Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от работы на двух фазах Советский патент 1982 года по МПК H02H7/09 

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов, и может быть использовано для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей и других симметричных трехфазных нагрузок от работы на 2 фазах.

Для обеспечения безаварийной работы потребителей при возможных неполнофазных режимах необходимо, чтобы каждый трехфазный асинхронный электродвигатель независимо от степени ответственности его и мощности был надежно защищен от работы его на двух фазах;

Известно устройство для защиты трехфазного электродвигателя от обрыва фаз и перегрузок с тепловым реле L- .

Недостаток этого устройства заключается в значительной инерционности собственно нагревательных элементов. Этоприводит к перегреванию обмоток электродвигателя, а значит и преждевременному его старению, а такхсе к тому, что еще до пуска электродвигателя тепловым реле посредством норма-льно замкнутого контакта фактически пo lгoтaвливaeтСП цепь включения магнитного пускателя независимо от состояния силовой цепи и исправноаги самого теплового реле. Вследствие этого не может быть высокой надежности и эффективности защиты электродвигателей от неполнофазных режимов при помощитепловых реле.

Наиболее близким по принципу дей10ствия и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для защиты трехфазных электродвигателей от работьи на двух фазах, содержащее включенные в фаз15ные провода токовые реле, размыкающие контакты которых через реле времени функционально связаны с пусковой кнопкой в цепи магнитного пускателя. Посредством токовых реле осуществля20ется контроль наличия тока в каждом фазном проводе. При нормальном пуске двигателя токовые реле сразу размыкают свои контакты, поэтому реле времени не успевает сработс1ть и его

25 контакт в цепи катушки ма1нитного пускателя остается замкнуты;;. При исчезновении тока в одноГ: из фаз соответствующее токовое роле замыкает свой контакт и pent Б)лемони с нс-г ольшой выдержкой oTKJifit.TOT /.виптолт.. f.ll .

