Устройство для защиты электропотребителя Советский патент 1982 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты электродвигателей и других электропотребителей от анормальных режимов работы.

Известно устройство, содержащее измерительный мост с термодатчиком в одном плече и стабилизирующим элементом в другом, транзисторный ключ в диагонали моста, выход которого соединен с разрядной и времязадающей цепочками, и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом времязадающих цепочек, а выход - с входом исполнительного элемента 1.

Недостатками устройства являются его сложное конструктивное исполнение в результате использования измерительного моста и низкая надежность работы вследствие включения термодатчика в одно из плеч измерительного моста. Такое включение приводит к тому, что при превышении предельно допустимой температуры обмоток электродвигателя последний отключается только после определенной выдержки времени. Это недопустимо при значительной скорости нарастания температуры обмоток, так как за время заряда времязадающего конденсатора до напряжения включения второго порогового элемента температура обмоток может превысить максимально Допустимое значение и двигатель выходит из строя, т.е. само устройство в силу своего исполнения способствует выходу электропотребителя из строя, Кроме того, использование в диагонали моста транзистора приводит к

10 тому, что в определенный момент перегрузки электропотребителя транзистор работает в усилительном режиме, что не позволяет конденсатору времязадающей цепочки зарядиться до на15пряжения переключения порогового элемента, это приводит к тому, что в результате работы транзистора в усилительном режиме нарушается (снижается) стабильность работы устрой20ства.

Наиболее близким ,к изобретению по достигаемому результату является устройство, содержащее измерительный

25 мост с термодатчиком и стабилизирующими . элементами в плечах, транзистор и диагонали моста, выход которого соединен с вkoдoм время задающих цепочек и входом исполнительного элемента 2.

