Устройство для защиты индуктивной нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02H5/04 H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для защиты индуктивной нагрузки от аварийных режимов работы и может быть использовано преимущественно для защиты таких нагрузок, как двухфазные электромагниты и электродвигатели насосов, вибраторов, различных бытовых приборов и др.

Известны устройства защиты прямого действия, которые реагируют на увеличение тока при возникновении короткого замыкания и осуществляют отключение токоприемника от сети (токовые расцепители, биметаллические реле, предохранители и т. п.).

Такие устройства отключают сеть уже при возникновении повреждения. Однако, в ряде случаев индуктивную нагрузку следует отключать до возникновения повреждения в сети, например, в ситуациях, когда электромагнит погружного насоса, электродвигатель перегреваются из-за нарушения режима работы, отсутствия охлаждающей жидкости в резервуаре, где установлен погружной насос и др.

В таких ситуациях используются устройства тепловой защиты.

Известны устройства тепловой защиты прямого действия, которые содержат датчик

ш сл о

в виде биметаллических пластин, через которые проходит ток нагрузки. Датчик распо- лагается непосредственно на обмотке электромагнита. При увеличении температуры обмотки биметаллические пластины изгибаются и разрывают цепь индуктивной нагрузки.

К недостаткам таких устройств следует отнести недостаточно высокие коммутационные свойства. Кроме того, при отключении нагрузки тепловой защитой после остывания происходит возврат биметаллических пластин в исходное состояние, в результате чего происходит самовключение токоприемника, что в ряде случаев недопустимо по условиям безопасности и снижает его функциональную надежность.

Прототипом изобретения является реле тепловой защиты типа РТЗ, которое представляет собой устройство тепловой защиты косвенного действия, когда по величине сопротивления терморезистора, установленного непосредственно на обмотке токоприемника, судят о температуре обмотки и в случае ее превышения задаваемого уровня, производят отключение нагрузки от сети. Данное устройство содержит измерительный и исполнительный блоки, которые располагаются непосредственно у источника питания и связаны с терморезистором, установленным на обмотке токоприемника, линией связи.

Линия связи представляет собой трех- проводной силовой кабель,, две жилы которого связывают токоприемник с источником питания, а третья - вместе с одной из силовых подключает датчик на терморезисторе к измерительному блоку. Измерительный блок представляет собой транзисторный триггер, а исполнительным органом служит реле, контакты которого включены в цепь нагрузки. При возрастании температуры обмотки до критической, сопротивление терморезистора увеличивается, что приводит к увеличению смещения на базе транзисторного триггера, который срабатывает и шунтирует обмотку исполнительного реле. Реле отключается и своими контактами разрывает цепь токоприемника. Возврат триггера в исходное состояние возможен лишь только после снятия питания с измерительного блока. Следовательно, исключается самопроизвольное включение токоприемника при возврате величины сопротивления терморезистора в исходное состояние при остывании.

Устройство находит применение на практике для защиты погружных вибрационный насосов. Однако, функциональная надежность устройства недостаточно высока, т. к. реле при работе насоса непрерывно находится под током, что снижает его ресурс работы. При этом, уставки срабатывания устройства недостаточно стабильны, т,

к. величина уставки зависит от величины напряжения источника питания, которое изменяется на практике в широких пределах. Кроме того, наличие трехжильного соединительного кабеля вместе двухжильного приводит к удорожанию устройства.

Следует также отметить, что устройство осуществляет защиту только от перегрева, не обеспечивая защиту от токов короткого замыкания. Поэтому, как правило, оно снабжается токовой защитой в виде предохранителя или токового расцепителя.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в устройство для защиты индуктивной нагрузки, содержащее измерительный блок, терморезистор, исполнительный блок, два диода, четыре резистора, конденсатор, первый вывод которого вместе с первым выводом первого резистора соединены с клеммами для подключения, соответственно, к первой линии связи источника питания и конца первичной обмотки индуктивной нагрузки, первый и второй выводы исполнительного блока имеют клеммы для подключения в рассечку второй линии связи между источником питания и

