Устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 H02H5/04 H02K3/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использов.зно для защиты от конденсации влаги обмоток электродвигателей, работающих со знанительными перерывами между включениями в местах с изменяющимися влажностью и температурой окружающей среды.

Целью изобретения является уменьшение расхода электроэнергии з широком диапазоне изменения температуры и устройства в зависимости влажности окружающей среды.

На фиг,1 представлена блок-схема; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема устройства для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги.

Устройство содержит (фиг. 1 и 2) обмотки электродвигателя 1 и термостабильный

шунт 2, включенные последовательно посредством вторых контактов коммутатора 3, к которым параллельно подключены преобразователи напряжение - напряжение 4 и ток - напряжение 5 через первый и второй фильтры низкой частоты 6 и 7, соединенные между собой последовательно, и первый и второй ограничители 8 и 9. Выходы преобразователей 4 и 5 включены к входам блока деления 10, выход которого подсоединен к первому входу масштабного усилителя 11, к второму входу которого подключен выход задатчика температурного коэффициента материала обмоток 12, а к выходу - первый вход разностного усилителя 13, на второй вход которого присоединен выход первого датчика температуры окружающей среды

14,а на выходе первый вход блока сравнения 15, на второй вход которого подключен выход задатчика превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды 16, а выход соединен с входом блока формирования управляющих воздействий

17, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного элемента 18, через который посредством первых контактов коммутатора 3 источник питания 19 подключен к последовательно соединенным термостабильному шунту 2 и обмоткам 1. Вход первого блока питания 20 через пер- вые контакты коммутатора 3 подключен к источнику питания 19. Первый выход первого блока питания 20 подключен к преобразователям напряжение - напряжение 4 и ток - напряжение 5, блоку деления 10, блоку формирования управляющих воздействий 17, а второй выход - к масштабному усилителю i, задатчику температурного коэффициента материала обмоток 12, разностному усилителю 13, первому датчику температу- ры окружающей среды 14, блоку сравнения

15,задатчику превышения температуры обмоток 16. На первый вход первого компаратора 12 подключен задатчик температуры окружающей среды 22, на второй вход - выход второго датчика температуры окружающей среды 23, на выход - вход первого транзисторного ключа 24, выход которого присоединен к входу зздатчика относительной влажности окружающей среды 25, вы- ход последнего соединен с первым входов второго компаратора 26,на второй вход которого подключен выход датчика относительной влажности окружающей среды 27. Выход второго компаратора 26 подключен к входу второго транзисторного ключа 28. Второй блок питания 29 своим входом подключен к третьему выходу коммутатора 3, первым выходом - к первому компаратору 21. задатчику температуры окружающей

среды 22, второму датчику температуры окружающей среды 23, первому транзисторному ключу 24, задатчику относительной влажности окружающей среды 25, второму компаратору 26, датчику относительной влажности окружающей среды 27, вторым выходом - к второму транзисторному ключу 28.

Коммутатор 3 состоит из коммутационного устройства 30, вторых контактов 31, первых контактов 32, коммутационного устройства 33, третьих контактов 34, блок-контактов 35, кнопок Пуск 36, Стоп 37, четвертых 38, пятых 39 и шестых 40 контактов.

Преобразователи напряжение - напряжение 4 и ток - напряжение 5 состоят из операционных усилителей 41 и 42 с резисторами 43 и 44.

Первый 6 и второй 7 фильтры низкой частоты представляют собой резистивно- емкостиые контуры 45, 46 и 47,48.

Пес вый 8 и второй 9 ограничители состоят из диодов 49, 50 и 51, 52 и резисторов 53-56 и 57-60.

Блок деления 10 состоит из аналогового перемножителя 61 и операционного усилителя 62 и резистора 63-68,

Масштабный усилитель 11 выполнен на операционном усилителе 69 и резисторах 70,71.

Задатчик температурного коэффициента материала обмоток 12 выполнен в делителя напряжения из резисторов 72-74. Разностный усилитель 13 выполнен на операционном усилителе 75 с резисторами 76- 79. Первый датчик температуоы окружающей среды 14 представляет соСой терморезистор 80, включенный в цепь делителя напряжения из резисторов 81-84 и стабилитрона 85.

Блок сравнения 15 выполнен на базе разностного усилителя на операционном усилителе 86 и резистооах 87-90.

Задатчик превышения гемпературы об моток 16 выполнен в виде делителя напряжения из резисторов 91, 92 Блок формирования управляющих воздействий 17 состоит из транзисторов 93, 94 диода 95, конденсатора 96 и резисторов 97-104. Параметры зарядной цепочки, а также величина напряжения, поступающего в цепь зарядного конденсатора 96, определяют угол открытия тиристора 18 и соответственно, величину напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя 1. Причем параметры блока подобраны таким образом, что при отсутствии сигнала на выходе блока деления 10 на тиристоре 18 устанавливается минимальный угол открытия.

