Устройство для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус Советский патент 1983 года по МПК H02H7/09 H02H3/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПУСКОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ОБРЫВА ЦЕПИ ОБМОТОК И ПРОБОЯ ИЗОЛЯЦИИ НА КОРПУС

1

Изобретение относится к электротехнике и автоматике, в частности к устройствам защиты трехфазных электродвигателей от анормальных режимов, и может быть использовано в устройствах автоматического контроля электродвигателей.

Известно устройство для контроля изоляции обмоток электродвигателя, осуществляющее предварительный контроль изоляции, содержащее источник постоянного тока, магнитный пускатель с кнопочным постом, исполнительный орган, выполненный на реле, и пороговое устройство, выполненное на реле.

Источник постоянного тока содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена к двум фазам питающей сети, а вторичная - к диагонали диодного выпрямительного моста. Один из выводов диагонали моста соединен с корпусом, а другой ее вывод - через обмотку реле порогового устройства и одну из пар контактов реле исполнительного органа - с одной из обмоток электродвигателя. Один из выводов обмотки реле исполнительного органа соединен с одним выводом вторичной обмотки трансформатора, а другой,вывод - через вторую пару контактов реле исполнительного органа и кнопку «Стоп магнитного пускателя с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора. Параллельно второй паре контактов реле исполни5 тельного органа включена цепь из последовательно соединенных контактов реле порогового устройства и кнопки «Пуск магнитного пускателя. Цепь из последовательно соединенных обмотки магнитного пускало теля и третьей пары контактов реле исполнительного органа подключена к выводам первичной обмотки трансформатора 1.

Недостатками указанного устройства являются сравнительно невысокая надежность защиты за счет того, что устройство поз15 воляет осуществлять лищь однократный контроль состояния изоляции, в результате че- го повышается вероятность пробоя изоляции на корпус в промежуток времени между проверками, а также низкая точность 2Q срабатывания в результате того, что пороговое устройство выполнено на реле - элементе с большим разбросом параметров и низкой чувствительностью, вследствие чего погрешность установки уставки защитного отключения велика, что обусловливает низкую точность срабатывания защитного устройства.

Кроме того, в указанном устройстве невозможен контроль целостности цепей обмоток.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для предварительного контроля изоляции обмоток трехфазного электродвигателя, содержащее источник постоянного тока, выход которого соединен через резистор с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, пороговое устройство, два входа которого соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, а выход соединен с входом исполнительного органа. Пороговое устройство выполнено на тиратроне тлеющего разряда, анод и сетка которого через резисторы подключены к двум входам порогового устройства и через конденсаторы к корпусу, а катод через резистор подключен к корпусу. Исполнительный орган блока контроля выполнен на тиристоре, анод которого соединен с обмоткой реле, контакты которого включены в цепь обмотки магнитного пускателя. Управляющий электрод тиристора через резистор соединен с катодом тиратрона, а катод тиристора соединен с корпусом 2 .

Недостатками известного устройства являются сравнительно невысокая надежность защиты за, счет того, что устройство позволяет осуществлять лищь однократный контроль состояния сопротивления изоляции и цепей обмоток электродвигателя, в результате чего повыщается вероятность проявления неисправностей контролируемых элементов в промежуток времени между проверками, а также низкая точность срабатывания устройства, так как.пороговое устройство выполнено на тиратроне тлеющего разряда - элементе с больщим разбросом параметров, поэтому norpeuiHocTb установки уставки велика, что обусловливает низкую точность срабатывания устройства.

Цель изобретения - повыщение надежности защиты и точности срабатывания устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для предпусковой защиты трехфазньгх электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции На корпус, со держащее источник постоянного тока, выход которого через резистор соединен с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, в состав которого входит тиристор, первый выход исполнительного органа включен в цепь обмотки магнитного пускателя, пороговый блок, в

состав которого входят резисторы и конденсатор, одна обкладка которого подключена к корпусу, два входа порогового блока соответственно соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, снабжено формирователем сигнала управления и элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового блока, второй вход- с выходом формирователя сигнала управления, а выход - с входом исполнительного

0 органа, причем вторая обкладка конденсатора порогового блока подключена к выходу порогового блока и к первым объединенным выводам трех резисторов порогового блока, при этом вторые выводы двух резисторов соответственно подключены к двум

