Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки Советский патент 1991 года по МПК H02H7/85 H02H7/93 H02H3/08 H02H5/04 

со

С

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности функционирования. Цель достигается тем, что устройство содержит трехфазный источник 1 переменного тока, выход которого соединен с первым входом блока 2 управления,.двигатель 4, с валом которого связан тахометр 5, и первый компаратор 7, второй вход которого соединен .с выходом задатчика 8 порога по ускорению. Кроме того, вход формирователя 11 импульсов соединен с выходом блока 10 задержки, а выход - с вторым входом блока 2 управления. Выход его соединен с входом датчика 3 тока, первый выход которого соединен с двигателем 4, а второй выход - с входом преобразователя 12 тока. 2 ил.

Изобретение относитися к электротехнике.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования.

Сущность изобретения заключается в том, что повышение надежности функционирования устройства достигается за счет введения в алгоритм работы устройства информации о токе электродвигателя и о тенденции двигателя к ускорению, а также за счет введения режима блокировки двигате- ля и режима автоматического повторного запуска. Известно, что наиболее частым не- нормальным режимом для электродвигателей является перегрузка током.. Прохождение повышенных токов сверх определенного времени опасно для электродвигателей. Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и, в первую очередь, обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмотки и снижает срок службы электродвигателя.

Защита электродвигателя должна быть такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой - давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику двигателя при его пуске. Это противоречивое условие решается в предлагаемом устройстве за счет введения канала токовой перегрузки, на выходе которого появляется сигнал логической единицы в момент превышения TOKQM через двигатель заданного порога допустимого тока. По сигналу токовой перегрузки происходит отключение электродвигателя через заданную выдержку времени, если сигнал перегрузки не блокируется сигналом о наличие разгонка, т.е.

о чэ о о о

vj

сигналом о том, что ротор двигателя не только вращается, но имеет тенденцию к увеличению скорости вращения. Сигнал о наличии тенденции к ускорению позволяет сократить интервал времени, задаваемый в блоке задержки, до величины, необходимой для исключения ложных срабатываний защиты от помех, что, в свою очередь, исключает вбзможность перегрева и выхода из строя двигателя, во-первых, в случае токовой перегрузки, не приводящей к снижению частоты вращения электродвигателя, во- вторых, при пуске (из-за пусковых сверхтоков) в случае заторможенного ротора. Кроме того, за счет введения формирователя импульсов автоматизирован режим перезапуска электродвигателя.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений: а) эпюра выходного напряжения преобразователя тока U т(д) (I - разгон двигателя, II - рабочий режим, III - перегрузка, IV - аварийное отклонение, V - контактный пуск), где Unopl - значение допустимого тока двигателя, В; f - функциональная зависимость напряжения U оттока двигателя д; б) эпюра выходного напряжения второго компаратора, где логическая единица - сигнал о перегрузке двигателя по току, а нуль - отсутствие перегрузки; в) эпюра выходного напряжения тахометра, которое пропорционально скорости вращения двигателя, т.е. U f(w), f - функциональная зависимость напряжения U от скорости двигателя м ; г) эпюра выходного напряжения

i. df(u) вычислителя ускорения U j , где

Unop уставка, характеризующая минимально допустимое приращение скорости вращения двигателя; t - время вращения; д) эпюра выходного напряжения первого компаратора, где логическая единица - сигнал об ускорении двигателя, а нуль -- отсутствие ускорения; е) эпюра выходного напряжения схемы блокировки перегрузки, где логическая единица - сигнал аварийной перегрузки, а нуль - отсутствие аварийной перегрузки; ж) эпюра выходного напряжения формирователя импульсов, где логическая единица - отключение электродвигателя, логический нуль - включение электродвигателя, Хзад - время задержки отключения двигателя, формируемое в блоке задержки после появления сигнала аварийной перегрузки.

Предлагаемое устройство (пример конкретной реализации защиты двигателя от перегрузки) содержит трехфазный источник 1 переменною тока, выход которого соединен с первым входом блока 2 управления, выход которого соединен с входом датчика 3 тока, первый выход которого подключен к входу электродвигателя 4, на валу которого

находится тахометр 5, выходное напряжение которого, пропорциональное скорости вращения двигателя 4, подается на вход вычислителя 6 ускорения, выход которого сое- динен с первым входом первого

0 компаратора 7, второй вход которого соединен с задатчиком 8 порога по ускорению, а выход соединен с первым входом схемы 9 блокировки перегрузки, выход которой соединен через последовательно включенные

5 блок 10 задержки и формирователь 11 импульсов с вторым входом блока 2 управления, при этом второй выход датчика 3 тока соединен с входом преобразователя 12 тока, выходное напряжение которого, пропор0 циональное току через двигатель 4, подается на первый вход второго компаратора 13, второй вход которого соединен с задатчиком 14 порога перегрузки по току, а выход - с вторым входом схемы 9 блокиров5 ки перегрузки.