30 Включение порогового элемента к входу исполнительного элемента упрощает устройство, повышает надежность и быстродействие, но не устраняет другие приведенные недостатки известных устройств-. Кроме того, включение термодатчика в верхнее плечо измерительного места и отсутствие его связи с нулевым проводом питающей сети приводит к тому, что при монтаже устройства на электропотребителе приходится прокладывать два монтажных провода, это экономически не оправдано. Связь термодатчика с нулевым проводом питающей се.т позволяет использовать один монтажный провод и обеспечить контроль за состоянием заземления электрбпотребителя. Одновременно с приведенными недостатками устройство не обеспечивает самоконтроль устройства за со стоянием цепи термодатчика. Так, например, при коротком замыкании цепи термодатчика устройство становится неработоспособным. Цель изобретения - упрощение уст ройства и повышение надежности его работы. Поставленная цель достигается тем что в устройстве, содержащем подклю ченный к источнику питания делитель напряжения с исполнительным элементом в одном плече, времязадающие це почки, входы которых соединены с вы ходом первого пороговго элемента, а выходы - с входом второго пороговог элемента, подключенного параллельно одному из входом исполнительного эл мента, и стабилизирующий элемент, последний подключен параллельно исполнительному элементу, а первый по роговый элемент выполнен на динисто- ре и соединен с выходом упомянутого делителя напряжения, при этом парал лельно первому пороговому элементу включен дополнительно введенный кон денсатор. Кроме того, при осуществлении ком плексной защиты электропотребителя дополнительно используется второй делитель напряжения с термодатчиком одном плече и второй конденсатор, включенный параллельно выходу второ го делителя напряжения и через второй диод - параллельно входу второг,о или первого пороговых элементов, при этом вход второго делителя напр )ения подключен параллельно исполнительному элементу или к выходу ис точника питания. . , Причем при выполнении исполнительного элемента на симисторе, тиристоре или оптроне их управляющие переходы через дополнительный потен циометр подключены к стабилизирующем элементу, а через дополнительный ди од - к общей точке потенциометра и термодатчика второго делителя напряжения. При выполнении исполнительного элемента на реле в него дополнительно вводятся диоды (или резистор), ключенные последовательно с обмоткой реле, и транзистор, база котоого соединена с диодами (резистоом) , эмиттер - с общей точкой теродатчика и потенциометра второго елителя напряжения, а коллектор с общей точкой соединения обмотки реле и дополнительного резистора. На фиг. 1 приведена схема предлааемого устройства; на фиг. 2 - расрытие узла времязадающих цепочек (количество цепочек может быть неоганичено, например четыре); на фиг.Заскрытие исполнения исполнительного лемента. Устройство для защиты электропотребителя содержит источник питания 1, делитель напряжения на потенциометре 2 и исполнительном элементе 3, времязадающие цепочки 4, пороговые элементы 5 и б, конденсаторы 7 и 8, стабилитрон 9, диоды 10, 11 и 12 и делитель напряжения на потенциометре 13 и термодатчике 14. В качестве термодатчика используются позисторы, которые соединяются между собой последовательно и устанавливаются на обмотках или других элементах электропотребителя, при этом один зажим термодатчика соединен с корпусом электропотребителя, а последний соединен с нулевой шиной источника питания. На зажимы а и fc устройства могут быть поданы управляющие сигналы с других датчиков, например, контроля напряжения питающей сети, контроля за напряжением нулевой точки обмотки двигателя по отношению к нулевому проводу питающей сети, времязадающих цепочек и т.д. Зажим б устройства может быть соединен с зажимом е или подключен к другой шине источника питания, при этом выход с делителя напряжения с термодатчиком в одном плече подключается к входу порогового элемента с или а. Первоначальный сигнал запуска устройства осуществляется подачей его на зижим е. Реле используется при отсутствии температурной защиты устройством электропотребителя, в этом случае зажим 6 устройства по схеме фиг. 1 соединяется с зажимом е . Другой вариант с реле при oтcvтcтвии термодат- чика в устройстве приведен с использованием балластного резистора, в этом случае второй пороговый элемент 6 включается параллельно обмотке реле. Два других варианта исполнительного элемента приведены при использовании в устройстве термодатчика и осуществлении комплексной защиты электропотребителя, пои этом возмож но использование реле или полупроводниковых приборов, например оптро , на, в силовую цепь которого включается обмотка магнитного пускателя, управляющего электропотребителем. При использовании в качестве исполнительного элемента оптрона и осуществлении комплексной защиты электропотребителя, например электродви гателя, с использованием термодатчи ка потенциометр 13 и термодатчик 14 включаются параллельно стабилизирующему элементу 9. Устройство работает следующим об разом. В исходном состоянии напряжение на выходе источника питания 1, выполненного на трансформаторах тока, равно нулю..Динисторы 5 и 6 закрыты Конденсаторы 7 и 8 и времязадающих цепочек разряжены. Исполнительный элемент 3 (оптрон) закрыт, поэтому магнитный пускатель отключен, электродвигатель отключен от питающей сети . При подаче первоначального управ ляющего сигнала на зажим е устройст ва по управляющему переходу оптрона 3 протекает ток управления. Оптрон открывается и подключает обмотку ма нитного пускателя к питающей сети. Электродвигатель включается в работу С выхода трансформатора тока 1 на устройство поступает питающее напря жение, которое удерживает оптрон в открытом состоянии и соответственно электродвигатель в работе. Время задающие цепочки 4 обеспечивают отстройку устройства от переходных и пусковых токов электродвигателя, поэтому по окончании переходных режимов последний работает в номинальном режиме. При возникновении перегрузки элек тродвигателя, например до 1,5 номинальной, напряжение на выходе потенциометра 2 недостаточно для открывания динистора 5, поэтому напряжение на конденсаторах времязадающих цепочек 4 равно нулю, второй пороговый элемент - динистор б закрыт, а испол нительный элемент остается в работе Одновременно с этим перегрузка электродвигателя приводит к перегреву ег обмоток. Когда температура обмоток превышает предельно допустимое значение для данного класса изоляции, сопротивление позисторов 14 релейно возрастает. Напряжение на выходе потенциометра 13 становится выше напряжения переключения динистора 6 в открытое состояние. Динистор 6 открывается и шунтирует своим переходо вход оптрона 3. Оптрон 3 закрывается и отключает обмотку магнитного пускателя от питающей сет. Электродвигатель обесточивается. Конденсатор 8 обеспечивает надежное переключение динистора 6 в открытое состояние. Повторное включение электродвигателя в работу возможно после охлаждения обмотки до допустимой температуры. В том случае, если требуется отключение электродвигателя от питающей сети произвести с определенной вьщержкой времени, зажим Б устройства подключается к источнику питания, а выход потенциометра 13 - к зажиму а. В данном случае при возникновении перегрузки электродвигателя открывается динистор 5. По окончании заряда конденсатора времязадающей цепочки 4 до напряжения переключения динистора 6 последний открывается и электродвигатель отключается от питающей сети. В случае возникновения перегрузки электродвигателя свыше 1,5 номинальной, напряжение на выходе потенциометра 2 и соответственно на конденсаторе 7 становится выше напряжения переключения динистора 5. Последний открывается и подключает времязадающие цепочки 4 к выходу потенциометра 2. В зависимости от тока перегрузки напряжение на каком-либо конденсаторе времязадающих цепочек 4 превышает за более короткое время напряжение переключения динистора 6. Последний открывается, а электродвигатель отключается от питающей сети. Повторное включение электродвигателя в работу ВОЗМОЖНО после повторного включения исполнительного элемента 3 в работу. При необходимости может подаваться сигнализация о возникновении анормального режима работы. В этом случае между катодом динистора 5 и минусовой обкладкой конденсатора 7 включается через балластный элемент сигнализационный элемент, В этом случае напряжение на выходе источника питания 1 не сглаживается, а параллельно стабилизирующему элементу 8 может быть включен сглаживающий конденсатор. При использовании устройства для токовой или температурной защиты в качестве источника питания могут быть использованы трансформаторы тока или источник питания в виде питающей сети, при этом обеспечивают отсутствие в схеме делителя напряжения с термодатчиком в одном плече или шунтируют потенциометрами выходы времязадающих цепочек. При использовании устройства для комплексной защиты и обрыве цепи термодатчика 14 конденсатор 8 на выходе потенциометра 13 заряжается до напряжения переключения дипистра б, в результате чего динистор б открывается и шунтирует вход оптрона 3. Электродвигатель отключается от питающей сети.