входам порогового блока, а второй вывод третьего резистора подключен к третьему входу порогового бж)ка, соединенному с вторым выходом исполнительного органа, причем к одной из фаз питающей сети под0 ключены второй вывод обмотки магнитного пускателя, вход источника постоянного тока и вход формирователя сигнала управления, который выполнен на резисторе, один вывод которого через выключатель соединен с входом формирователя сигнала уп5 равления, другой вывод резистора подключен к точке соединения двух согласно включенных диодов, катод первого диода сое динен с корпусом, анод второго диода подключен к выходу формирователя сигнала

JJ управления, а параллельно этим диодам подключен конденсатор, при этом исполнительный орган выполнен в виде диодного моста, входная диагональ которого включена между первым выходом исполнительного органа и корпусом, а в выходную диагональ

5 включен тиристор, управляющий электрод которого соединен с точкой соединения транзистора и первого резистора, подключенных параллельно тиристору, база которого через второй резистор и диод соединена с входом исполнительного органа, катод тиристора

соединен с вторым выходом исполнительного органа.

Наличие в предлагаемом устройстве фО.мирователя сигнала управления, элемента ИЛИ, порогового блока, состоящего из трех

5 резисторов и конденсатора, соединенных между собой и с ранее известными элементами, как указано выще, позволяет осуществлять контроль состояния изоляции и цепей обмоток в течение нерабочего периода непрерывно, мгновенно реагировать на вы0 ход параметров из нормы, что повыщает Надежность защиты.

Такое выполнение устройства позволяет устранить влияние колебаний тока источника постоянного тока на уровень сраба- тывания порогового устройства, благодаря заданию уставки порогового блока и токов, протекающих по обмоткам от общего источника. Поэтому при изменении тока источника одновременно изменяются величийы уставки и токи в обмотках, и срабатывание порогового блока происходит при ностоянйом значении контролируемых параметров, что повышает точность срабатывания устройства. Кроме того, выполнение порогового устройства на резисторах и конденсаторе, т. е. на элементах с малым разбросом параметров по сравнению с электровакуумными приборами, позволяет уменьшить погрешность установки порога срабатывания, что также повышает точность срабатывания, устройства.

На чертеже представлена принципиальная электрическая, схема устройства для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус.

Предлагаемое устройство для предпусковой зашиты трехфазных электродвигателей от обрыва це;-пи обмоток и пробоя изоляции на корпус содержит источник 1 постоянного тока, пороговый блок 2, исполнительный- орган 3, магнитный пускатель, состояшйй из обмотки 4 и контактов 5-7, формирователь 8 сигнала .управления, элемент ИЛИ 9.

Источник 1 постоянного тока выполнен в виде диода, анод которого подключен к фазе А питающей сети; а катод через резистор 10 подключен к обмотке 11 защищаемого электродвигателя. .

Пороговый блок 2 состоит из трех резисторов 12-14 я конденсатора 15. Одна обкладка конденсатора 15 подключена к корпусу, :а вторая - к одним из выводов резисторов 12-14, причем эта точка соединения является выходом порогового блока 2. Выход порогового блока 2 соединен с первым входом элемента Или 9, выполненного с возможностью пропускания Сигнала отрицательной полярности. Выход элемента ИЛИ 9 соединен с входом исполнительного органа 3.

Вторые выводы резисторов 12 и 13 являются соответст зенно двумя входами порогового блока 2 и соединены соответственно с обмотками 16 и 17 электродвигателя. Второй вывод резистора 14 является третьим входом порогоэого блока 2 и соединен с вторым выходом исполнительного органа 3.

Исполнительный орган 3 содержит выпря)ительный : диодный мост, состоящий из Диодов 18-21, в одну диагональ которого включен тиристор 22, управляющий электрод которого подключен к эмиттеру транзистора 23 и через, резистор 24 - к аноду тиристора 22. Катод тиристора 22 подключен к коллектору транзистора 23 и к одному из выводов конденсатора 25 и является вторым выходом исполнительного органа 3, Другой вывод конденсатора 25 подключен к аноду диода 26 и через резистор 27 к базе транзистора 23. Катод диода 26 является входом исполнительного органа 3.

Один из выводов второй диагонали выпрямительного моста подключен к корпусу, а второй ее вывод является первым выходом исполнительного органа 3, с которым соединен один из выводов обмотки 4 магнитного пускателя. Второй вывод обмотки 4 магнитного пускателя соединен с фазой А питающей сети.