началом первичной обмотки индуктивной нагрузки, дополнительно введены тири- сторный асимметр, третий диод, при этом, измерительный блок выполнен в виде порогового формирователя однополярных импульсов на транзисторе, база которого соединена с первыми выводами второго и третьего резисторов и катодом первого диода, анод которого подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом второго диода, и через терморезистор-с вторым выводом третьего резистора, катод второго диода соединен с анодом третьего диода и имеет клемму для подключения к первому выводу первичной

обмотки индуктивной нагрузки, катод третьего диода соединен с вторым выводом второго резистора и через четвертый резистор - с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом первого резистора и управляющим электродом тиристорного асимметра, катод которого подключен к первому выводу перт вого резистора, а анод имеет клемму для подключения к второму выводу первичной обмотки индуктивной нагрузки.

Исполнительный блок выполнен в виде предохранителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: ти- ристорного асимметра и третьего диода, а также новым выполнением измерительного блока и новыми связями с остальными элементами схемы, как например, включением терморезистора.

На фиг. 1 дана электрическая схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма токов к и Эт на входе транзисторного формирователя однополярных импульсов, а также тока нагрузки н.

Устройство для защиты индуктивной нагрузки содержит измерительный блок, выполненный в виде порогового формирователя однополярных импульсов на транзисторе 1, выход которого (т. е. эмиттер) подключен к входу (управляющему электроду) тиристорного асимметра 2, который за- шунтирован первым резистором 3. В коллекторную цепь транзистора 1 включен четвертый резистор 4, а вход транзистора 1 (т. е. база), зашунтированный первым диодом 5, соединен с двумя встречно включенными цепями, состоящими, соответственно: одна из третьего диода 6 и второго резистора 7, а другая - из второго диода 8 и третьего резистора 9. Второй выход третьего резистора 9 соединен с терморезистором 10. Конец первичной обмотки индуктивной нагрузки 11 подключен к первому выводу конденсатора 12, второй вывод которого соединен с вторым выводом терморезистора 10. Одна часть (I) обмотки индуктивной нагрузки 11 первым выводом 1 подключена к клемме соединения между катодом второго диода 8 и анодом третьего диода 6. Другая часть (II) обмотки индуктивной нагрузки 11 вторым выводом подключена к выходу тиристорного асимметра 2, который шунтирует обе эти обмотки. Третья часть (Hi) обмотки индуктивной нагрузки 11, которая не шунтируется тиристором 2 подключена к исполнительному блоку 13, с двумя выводпми, снабженными клеммами для подключения в рассечку второй линии связи 14 между источником питания (на фиг. 1 не показан) и началом первичной обмотки индуктивной нагрузки 11. Конец первичной обмотки индуктивной нагрузки 11 подключён первичной линией связи 15 к источнику питания. В качестве исполнительного блока 13 используется предохранитель.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы индуктивной нагрузки 11 транзистор 1 измерительного блока закрыт током к (контролируемое значение тока), протекающим по цепи: плюс конденсатора 12, первый диод 5, третий резистор 9, терморезистор 10, минус конденсатора 12. Этот ток пропорционален, амплитудному значению одной полуволны напряжения (на фиг. 2 показан пунктиром) на обмотке индуктивной нагрузки 11 и превышает ток 1Эт, пропорциональ0 ный мгновенным значениям другой полуволны этого же напряжения.

При нарушении режима работы индуктивной нагрузки 11 происходит разогрев ее обмотки. В результате сопротивление тер5 морезистора 10 увеличивается, вследствие чего значение тока I уменьшается и при достижении амплитудным значением тока IK, задаваемого порога мгновенного значения тока эт, транзистор 1 формирует одно0 полярные импульсы. Порог мгновенного значения тока Эт задается резистором 7. Однполярные импульсы, поступая на вход тиристорного асимметра 2, открывают его в каждый полупериод их формирования. В ре5 зультате этого, тиристорный асимметр 2 в каждый из указанных полупериодов шунтирует часть обмотки индуктивной нагрузки 11. Как следствие этого, средний ток нагрузки 1Н достигает значения, превышающего

0 величину тока срабатывания предохранителя 13, который отключает нагрузку 11 от источника питания.