В качестве первого и второго компараторов могут быть использованы интегральные компараторы, например 597САЗ. Преобразователь тока, выходное напряже0 ние которого пропорционально току через двигатель, может быть выполнен путем включения конденсатора в качестве нагрузки выпрямителя. В качестве задатчика порога перегрузки потоку, задатчика порога по

5 ускорению и вычислителя производной мо1- гут быть использованы операционные усилители средней точности, включенные соответственно по схеме параметрических стабилизаторов напряжения и дифференци0 ального звена. В качестве тахометра может быть использован тахогенератор и аналоговый датчик скорости вращения, состоящий i из последовательно соединенных импульс- ного датчика скорости вращения, формиро5 вателя калиброванных импульсов и ФНЧ. Схема блокировки перегрузки запрещает прохождение сигнала токовой перегрузки двигателя при наличии тенденции электродвигателя к ускорению и может быть выпол0 йена на элементах, выполняющих функцию штрих Шеффера, В качестве блока задержки может быть использована времязэдаю- щая RC-цепочка, соединенная с интегральным компаратором, например

5 597САЗ, имеющим фиксированный порог срабатывания. В качестве формирователя импульсов, выходное напряжение которого управляет включением и выключением двигателя, может быть использован интегральный таймер 1006ВИ1, включенный посхеме

одновибратора. В качестве вычислителя 6 ускорения может быть использована схема аналогового дифференциатора, выполненного на операционном усилителе средней точности. В качестве блока управления мо- гут быть использованы реле или контактор с тремя группами контактов, выбранные из условия протекания через них тока, необходимого для нормальной работы двигателя, например контактор КНЕ.ОЗО.

Устройство для защиты двигателя от перегрузки работает следующим образом,

В алгоритм работы устройства заложена параллельная обработка -информации о токе, протекающем через двигатель, и о тен- денции двигателя к ускорению.

С помощью датчика тока 3 и преобразователя тока 12 происходит преобразование тока, протекающего через двигатель 4, в пропорциональное ему напряжение. Этот аналоговый сигнал с помощью второго компаратора 13 квантуется по уровню, вырабатываемому в задатчике 14 порога перегрузки по току. С выхода второго компаратора 13 дискретный сигнал, в котором логическая единица сигнализирует о наличии токовой перегрузки, а логический нуль - об отсутствии перегрузки, поступает на второй вход схемы 9 блокировки перегрузки. В то же время напряжение пропорцио- нальное скорости вращения двигателя 4 и вырабатываемое с помощью тахометра 5, поступает на вход вычислителя 6 ускорения, выходное напряжение которого пропорционально производной, по скорости, т.е.

dffw;

U L , Это напряжение с помощью

первого компаратора 7 квантуется по уровню, вырабатываемому в задатчике 8 порога по ускорению. С выхода первого компарато- ра 7 оцифрованный сигнал, в котором логическая единица сигнализирует о наличии тенденции двигателя 4 к ускорению, а логический нуль - об отсутствии ускорения, поступает на первый вход схемы 9 блокировки перегрузки.

Схема 9 блокировки перегрузки по

своей сути является коммутирующим эле ментом, т.е. при наличии разрешающего сигнала на управляющем входе входной

-сигнал без изменений передается на выход. При наличии на управляющем входе (вх.1) схемы 9 блокировки перегрузки логического нуля сигнал перегрузки по току, приходящий с выхода второго компаратора 13 на второй вход схемы 9 блокировки перегрузки, без изменений передается на выход последней. Если на управляющем входе (вх.1) схемы 9 блокировки перегрузки присутствует логическая единица, сигнализирующая о

наличии ускорения двигателя, то на выходе схемы 9 блокировки - сигнал логического нуля. Запуск блока задержки происходит только при появлении на выходе схемы 9 блокировки сигнала логической единицы, несущей информацию о том, что через двигатель 4 протекает недопустимо большой ток, а двигатель 4 при этом не увеличивает свою скорость вращения. Задержанный в блоке 10 задержки на заданную выдержку времени сигнал логической единицы (причем выдержка выбирается из условия исключения ложных срабатываний устройства) является запускающим для формирователя импульсов. Формирователь 11 импульсов формирует калиброванный по длительности импульс, который, поступая на второй вход блока 2 управления, отключает на время действия импульса электродвигатель 4. По окончании импульса происходит контрольный пуск двигателя 4 и, если причины, вызвавшие срабатывание устройства защиты, устранены, то предлагаемое устройство не влияет на нормальную работу двигателя 4, а если на двигателе 4 по-прежнему присутствует токовая перегрузка и нет информации об ускорении, то двигатель 4 вновь отключается с задержкой т.3ад на время, задаваемое в формирователе 11 импульсов. Время, на которое при аварии выключается двигатель, выбирается таким, чтобы двигатель 4 не перегревался.