При коротком заь4ыкаиии цепи термодатчика 14 вход оптрона 3 (см. Фш, 3) шунтируется через диод 12, поэтому оптрон остается в -закрытом ил переходит в закрытое состояние и отключает магнитный пускатель и соответственно электродвигатель от питающей сети. Аналогичные процессы в схеме происходят при использовании в качестве исполнительного элемента реле и дополнительного транзистора. Вместо транзистора может быть использован тиристор.

Предлагаемое устройство в отличие 6т известных характеризуется более простым исполнением и повышенной надежностью в работе, обеспечивает самоконтроль за состоянием цепи термодатчика, и по сравнению с серийно выпускаемыми устройствами типа УБТЗ наряду с указанными преимуществами позволяют вместо двух монтажных проводов от термодатчика к устройству использовать один монтажный провод при питании электродвигателя от сети с глухозаземленной нейтралью, а также осуществить контроль за состоянием заземления корпуса электропотребителя. Кроме того, в случае возможности по технологическим условиям устройство может обеспечивать перед отключением электропотребителя подачу предварительного сигнала на предупреждение обслуживающего персонала об отключении электродвигателя от питающей сети. Причем устройство в отличие от серийно выпускаемых устройств типа ФУЗ-У и ФУЗ-М позволяет осуществить более гибкую защиту электропотребителя от обрыва фазы питающей сети без учета нагрузки и температуры обмоток, а также ряда других факторов, например постоянного нахождения управляющего перехода тиристора под напряжением, разбросом характеристик устройства в зависимости от значения управляющего тока тиристора, отсутствия самоконтроля за цепью.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты электропотребителя , содержащее подключенный к источнику питания делитель напряжения с исполнительным элементом в одном плече, время задающие цепочки, эходы которых соединены с выходом йервого порогового элемента, а выходы - с входом второго порогового

элемента, подключенного параллельно одному из входов исполнительного элемента, и стабилизирующий элемент, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности его работы, стабилизирующий элемент подключен параллельно исполнительному элементу, а первый пороговый элемент выполнен на динисторе и соединен с выходом упомянутого делителя напряжения, при этом параллельно первому пороговому элементу включен дополнительно введенный конденсатор.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при осуществлении комплексной защиты электропотребителя дополнительно используется второй делитель напряжения с термодатчиком в одном плече и второй конденсатор, включенный параллельно выходу второго делителя напряжения и через диод - параллельно входу второго или первого пороговых элементов, при этом вход второго делителя напряжения подключен параллельно исполнительному элементу или к выходу источника питания.

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что при выполнении исполнительного элемента на симисторе, тиристоре или оптроне их управляющие переходы через дополнительный потенциометр подключены к стабилизирующему элементу, а .через дополнительный диод - к общей точке потенциометра и .термодатчика второго делителя напряжения.

4.Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что при выполнении исполнительного элемента на реле в него дополнительно введены диоды (или резистор) включенные последовательно с обмоткой реле, и транзистор, база которого соединена с диодами (резистором), эмиттер - с общей точкой термодатчика и потенциометра второго делителя напряжения,

а коллектор - с общей точкой соединения обметки реле и дополнительного резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР заявке W 2793831/24-07,

по

Н 02 Н 7/08, 1980. кл,

2.Авторское свидетельство СССР заявке № 2852721/24-07,

по

кл. Н 02 Н 7/08, 1980.