Устройство для защиты асинхронного двигателя от перегрузки Советский патент 1982 года по МПК H02H7/85 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты электродвигателей переменного тока.

Известно устройство для защиты источника тока от анормальных режимов. Данное устройство содержит измеритель тока, выполнен- ный на магнитоуправляемом контакте, который помещен в магнитный экран и расположен непосредственно на токоведущей щине источника питания. Магнитоуправляемый контакт установлен в катушке, соединенной последовательно с двумя постоянными и одним переменным резисторами. Названная последовательная цепочка включена параллельно первому стабилитрону, а также последовательно соеданеннь1м второму стабилитрону и резистору, шунтирующему управляющий переход тиристора. При этом параллельно второму стабилитрону подключен геркон, соединенный последовательно с ограничительным резистором. Анод первого стабилитрона непосредственно, а катод через резистор подключен к источнику постоянного тока. С зажимами источника соединена, кроме того, катушка рас

ценителя, включенная последовательно с тиристором.

При номинальных токах в главной (контролируемой) цепи контакт геркона разомкнут. Это обеспечивается стабилизацией напряжения, подаваемого на катушку геркона-, до соответствующего уровня и подбором величины переменного резистора так, чтобы суммарный магнитный поток управляющей катушки и токоведущей шины не достигал порога срабатывания магнитоуправляемого контакта.

По мере увеличения контролируемого тока (аварийный режим) и достижения результирующей намагничивающей силой ампер-витков срабатывания геркона, его контакт замыкается, подавая на тиристор положительное управляющее напряжение. Силовая структура последнего открывается, катушка рас2Q цепителя автомата обтекается током и отклю иет силовую цепь 1.