Первый блок питания 20 выполнен из трансформатора 105 с двумя вторичными обмотками, которые питают выпрямительные мосты на диодах 106-109 и 110-113. В цепи фильтрации и стабилизации напряжения стоят транзистор 114, стабилитроны 115-117, конденсаторы 118-123, резисторы 124-126.

Первый компаратор 21 представляет собой специализированный операционный усилитель 127 с резисторами 128, 129.

Задатчик температуры окружающей среды 22 представлен делителем напряжения из резисторов 130, 131.

Второй датчик температуры окружающей среды 23 состоит из делителя напряжения из резисторов 132, 133 и терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом 134, включенного параллельно резистору 133.

Первый транзисторный ключ 24 представлен транзистором типа n-p-п, Задатчик относительной влажности окружающей среды 25 представляет собой делитель напряжения из резисторов 135-137. Второй компаратор 26 состоит из специализированного операционного усилителя 138 с резистором 139 в цепи обратной связи. Датчик относительной влажности окружающей среды 27 представляет собой делитель напряжения из резисторов 140, 141 с влагочувствительным элементом 142, включенным параллельно резистору 141.

Второй транзисторный ключ 28 включает в себя резистор 143, соединенный в базой транзистора 144, в коллекторной цепи которого включено реле 145, зашунтирован- ное диодом 146. Второй блок питания 29 выполнен из трансформатора 147 с двумя вторичными обмотками, питающими выпрямительные мосты на диодах 148-151 и 152- 155, В цепи фильтрации и стабилизации напряжения включены конденсаторы 156- 160, резисторы 161, 162 и стабилитроны 163, 164.

Устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги (фиг.1 и 2) работает следующим образом.

При остановке электродвигателя, осуществляемой с помощью кнопки , коммутационное устройство 33 отключается. При этом размыкаются контакты 35 и 40, замыкаются контакты 34 в цепи питания коммутационного устройства 30 и контакты 38 в цепи питания второго блока питания 29. Коммутационное устройство 30 не получает питания, так как в цепи питания имеется разомкнутый контакт 39 реле 145. Второй блок питания 29 подает питание к первому 21 и второму 26 компараторам, задатчику

температуры 22 и задатчику относительной влажности 25 окружающей среды, датчику относительной влажности 27 и второму датчику температуры 23 окружающей среды. первому 24 и второму 28 транзисторным ключам.

Известно, что увлажнение обмоток электродвигателей происходит при определенном соотношении температуры t и относительной влажности р окружающей среды. Так увлажнение обмоток происходит, если:

1.1 12°C, а р 75%; 2. t 12°C, а р 60%.

Поэтому задатчик температуры 22 подобран таким образом, что при 120°С на выходе первого компаратора 21 появляется сигнал, открывающий транзисторный ключ 24, который, шунтируя резистор 137 в цепи

задатчика относительной влажности 25. меняет заданное значение влажности 75% на 60%. При t 12°C на выходе первого компаратора 21 сигнал равен нулю и задатчик относительной влажности 25 задает влажность75%.

Если t 12°Си f 75% или1 12°Си р 60% на выходе второго компаратора 26 сигнал равен нулю и транзистор 144 открывается, запитывая реле 145, которое замыкает свой контакт 39 и ззпитывает коммутационное устройство 30. При этом замыкаются контакты 31 и 32, то есть устройство включается в работу,

При снижении t и у ниже заданных

значений второй коммпаратор 26 переключится, закроется транзистор 144, обесточит- ся реле 145, разомкнется контакт 39, что приведет к обесточиванию коммутационного устройства 30 и выключению устройства

из работы.

Рассмотрим возможные случаи при эксплуатации устройства.

При включении устройства температура обмоток равна температуре окружающей

среды. Поскольку при отсутствии сигнала на выходе блока деления .тиристор 18 пропускает минимальный ток, равный порогу чувствительности преобразователей 4 и 5 напряжение - напряжение и ток - напряжение, на обмотках 1 и термостабильном шунте 2 появляются падения пульсирующего напряжения. Между обмотками 1 и шунтом 2 и преобразователями 4 и 5 установлены первый и второй фильтры низкой частоты 6

и 7,осуществляющие отделение постоянной составляющей из пульсирующего напряжения, и первый и второй ограничители амплитуды сигналов 8 и 9. На выходе преобразователя напряжение - напряжение 4 выделяется сигнал, пропорциональный падению постоянного напряжения на обмотках 1, а на выходе преобразователя ток - напряжение 5 выделяется сигнал, пропорциональный току обмоток 1. Блок деления 10 производит деление этих сигналов и выдает на выходе сигнал, пропорциональный активному сопротивлению обмоток 1. Далее этот сигнал поступает на масштабный усилитель 11, где он преобразуется в сигнал, пропорциональный температуре обмоток электродвигателя 1}при этом на один из входов масштабного усилителя 11 подается напряжение, пропорциональное температурному коэффициенту материала обмоток 1 от задатчика температурного коэффициента 12.