Сопротивление резистора 24 вьгбрано большим, не менее 1 МОм.

o Главные контакты 5-7 магнитного пускателя включены соответственно между обмотками 11, 16 и 17 электродвигателя через рубильник 28 с фазами А, В, С питающей сети. .. Резистор 29 соответствует эквивалент5 ному сопротивлению изоляции линии связи между пускателем и электродвигателем и обмоток 11, 16 и 17 электродвигателя по отношению, к корпусу. Второй вход элемента ИЛИ 9 соединен с выходом формирова0 теля 8 сигнала управления, вход которого соединен с фазой А питающей сети. Формирователь 8 сигнала управления содержит выключатель 30, один вывод которого является входом формирователя 8 сигнала управления, а второй вывод через резистор

5 31 соединен с катодом диода 32 и анодом диода 33. Катод диода 33 подключен к корпусу. Анод диода 32 соединен с одной из обкладок конденсатора 34 и является выходом формирователя 8 сигнала управления. Вторая обкладка конденсатора 34 под0ключена к корпусу.

Источник I постоянного тока служит для питания устройства защиты током. Пороговый блок 2 предназначен для восприятия токов, протекающих по обмоткам 16 и

5 17 электродвигателя, сравнения их с. пороговым значением, устанавливаемым исполнительным органом 3 и резисторам 14, и формирования сигнала об отсутствии или наличии повреждения цепей обмоток или пробоя их изоляции на копус.

0 Магнитный пускатель предназначен для включения электродвигателя. Исполнительный орган 3 служит для создания в цепи обмотки 4 магнитного пускателя тока, достаточного Для замыкания главных контактов 5-7 магнитного пускателя, при наличии

5 на входе исполнительного органа 3 .Напряжения, равного нулю, что соответствует целостности контролируемых элементов. Формирователь 8 сигнала управления предназначен для управления включением

0 устройства предпусковой защиты и электродвигателя.

Элемент ИЛИ 9 служит для подачи сигналов от порогового блока 2 и формиро, вателя 8 сигнала управления на исполнительный орган 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии выключатель 30 замкнут, д-лавные контакты 5-7 магниткого пускателя разомкнуты. При включении рубильника 28 под действием напряжения фазы А через замкнутый выключатель 30 и резистор 31 протекает ток, отрицательная полуволна которого выпрямляется диодом 32 и заряжает конденсатор 34 таким образом, что на его обкладке, соединенной с анодом диода 32, появляется отрицательный потенциал. Положительная полуволна тока протекает через диод 33, катод которого подключен к корпусу.

На второй вход элемента ИЛИ 9, соеиненный с обкладкой конденсатора 34, оступает небольшой отрицательный поенциал, который подается на вход, исполительного органа 3. Под действием этого отенциала по цепи: диод 26, резистор 27, аза транзистора 23 протекает ток, и транистор 23 открывается. Сопротивление отрытого транзистора 23 намного меньше опротивления переходов тиристора 22 межу управляющим электродом и катодом, поэтому через управляющий электрод тиpncTfjpa 22 протекает очень маленький ток, ис. которого недостаточна для вклю;г- :1я гиристора 22. Тиристор 22 заперт, па eiu катоде отрицательный потенциал, который поступает на первый выход исполникмьпого органа 3. При положительной полуиолне напряжения фазы А питающей сети TDK иротскает через обмотку 4 магнитного пускателя, диод 18, резистор 24, открытый переход эмиттер - коллектор транзистора 23, днод 21. При отрицательной полуволне напряжения фазы А ток протекает через обмотку 4 магнитного пускателя, диод 19, переход эмиттер - коллектор транзистора 23, резистор 24, диод 20. Вследствие больщой величины сопротивления резистора 24, ток, протекающий через цепь обмотки 4 магнитного пускателя, мал, и падение Напряжения на обмотке 4 магнитного пускателя недостаточно для замыкания его главных контактов 5-7. Контакты 5-7 разомкнуты, и напряжение питания не подается на обмотки 11, 16 и 17 электродвигателя.

Под действием отрицательного по отношению к корпусу напряжения на втором выходе исполнительного органа 3 по резистору 14 протекает ток, который заряжает конденсатор 15 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал.

Одновременно при включении рубильника 28 переменный ток с фазы А питающей сети поступает на вход -источника 1 тока, где он выпрямляется диодом.