Однако устройство имеет низкую надежность работы, обусловливаемую ускоренным механическим износом контактных пластин геркона, помещенных в переменное магнитное поле и совершающих периодическое движение определенной амплитуды с частотой переменного тока сети (например, 50 Гц в промышленных электроустановках), а также, низкую точность работы, определяемую разбр сом ампер-витков срабатывания геркона, доходящим до 20-30% от величины магнитодвижущей силы срабатывания. Такая нестабильность замыкания обусловлена наличием немаг нитного зазора между контактными пластинами геркона, незначительное изменение которого приводит к изменению магнитного потока в межконтактном зазоре при одной и той же величине магнитодвижущей силы. Кроме того, устройство имеет ограниченную область применения из-за возможности ложного срабатывания при двигательном характере нагрузки, когда при пуске происходит кратковременное увеличение тока силовой цепи сверх номинального. При зтом произойдет недопустимое отключение нагрузки устройством. Наиболее близким по технической сущнос ти к предлагаемому является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки, содержащее три последовательные цепочки, подключенные к источнику постоянного тока: исполнительный элемент и тиристор, резистор и времязадающий конденсатор, переменный резистор и уп равляющая катушка геркона. При этом параллельно упомянутому конденсатору подсое динен магнитоуправляемый контакт с последовательно включенным вторым переменным резистором, а также . 5Т1равляющий переход тиристора, щунтированный резистором и соединенный последовательно с динистором. Результирующая магнитодвижущая сила (МДС), действующая на датчик устройства - геркон, выставляется таким образом, чтобы минимальное ее значение превосходило намаг ничивающую силу его возврата. Тогда при номинальном токе защищаемого злектродвигателя геркон замкнут, щунтируя вместе с последовательно включенным вторым переменным резистором времязадающий конденсатор. Это обусловливает низкий уровень заряда названного конденсатора, недостаточный лля включения динистора, а следовател но, и отпирания тиристора. Исполнительный элемент при этом обесточен. Появление перегрузки двигателя сопровож дается увеличением контролируемой герконом переменной МДС. В отрицательный ее полупериод при вычитании из постоянной подма1Л1ичивающей МДС мгновенное значение результирующего магнитного поля становится меньше уровня возврата геркона. 74 Последний размыкается, дещунтируя времязадающий конденсатор. Разность потенциалов на его обкладках начинает возрастать. В положительный полупериод МДС достигает порога срабатывания - геркон замыкается. Процессы коммутации геркона и заряда конденсатора повторяются ежепериодно. Устройством отрабатывается установленная вьщержка времени, по истечении которой включается динистор, создавая цепь прохождения тока зшравления тиристора. Отпирание последнего обусловливает подачу напряжения на исполнительный элемент устройства, который отключает перегруженный двигатель от сети 21. 1 Однако известное устройство обладает невысокой чувствительностью, связанной с завышением МДС, действующей на геркон, до уровня замыкания. Для возврата геркона в разомкнутое состояние может потребоваться значительная контролируемая переменная намагничивающая сила, в отрицательную полуволну вычитаемая из постоянной (так как коэффициент возврата геркона невелик). При наличии данной защиты двигатель, следовательно, может подвергаться перегрузкам, на которые не реагирует устройство. Оно не обеспечивает, таким образом, достаточного уровня надежности защиты электрического двигателя. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности работы устройства, а также надзжности защиты двигателя. Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем датчик тока на магнитоуправляемом контакте, размещенном внутри управляющей катушки, расположенной между токоведущей шиной и магнитным экраном, и тиристор, управляющий переход которого, защунтированный резистором, подсоединен через динистор к конденсатору времязадающей RC-цепочки, причем тиристор, соединенный последовательно с обмоткой исполнительного элемента, подключен к источнику постоянного тока, к которому присо; единены магнитоуправляемый контакт и его управляющая катунжа, соединенный последовательно с резисторами, тем, что к фазе, близ которой расположен геркон, подключена его вторая введенная управляющая катущка, соединенная последовательно с резистором и диодом, катод которого подключен к следующей по чередованию, по отнощению к упомянутой фазе, а времязадающая цепочка шунтирована размыкающим контактом исполнительного элемента и присоединена через диод к указанному магнитоуправляемому контакту. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для защить асинхронного двигателя от перегрузки; на фиг. 2 - диаграмма изменения магнитодвижущих сил F. Устройство содержит датчик на магнитоуправляемом контакте 1, снабженном катушками управления 2 и 3. Катушка 2, соединенная последовательно с переменным резистором 4 (резистором регулировки тока срабатывания устройства), подключена к источнику постоянного тока U. Датчик расположен между токоведущей шиной фазы А и магнитным экраном 5. Катушка 3 с последовательно включенными резистором 6 и диодом 7 присоединена к фазам А и С источника питания. К геркону 1 через диод подсоединена времязадающая RC-цепочка 9 и 10. Конденсатор 10 последней через динистор 11 подключен к управляющему переходу тиристора 12, катод которого соединен с отрицательным, а анод - через исполнительный элемент 13 - с положительным зажимом источника постоянного тока. Времязадающая R цепочка 9, 10 шунтирована размыкающим контактом 14 магнитного пускателя защищае мого двигателя 15. Анод диода 8 присоединен к источнику питания устройства через резистор 16. Управляющая цепь упомянутого тиристора 12 шунтирована резистором 17. На фиг. 2, где дана диаграмма изменения магнитодвижущихся сил F воздействующих на геркон 1 (фиг. I) устройства FCP и FB - магнитодвижущие силы срабатывания геркона и возврата соответственно; F, - МДС катушки 2 (фиг. 1); р2 - МДС катущки 3 (фиг. 1); РЗ - контролируемая МДС токоведущего проводника фазы А; РЗ и РЗ - отрицательные полупериоды контролируемой МДС при граничных значениях фаз; Ч:-30° - граничный сдвиг фазы РЗ относительно р2 в сторону oneрежения; - то же, в сторону отставания; Р - суммарная МДС, воздействую щая на геркон; со - круговая .