Действительно, на выходе преобразователя ток - напряжение 5 выделяется сигнал, пропорциональный току обмоток 1:

.У§к,. RI 1

где Us - падение постоянного напряжения, равное сигналу на выходе преобразователя 5;

Ki - масштабный коэфоициент преобразователя 5;

RI - сопротивление термостабильного шунта 2.

При этом произведение UsKi равно па- дениюпостоянногэ напряжения на шунте 2. Так как обмотки и шунт 2 соединены последовательно, то ток этот для них общий. Падение постоянного напряжения на обмотках 1 равно:

Ui 1М-Кг.

где U4 - падение постоянного напряжения, равное сигналу на выходе преобразователя 4;

2 - масштабный коэффициент преобразователя 4,

Блок деления 10 делит напряжение IJ4 на напряжение Us:

Ui/K2

Z-K,

iRiTRT АЗ

K1 fa

I Ri

Кз - R обм К

где Кз - масштабный коэффициент блока деления 10;

К - общий млсштабный коэффициент, К KiKaK3/R2, так как RI - величина тоже постоянная.

Следовательно, изменение активного сопротивления обмоток 1 регистрируется блоком деления 10.

Если за сопротивление обмоток 1 в холодном состоянии принять его значение, приведенное к 15°С, то температура горячих обмоток равна:

V2 250

R2 -Ris

- 4- 15

0

5

0

5

0

R15

250 235 R15 2

где R2, R15 - сопротивления обмоток в горячем состоянии и при температуре 15°С.

Как видно из формулы, для получения сигнала температуры обмоток 1 необходимо из сигнала на выходе блока деления 10 вычесть сигнал, пропорциональный постоянному коэффициенту 235. Эту функцию выполняет масштабный усилитель 11 совместно с задатчиком температурного коэффициента 12,

С выхода масштабного усилителя 11 сигнал, пропорциональный температуре обмоток 1, поступает на первый вход разностного усилителя 13, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный температуре окружаюа1ей среды от датчика 14. Так как температура обмоток равна температуре окружающей среды, на выходе разностною усилителя 13 сигнал равен нулю, равен еулю и сигнал на первом входе блока сравнения 15. Но на втором входе этого блока существует опорное напряжение задатчика превышения температуры обмоток

16,которое передается на вход блока формирования управляющих воздействий 17, открывающего тиристор 18. При прохождении тока обмотки 1 нагреваются. Активное сопротивление обмоток повышается, что приводит к повышению сигнала на выходе масштабного усилителя 11. На выходе раз5 ностного усилителя 13 появляется сигнал разности температур обмоток и окружающей среды. Следовательно, на выходе блока сравнении 15 сигнал уменьшается, происходит вычитание из опорного напря0 жения сигнала разности температур. Уменьшается сигнал и на входе блока формирования управляющих воздействий

17,уменьшающий угол открытия тиристора

18,В результате уменьшается приложенное к обмоткам электродвигателя 1 напряжение, уменьшается ток и интенсивность нагрева обмоток 1. При достижении заданного преаышения температуры обмоток 1 над температурой окружающей среды, равного , сигнал с разностного усилителя 13 полностью компенсируется сигналом задатчика превышения температуры обмоток 16 и на входе блока формирования управляющих воздействий 17 сигнал равен нулю. Сопротивление в цепи зарядной емкости 92 при наладке подбирается таким образом, что угол открытия тиристора 18 и соответственно величина тока через тиристор к обмоткам 1 обеспечивает в последнем

5

0

5

выделение тепла, равного по количеству теплопотерям электродвигателя в окружающую среду при заданном повышении темпе- ратуры обмоток над температурой окружающей среды.

Рассмотрим принцип работы устройства в момент отключения электродвигателя. когда температура его обмоток 1 достигает величины , значительно превышающей заданное значение превышения, равное 5- 8°С.При этом сигнал на выходе блока сравнения 15 меняет свою полярность и блок формирования управляющих воздействий 17 запирает тиристор 18 до минимума. В процессе остывания электродвигателя разность температур обмоток 1 и окружающей среды уменьшается При достижении превышения температуры заданного значения тиристор 18 открывается и по обмоткам электродвигателя 1 протекает ток, равный компенсации теплопотерь

При включении электродвигателя в рабочий режим в любой момент времени нажатием кнопки Пуск 36 коммутационное устройство 33 получает питание, его контакт 40 и блок-контакт 35 замыкаются. Одновременно размыкаются его контакты 34 и 38, обесточивая тем самым коммутационное устройство 30 и второй блок питания 29. При этом устройство полностью отключается.