30 Однако указанное устройство не обе печивает защиту электродвигателя от работы на двух фазах при обрыве в е обмотке, соединенной по схеме треугольника, так как в одной из фаз при этом линейный ток увеличивается в полтора раза, а в двух других линейные токи близки к номинальным, т.е. токовые реле остаются включенными. Устройство имеет относительно большие габариты и стоимость, поэто му нецелесообразно применять его дл заишты двигателей небольшой мощност а также из-за относительно большой потребляемой мощности токовых реле сопротивление их обмоток достаточно велико и потери напряжения на них, суммируясь с потерями в линии и дру гих элементах силовой цепи, MorvT превысить допустимую потерю напряжения, что нежелательно. Если токовые реле в устройстве выполнить на базе несиловых магнитоуправляемых контактов г то тем самым можно значительно уменьшить габаритные размеры устройства и его стоимость..Такое исполнение позволи значительно шире применять устройст во для защитыэлектродвигателей от неполнофазных режимов, причем не всегда целесообразно задействовать в устройство реле времени, так как вероятность кратковременного пропадания напряжения т:олько одной фазы очень мала, поэтому это имеет смысл только для особо ответственных электродвигателей, отключение которых даже на короткое время може нарушить определенный цикл или ритм целой технологической линии. Для защиты всех остальных двигателей не обязательна ввщержка времени при аварийном отключении. Устройство пр этом значительно упрощается, а малы габариты его позволяют встраивать такое устройство даже в самые маломощные магнитные пускатели. Замыкаю щие контакты всех трех герконов соединены последовательно, а вся образованная при этом цепь включает ся параллельно кнопке Пуск. Но такое уст1)ойство не обеспечивает защиту двигателя при обрыве в его обмотке, соединенной по схеме треугольника. Устройство непригодно для защиты от неполнофазных режимов большой группы двигателей: маломощяых (менее 4 кВт) и двигателей до 10 кВт с резко изменяющейся нагрузкой, так как с уменьшением мощности двигателя соответственно нужно увеличить число витков токовой катушки геркона, а в случае переменной нагрузки с тем, чтобы избежать ложные срабатывания устройства, это количество витков необходимо увеличить еще в несколько раз. Возрастает соп ротивление катушек, а значит и тюте ри напряжения, что нежелательно или более того габариты токовой катушки могут оказаться вообще несоизмеримыми с размерами геркона. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем использования для соединения обмоток электролвиГателя в треугольник. Для достижения поставленной цели устройство для защиты трехфазного электродвигателя от работы на двух фазах, содержащее три токовых реле, выполненные на базе герконов, контакты которых функционально связаны с пусковой кнопкой в цепи магнитного пускателя, дополнительно снабжено тремя обмотками напряжения по одной на каждом герконе, причем выводы обмотки напряжения первого геркона подключены между первой и третьей, второго геркона - между второй и первой и третьего - между третьей и второй фазами, питающими электродвигатель, а замыкающие контакты герконов соединены последовательно между собой и включены параллельно пусковой кнопке. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - векторная диаграмма. Устройство (фиг. 1) содержит три геркона 1-3, на каждом из которых намотаны витки токовых обмоток 4-6, включенных в разрыв силовой цепи каждой из фаз. Замыкающие контакты 7-9 всех герконов соединены последовательно, а образованная при этом цепь включена параллельно пусковой кнопке 10. Поверх токовых обмоток закреплены добавочные обмотки напряжения 11-13, которые включены согласно с токовыми и служат для усиления магнитного поля геркона. На векторной диаграмме (фиг. 2) показан вектор тока электродвигателя 1д в фазе А при номинальной нагрузке (коэффициент мощности взят усредненным для двигателей с разными оборотами и мощностью до 5,5 кВт; cos4 0,8) и для режима, когда нагрузка на валу значительно меньше номинальной. Ток 1д является одновременно током токовой катушки геркона, контролирующего наличие тока в фазе А. Вектор 1 - вектор тока добавочной катушки того же геркона, подключенной на линейное напряжение U/ cСдвиг фаз между 1 и Уд незначительный, так как в данном случае индуктивное сопротлвление добавочной катушки во мйого раз меньше активного ее сопротивления, вследствие того, что отсутствует ферромагнитный сердечник. Из диаграммы видно, что вариант подключения добавочной катушки геркона А на линейное напряжение Уд является наиболее предпочтительным. так как в этом случае среднее значение результирующего маг()тного потока для любого режима нагрузки асинхронного электродвигателя максимально по сравнению с другими вариантами подключения добавочноп катуш ки. Добавочная катушка геркона В подключается на линейное напряжение , а геркона С - на Up Для двигателя, обмотки которогосоединены в треугольник, характер но наличие всех линейных токов при обрыве в его обмотке, но так как на равление вектора одного из линейных токов (фиг. 3) изменяется при этом на противоположное (более точно на 150), то потоки токовой и добавочной катушек соответствующего геркон теперь направлены встречно, поэтому геркон автоматически размыкается. Добавочные обмотки подключены к фазам сети после силовых контактов ма нитного пускателя. Ампервитки добавочной катушки составляют 90% от намагничивающей силы Fyx , необходимой для удержания герктш в замкнутом состоянии. Суммарным магнитным потоком в процессе работы двигателя достаточно обеспечить удержание гер кона в замкнутом состоянии, так как включается он надежно при пуске электродвигателя ( - 7 1) , поэт му в идеальном режиме для управлени герконом токовой катушке достаточно иметь незначительное количество вит ков, соответствующее десятой доле от Fye/ но для обеспечения высокой н дежности устройства в реальных условиях нужно это количество еще умножить на коэффициент надежности, равный 2-3, т.е. F. ( О, 2-0, 3) F , где F - намагничивающая сила токовой катушки. Устройство работает следующим образом. ,При нажатии на пусковую кнопку 10 включается магнитный пускатель, который подключает к сети трехфазный электродвигатель. При на личии всех фаз включаются все три 1-3 геркона и блокируют пусковую кнопку 10, после отпускания которой цепь питания катушки пускателя остается замкнутой. При наличии обрыва в одной из фаз, например А, в ней отстуствует ток, а значит и в токовой катушке 4 соответствующего геркона 1 и, так как магнитного пол добавочной катушки недостаточно для удержания его в замкнутом состоянии, то геркон остается разомкну тым, поэтому после отпускания пуско вой кнопки 10 магнитный пускатель автоматически отключается. При потере фазы во время работы двигателя устройство работает аналогично. Раз рывается цепь блокировки пусковой кнопкой. Двигатель мгновенно отключается от сети. При обрыло фазы вне обмоток дпигателя устроястпо работает совегяиеино одинаког5о нечлвисимо от схемы их соединения. ТоК же точно срАбатывпет устройство и в случае обрыва в обмотке статора, соединенной в звезду, так как линспные токи являются в этоТ случае одновременно и фазными. При обрыве в обмотке, соединенной в треугольник, устройство работает следующим образом. Так как направление одного | из линейных токов изменяется на противоположное, то магнитные потоки токовой и добавочной катушек соответствующего горкона- теперь направлены встречно, поэтому этот геркон автоматически размыкается. Так как предлагаемое устройство можно применить для защиты от работы на двух фазах практически любого трехфазного электродвигателя, в том числе и тех, обмотки которых соединены в треугольник, причем устройство обеспечивает нш1ежную защиту двигателя при обрыве в любой точке его внешней и внутренней силовой цепи, оставаясь при этом простым, недорогим и малогабаритным, поэтому широкое использование данного изобретения позволяет получить значительный экономический эффект, так как срок службы двигателей при этом увеличивается. Формула изобретения Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от работы на двух фазах, содерхсащее три токовых реле, замыкающие контакты 1 оторых функционально связаны с пусковой кнопкой в цепи магнитного пускателя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем использования для электродвигателя с соединением обмоток с треугольник, оно дополнительно снабжено тремя обмотками напряжения по одной на каждом герконе, причём выводы обмотки напряжения первого геркона подключены между первой и третьей, второго геркона между второй и первой и третьего между третьей и второй фазами, питающими электродвигатель, а замыкающие контакты герконов соединены последовательно между собой и включены параллельно пусковой кнопке. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Клейменов В.л. Тепловая защита асинхронных электродвигателей. М. , ВН.ИИЭМ, 1966, с. 28-4. 2. Зимин Е.А. Защита асинхронных двигателей до 500В. М.-Л., Энергия, 1967, с. 77-78, рис. 194.

z