Предложенное выполнение транзисторного формирователя однополярных им5 пульсов 1 позволяет получить уставки срабатывания, которые не зависят от колебаний напряжения источника питания. Это обусловлено тем, что разностный ток между эт и 1К определяется лишь соотношением

0 между сопротивлениями резисторов 7, 10 и 9 в их цепях.

Поскольку сравниваются токи, пропорциональные амплитудным значениям одной полуволны напряжения с мгновенным зна5 чением другой полуволны напряжения одного и того же источника, каким является часть обмотки индуктивной нагрузки 11.

Вследствие того, что обмотки индуктивной нагрузки 11 непосредственно являются

0 источником питания измерительного блока, выполненного на транзисторе 1. и балластным сопротивлением для ассиметра 2, удается существенно упростить устройство защиты, расположив его на стороне обмот5 ки индуктивной нагрузки 11. При этом, реакцию его на изменение температурного режима передать на исполнительный блок по тем же самым проводам, по которым осуществляется подача на индуктивную нагрузку 11, т. е. используя двухпроводную линию

связи. Кроме того, т. к. исполнительным блоком 13 служит предохранитель, устройство осуществляет защиту и от токов короткого замыкания. При этом, обеспечивается невозможность самовключения индуктивной нагрузки 11 при нормализации температуры ее обмотки.

Следовательно, включение индуктивной нагрузки 11 возможнотолько после подготовки исполнительного блока 13 (т. е. предохранителя) к работе и подачи команды на включение (подключение к источнику питания).

Формула изобретения 1. Устройство для защиты индуктивной нагрузки, содержащее измерительный блок, терморезистор, исполнительный блок, два диода, четыре резистора, конденсатор, первый вывод которого вместе с первым выводом первого резистора соединены с клеммами для подключения соответственно к первой линии связи источника питания и конца первичной обмотки индуктивной, нагрузки, первый и второй выводы исполнительного блока имеют клеммы для подключения в рассечку второй линии связи между источником питания и началом первичной обмотки индуктивной нагрузки, о т- личающвеся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения конструкции, дополнительно введены тиристорный асимметр, третий диод, при этом измерительный блок выполнен в виде порогового формирователя однополярных импульсов на транзисторе, база которого соединена с первыми выводами второго и третьего резисторов и катодом первого диода, анод которого подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом второго диода и через терморезистор - с вторым выводом третьего резистора, катод второго диода соединен с анодом третьего диода и имеет клемму для подключения к первому выводу первичной обмотки индуктивной нагрузки, катод третьего диода соединен с вторым выводом второго резистора и через четвертый резистор - с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом первого резистора и управляющим электродом ти- ристорного асимметра, катод которого под- ключен к первому выводу первого резистора, а анод имеет клемму для подключения к второму выводу первичной обмотки индуктивной нагрузки.

2,Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что исполнительный блок выполнен в виде предохранителя.

Использование: область электротехники и предназначено для защиты индуктивной нагрузки (ИН) от аварийных режимов работы. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный блок (ЙБ), исполнительный блок, терморезистор, два диода (Д), четыре резистора (Р), конденсатор (К), первый вывод которого вместе с первым выводом первого Р соединены с клеммами для подключения соответственно к первой линии связи (ЛС) источника питания (Ист. П) и к концу первичной ИН, первый и второй выводы исполнительного блока имеют клеммы для подключения в рассечку второй ЛС между Ист. П и началом первичной обмотки ИН. Новым в устройстве является введение тиристорного асимметра, третьего Д, выполнение И Б в виде порогового формирователя однополярных импульсов на транзисторе. База его соединена с первыми выводами второго и третьего Р и катодом первого Д, анод которого подключен к первому выводу К. Второй вывод его соединен с анодом второго диода, и через терморезистор с вторым выводом третьего Р, катод второго Д соединен с анодом третьего Д и имеет клемму для подключения к первому выводу первичной обмотки ИН. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл С

Фиг.1

ft

Фш:2