Рассмотрим работу устройства для двух случаев: для нормального режима и для заторможенного ротора.

Во-первых, при включении двигателя 4, т.е. при подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало, и ток через двигатель 4 имеет макси- мальное-значение. По мере увеличения скорости вращения ток, потребляемый электродвигателем, меняется сначала мало и только при приближении к номинальному значению быстро спадает до номинального. До тех пор пока ток через двигатель 4 превышает величину допустимого, на выходе второго компаратора 13 присутствует сигнал логической единицы, которая сигнализирует о наличии токовой перегрузки. В то же время на выходе первого компаратора присутствует сигнал логической единицы, которая сигнализирует об ускорении двигателя 4. Этот сигнал, поступая на первый вход схемы 9 блокировки,перегрузки, запрещает прохождение сигнала о токовой перегрузке, поступающего с выхода второ го компаратора 13 на второй вход схемы 9Вло- кировки перегрузки, на выходе которой присутствует сигнал логического нуля. В момент времени ti значение тока через двигатель 4 становится меньше величины допустимого тока, и на выходе второго компаратора появляется сигнал логического нуля, который сигнализирует об отсутствии токовой перегрузки двигателя 4. Поэтому даже при отсутствии сигнала запрета на первом входе схемы 9 блокировки перегрузки на выходе последней присутствует сигнал логического нуля, что позволяет электродвигателю 4 продолжать нормально работать.

Во-вторых, при пуске двигателя 4 с заторможенным ротором через него протекают пусковые токи, которые намного превышают допустимые токи. При этом на втором входе схемы 9 блокировки перегруз- ки присутствует логическая единица, В это же время, так как скорость двигателя не увеличивается, на первом чвходе схемы блокировки присутствует сигнал логического нуля. Сигнал логического нуля не препятст- вует прохождению сигнала токовой перегрузки через схему 9 блокировки. Этот сигнал перегрузки через заданную выдержку т.зад появляется на выходе блока задержки и запускает формирователь импульсов, логическая единица на выходе которого, поступая на бторой вход блока 2 управления, отключает двигатель 4 на калиброванный по длительности интервал времени, после чего производится контрольный пуск и т.д.

Таким образом, такое выполнение устройства позволяет повысить надежность работы, во-первых, за счет отключения электродвигателя в случае токовой перегрузки, не приводящей к снижению скорости вра- щения (при увеличении момента сопротивления нагрузки и одновременном увеличении напряжения питания, подводимого к двигателю); во-вторых, за счет сокращения задержки отключения электро- двигателя при заторможенном ротоI

N ч

BblX.1

ре; в-третьих, за счет исключения ложного отключения электродвигателя в случае затянувшегося пуска, из-за неблагоприятных климатических и тяжелых механических факторов при наличии тенденции двигателя к ускорению; в-четвертых, за счет реализации режима контрольного пуска (автоматического повторного запуска).

Формула изобретения Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки, содержащее блок управления, первый вход которого предназначен для подключения к трехфазному источнику переменного тока, тахометр, предназначенный для установки на валу защищаемого двигателя, первый компаратор, вход которого соединен с выходом задатчика порога по ускорению, и блок задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, в него введены вычислитель ускорения, схема блокировки перегрузки, формирователь импульсов, датчик тока, преобразователь тока, второй компаратор и задатчик порога перегрузки по току, при этом вход вычислителя ускорения соединен с выходом тахометра, а выход - с другим входом первого компаратора, вход формирователя импульсов соединен с выходом блока задержки, а выход - с вторым входом блока управления, выход которого соединен с входом датчика тока, первый выход которого имеет клеммы для подключения к двигателю, а второй выход соединен с входом преобразователя тока, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с задатчиком порога перегрузки по току, а выход -.с вторым входом схемы блокировки перегрузки, первый вход которой соединен с выходом первого компаратора, а выход - с входом блока задержки.

lfa.2

Фиг Л