Таким образом, заявляемое устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги по сравнению с прототипом позволяет использовать его со всеми электродвигателями без вмешательства в их обмотки, включать и отключать устройство по мере необходимости, что позволит повысить эксплуатационную надежность электродвигателей, снизить трудовые затраты по техническому обслуживанию и уменьшить расход электроэнергии.

Формула изобретения Устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги, содержащее коммутатор, первый вход которого имеет клеммы для подключения к питающей сети, первый выход его подключен к силовому входу исполнительного элемента и входу первого блока питания, второй выход имеет клеммы для подключения к обмоткам электродвигателя, термостабильный шунт, выход которого через последовательно соединенные первые фильтр низкой частоты и орга- ничитель подключен к первому входу преобразователя ток - напряжения, выход которого соединен с первым входом блока деления, преобразователь напряжение - напряжение , первый вход которого через последовательно соединенные вторые ограничитель и фильтр низкой частоты подключен к клеммам для подсоединения обмоток электродвигателя, второй вход преобразователя напряжение - напряжение соединен с вторыми входами преобразователя ток - напряжение, блока деления, первым выходом первого блока питания и первым входом блока формирования управляющих воздействий, выход преобразователя на0 пряжение-напряжение соединен с третьим входом блока деления, выход которого подключен к первому входу масштабного усилителя, выход последнего соединен с первым входом разностного усилителя, вход перво5 го датчика температуры окружающей среды соединен с вторым входом первого блока питания, вторым входом разностного усилителя, первым входом блока сравнения, входом задатчика превышения температуры

0 обмоток над температурой окружающей среды и вторым входом масштабного усилителя, третий вход которого через задатчик температурного коэффициента материала обмоток соединен с входом первого датчика

5 температуры окружающей среды, выход которого соединен с третьим входом разностного усилителя, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом задатчи0 ка превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды, выход блока сравнения подключен к второму входу блока формирования управляющих воздействий, выход которого через

5 последовательно соединенные исполнительный элемент и термостабильный шунт подключен к второму входу коммутатора, второй выход первого фильтра низкой частоты соединен с вторым входом второго

0 фильтра низкой частоты, отличающееся тем. что, с целью уменьшения расхода электроэнергии в широком диапазоне изменения температуры и влажности окружающей среды, в него дополнительно введены пер5 вый компаратор, первый вход которого соединен с выходом вновь введенного задатчика температуры окружающей среды, второй вход подключен к выходу вновь введенного второго датчика температуры окру0 жающей среды, а третий вход соединен с входами задатчика температуры окружающей среды, второго датчика температуры окружающей среды, первыми входами вновь введенных первого транзисторного

5 ключа, задатчика относительной влажности окружающей среды, второго компаратора, датчика относительной влажности окружающей среды и с первым выходом вновь введенного второго блока питания, выход первого компаратора подключен к второму

входу первого транзисторного ключа, выход которого соединен с вторым входом задат- чика относительной влажности окружающей среды, выход которого подключен к второму входу второго компаратора, к третьему входу- которого подключен выход датчика относительной влажности окружающей среды, второй транзисторный ключ, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, второй вход подключен к второму выходу второго блока питания, а выход соединен с третьим входом коммутатора, на третий выход которого подключен вход второго блока питания.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты обмоток электродвигателей от конденсации влаги, Цель изобретения -уменьшение расхода электроэнергии в широком диапазоне изменения температуры и влажности окружающей среды. Защита осуществляется посредством создания превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды и автоматического поддержания этого превышения в период технологических пауз путем пропускания по обмоткам электрического тока. В устройстве к последоватепьно соединенным обмоткам 1 и термостабильному шунту 2 подключены параллельно преобразователи напряжение-напрмжение 4 и ток-напряжение 5 через фильтры б и 7 низкой частоты и ограничители 8 и 9. Выходы преобразователей 4 и 5 подключены к блоку 10 деления, выход которого соединен с масштабным усилителем 11, на второй вход которого подключен задатчик 12 температурного коэффициента материала обмоток. Сигнал температуры обмоток снимаемый с выхода масштабного усилителя 11, поступает на первый вход разностного усилителя 13, на второй вход которого подключен датчик 14 температуры окружающей среды. Сигнал разности температур поступает на блок 15 сравнения с задатчиком 16 превышения температуры обмоток и далее на блок 17 формирования управляющих воздействий, который регулирует напряжение, подаваемое на обмотки 1 через исполнительный элемент 18. 2 ил. VI сл 00 VI СЛ сл

Ш.1

Фиг.2