частота переменного тока сети; ti - момент времени размыкания геркона при перегрузке; t2 момент замыкания геркона при перегрузке. Устройство работает следующим образом. На геркон воздействуют три поля: постоянное магнитное попе катушки 2; поле по жительных полупериодов тока, пропорционального линейному напряжению ид , создаваемое катушкой управления 3; контролируемое переменное поле токоведушего проводника фазы А. Величина первой упомянутой магнитодвижущей силы Р| регулируется переменным резистором 4 и выставляется несколько большей МДС возврата геркона РВ (фиг. 2), чем обеспечивается нахождение замыкающего геркона 1 в замкнутом состоянии после кратковременного превышения намагничивающей силой порога срабатывания Ррр. Амплитуда МДС второй катушки р2 устанавливается большей разности Рср-Рв- Это обеспечивает срабатывание геркона под действием намагничивающей силы FI + РЗ . Контролируемая синусоидальная МДС РЗ (как и ток фазы А) отстает от напряжения этой фазы (д ) на угол Ч-0-90°. В свою очередь, U/. сдвинуто относительно ид в сторюну опережения на 30 эл. град. Следовательно, сдвиг фаз МДС р2 и РЗ ограничивается диапазоном углов -30° Ц . В этом случае амплитуда отрицательной полуволны двух граничных по фазе кривых РЗ и РЗ как и любой промежуточной РЗ попадает в интервал отсутствия МДС р2 (фиг. 2). Тем самым обеспечивается стабильность суммы мгновенных значений Р Pj + р2 + + РЗ, необходимой для размыкания геркона (т.е. достижения уровня РВ), Иными словами, размыкание магнитоуправляемого контакта 1 происходит при одном и том же значении контролируемого тока независимо от его фазы. При совпадении фаз МДС р2 и РЗ (простейший случай), если амплитуда РЗ превышает величину разности PI-РВ (суммарная МДС - сплошная кривая на фиг. 2), то в момент времени tj происходит размыкание геркона (Р РВ), а в момент tj - возвращение в исходное состояние, т.е. замыкание (Р Рср)- Такой периодический процесс коммутации геркона имеет место в режиме перегрузки защищаемого двигателя. В нормальном режиме амплитуда РЗ не превышает разность PI-.PB- Установкой величины Р резистором 4 может быть получена любая требуемая уставка тока срабатывания устройства. Если превышение контролируемым током его номинального значения кратковременно, то процесс коммутации геркона , заканчивается и он переходит в замкнутое состояние (например, при завершении пуска двигателя). С целью исключения влияния на датчик устройства - геркон 1 с управляющими катушками 2,3 внешних магнитных полей, а также полей фаз В и С, он размещается в магнитном экране 5. Необходимая величина и форма тока управления катушки 3 обеспечиваются включеиием в схему устройства (фиг. 1) резистора 6 и диода 7. В отключенном состоянии защищаемого асинхронного электродвигателя (АД) схема обесточена (источник U подключается при пуске двигателя). 8 нормальном режиме работы АД, когда в схему подано напряжение, геркон 1 шунтируег цепь 8, 9, 10 заряда конденсатора 10, Динистор 11, следовательно, заперт, ток управления тиристора 12 отсутствует - последний закрыт. Исполнительный элемент 13 при этом обесточен. Блокировочный контакт 14 пускателя двигателя разомкнут. При перегрузке двигателя происходит периодаческое размыкание геркона 1 и деmyFrrHpoBBHHe цепи заряда конденсатора 10. Через резистор 16, диод 8, резистор 9 происходит его заряд. В момент достижения напряжением конденсатора 10 порога включения динистора 11 появляется управляющий ток тиристора 12. Его отпирание приводит к срабатыванию исполнительного элемента 13 и отключению защищаемого двигателя магнитным пускателем, контакт 14 которого замыкается. Одновременно обес точивается вся схема. Предлагаемое устройство обеспечивает обратнозависимую от тока выдержку времени. Действительно, с увеличением контролируемого тока и намагничивающей силы Fj замыкание геркона происходит раньше и интервалы времени ежепериодного заряда кондеислтора увеличиваются. Напряжение послед него, следовательно, достигает уровня вкл ченил динистора 11 быстрее. Время срабаты вания устройства в целом уменьшается. Резистор 16 повыщает стабильность работы тнристора 12. Введение контакта 14 исключает срабатывание устройства при частьк пусках защищаемого двигателя, когда ток превышает номинальный и происходит заряд конденсатора 10. Время одного пуска недостаточно для срабатывания устройства, а при каждой остановке двигателя замыкается контакт 14 и через резистор 9 происходит разряд конденсатора 10. В предложенном устройстве за счет перио дического подмагничивающего поля F достигается любая стейенБ сближения F, и FB, т.е. для срабатывания устройства достаточно малое изменение контролируемой МДС, а ел дователыю, и тока двигателя. Устройство, таким образом, обеспечивает любой, наперед заданный уровень чувствительности. Исключением начального заряда времязадающего ковденсатора при номинальном токе двигателя может быть снижена емкость указанного конденсатора, необходимая для создания той же выдержки времени. Кроме того, повыщается точность работы устройства, так как при одном и том же времени срабатывания предлагаемого устройства и включение динистора в первом происходит на более крутом участке кривой зяряда времязадающеГо конденсатора, а следовательно, разброс параметров динисторов не приводат к заметной погрешности, как во втором из перечисленных. Последний фактор обусловливает повышение надежности защиты асинхронного двигателя от перегрузок. Формула изобретения Устройство для защиты асинхронного двигателя от перегрузки, содержащее датчик тока на магнитоуправляемом контакте, размещенном внутри зшравляющей катушки, расположенной между токоведущей шиной и магнитным экраном, и тиристор, управляющий переход которого, зашунтированный резистором, подсоединен через диннстор к конденсатору времязадающей RC-цепочки, причем тиристор, обмоткой соединеш1ыи последовательно с исполнительного элемента, подключен к источнику постоянного тока, к которому присоединены магнитоуправляемый контакт и его управляющая катушка, соединенные последовательно с резисторами, отличающееся тем, что, с целью повышення чувствительности и точности работы устройства, а также надежности зашиты двигателя, к фазе, близ которой расположен геркон, подключена его вторая введенная управляющая катущка, соединенная последовательно с резистором и диодом, катод которого подключен к следующей по чередованию, по отношению к упомянутой фазе, а времязадающая цепочка шунтирована размыкающим контактом исполнительного элемента и присоединена через диод к указанному магнитоуправляемому контакту. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 377936, кл. Н 02 И 7/12, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2939275/24-07, кл. Н 02 Н 7/085, 13.06.80.

15

(риг.1

д}(/г.2.