы электродзигателя или временно вывести его из работы, перейдя на работу с другим механизмом, процесс нагрева обмоток электродвигателя продолжается до срабатывания позисторов Ri6. рассчитанных на большую температуру срабатывания. В этом случае падение напряжения на сум- марком сопротивлении R -п позистором 1 еще больше увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на делителе напряжения, выполненном из последовательно соединенных второго 13 и третьего 14 ре- зисторов. Если напряжение на делителе 1 (14) напряжения достигает порога срабатывания первого ключа 16. то срабатывает первый исполнительный орган 17, воздействующий на коммутационный

аппарат 18, и перегретый электродвигатель отключается от источника питания При этом напряжение срабатывания ключей 15 и 16 определяется только суммарным сопротивлением R vn позисторов 1 и не зависит от величины тока в термочувствительной цепи.

В режиме нормальных частых пусков (что характерно для многих электроприводов), когда электродвигатель уже достаточно нагрет, за счет теплового действия эквивалентного тока U, протекающего в термочувствительной цепи, может произойти опережающее срабатывание позисторов 1, хотя температура обмоток электродвигателя не превышает допустимой для данного класса негревостойкости изоляции. Для устранения опережающего срабатывания позисторов 1 фильтры 4 и 5 обеспечивают нарастание управляющего сигнала на втором входе ре1улятора 8 скважности, поступающее с сумматора 6 в зависимости от времени действия пускового тока.

В предлагаемом устройстве достигается относительно высокая точность срабатывания защиты электродвигателя благодаря протеканию по позисторам, встроенным в обмотку электродвигателя, импульсного тока, пропорционального величине тока в фазных обмотках, за счет чего обеспечивается компенсация динамической погрешности позисторов при любых скоростях нарастания температуры обмотки, зависящей от нагрузки электродвигателя, и по сравнению с прототипом обеспечивается функция прогнозирования возможности перегрева путем введения сигнализации о приближении температуры нагрева изоляции обмоток к недопустимому значению при любых режимах работы электродвигателя.

Экономическая эффективность изобретения определяется увеличением срока службы электродвигателя между капитальными ремонтами, уменьшением общего числа отказов электрооборудования за счет сохранения целостности изоляции обмоток электродвигателя при перегрузках и повышением непрерывности технологических процессов за счет большей информативности о тепловом режиме электродвигателей.

Предлагаемое устройство может быть использовано для защиты от перегрева электродвигателей как общепромышленного, так и специального назначения.

Формупа изобретения

Устройство для температурной защиты электродвигателя содержащее термодатчик, выполненный в виде позисторов, предназначенных для установки в лобовых

частях обмоток электродвигателя, параллельно выводам термодатчика подключены последовательно соединенные диод и конденсатор, два трансформатора тока, предназначенные для включения в соответствующие фазы питания электродвигателя, импульсный генератор, соединенный с первым входом регулятора скважности, первый выход которого через резистор, а второй - непосредственно под- ключены к выводам термодатчика, к вторичным обмоткам трансформаторов тока подключены соответственно первый и второй фильтры, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого соеди- нен с вторым входом регулятора скважности, первый ключ, выход которого соединен с цходом исполнительного органа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения возможно- сти прогнозирования перегрева изоляции

обмоток до недопустимого значения, в него дополнительно введены усилитесь, второй и третий резисторы, образующие делитель напряжения, второй ключ, второй исполнительный орган, при этом вход усилителя подключен параллельно конденсатору, выход - к последовательно соединенным второму и третьему резисторам, етсоой ключ подсоединен входами к второму резистору, первый ключ входами - к выходу усилителя, выход второго ключа соединен с входом второго исполнительного органа, а чич зыполнен состоящий из двух последовательно включенных цепей, содержащих каждая параллельно соединенные позисторы соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания, при этом каждая параллельная цепь предназначена для установки на лобовых частях обмотки двух соседних фаз.

Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, реагирующих на отклонения от нормальной температуры, а также реагирующих на чрезмерное повышение температуры, вызванное токовыми перегрузками и другими возмущающими воздействиями. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения возможности прогнозирования перегрева изоляции до недопустимого значения. Цель достигается размещением двух параллельных цепей из тиристореа одновременно на лобовых частях оЬмотки двух соседних фаз. Это дает возможность получать информацию о тепловом состояние всех обмоток электродвигателя. 7 ил.

/7

8

/-/--у

ш

/7

{fEh

фиг,1

ttssi

Т

Фиг.5

Is

ЫЬ)

/Rmfe)