Выпрямленный ток протекает по резистору 10, обмотке И и сопротивлению изоляции 29. Под действием этого тока на сопротивлении изоляции 29 создается падение Напряжения тем больще, чем больше сопротивление изоляции. Это падение напряжения прикладывается к резисторам 12

и 13,под действием него по этим резистора.м протекают токи, кЪторые суммируются и заряжают конденсатор 15 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется положительный потенциал.

Токи, протекающие через резисторы 12 и 13, направлены противоположно току, протекающему через резистор 14.

Уставка выбрана так, что, если целостйость цепей обмоток не нарушена, и сопротивление изоляции 2) не меньще допустимого НдоП.

(1)

R,,R

, 5

15 то величина суммы средних токов Ii2, 1, протекающих по резисторам 12 и 13 соответственно, не меньше величины среднего тока уставки 1у , протекающему по резистору 14,

/I

i-. / 1х

(2)

2

Конденсатор 15 заряжается таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется положительный потенциал, и напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, соединенном с выходом порогового устройства, положительно. Напряжение на втором входе элемента ИЛИ 9, соединенном с выходом формирователя 8 сигнала управления, как указывалось ранее, отрицательно, на выходе элемента ИЛИ 9,

и соединенном с ним входе исполнительного

органа 3 напряжение отрицательно, главные контакты 5-7 магнитного пускателя разомкнуты, питание не поступает на электродвигатель.

При размыкании выключателя 30 на втором входе элемента ИЛИ 9 напряжение равно нулю, а на первом входе элемента ИЛИ 9 положительно, как указывалось ранее. На выходе элемента ИЛИ 9 и на соединенном с ним входе исполнительного органа 3 напряжение равно нулю, ток по цепи базы транзистора 23 не течет, транзистор 23 запирается.

Ток от фазы А при положительной полуволне протекает через обмотку 4 магнитного пускателя, диод 18, резистор 24. Так как

сопротивление запертого транзистора 23 намного больше сопротивления переходов между управляющим электродом и катодом тиристора 22, ток протекает через управляющий электрод тиристора 22 и включает

его. Так как соп-ротивление включенного тиристора 22 очень мало, ток протекает через тиристор 22 и далее через диод 21 к корпусу. При отрицательной полуволне напряжения фазы А ток протекает через управляющий электрод тиристора 22 и включает его.

Так как сопротивление включенного тиристора 22 очень мало, ток протекает через тиристор 22 и далее через диод 21 к корпусу. При отрицательной полуволне напряжения фазы А ток протекает через обмотку 4 магйитйого пускателя, диод 19, тиристор 22,, диод 20 к корпусу. В обоих случаях, вследствие малой величины сопротивления тиристора 22, ток велик, и падейие Напряжения на обмотке 4 магнитного пускателя достаточно для замыкания его главных контактов 5--7. Главные контакты 5-7 магнитного пускателя замыкаются, и напряжение с трехфазной питающей сети поступает йа обмотки II, 16 и 17 электродвигателя. Напряжение йа катоде тиристора 22 равно нулю, и ток через резистор 14 не течет. При работе электродвигателя по резисторам 12 и 13 протекает переменный ток, среднее, значение которого равно нулю. В результате этого конденсатор 15 не может зарядиться, напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9 равно нулю, на выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 тоже равно нулю, и контакты 5-г7 магнитного пускателя остаются замкнутыми. Таким образом, отключение электродвигателя во время работы возможно лишь- при замыкании выключателя 30. В случае, если при замкнутом выключателе 30 изоляция пробита на корпус или повреждена так, что сопротивление изоляции Rj, меньше допустимого Кдот, в о tv ) ,1 то падение напряжения на сопротивлении изоляции 29 мало, и величина суммы средних токов, протекающих через резисторы 12 и 13 соответственно, меньше величины среднего тока, протекающего через резистор 14 /1. Конденсатор 15 заряжается таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал, напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, соединенном с конденсатором 15, на выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 имеет отрицательную полярйость. При этом, как указывалось ранее, контакты 5-7 магнитного пускателя. разомкнуты, и напряжение питания не подается на обмотки И, 16 я 17 электродвигателя. Если оборвана цепь обмотки 11 электродвигателя, то по резисторам 29, 12 и 13ток не течет, и конденсатор 15 зарЯ; жается током, протекающем через резистор 14при замкнутом выключателе 30 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал. Напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, на выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполйительного органа 3 имеет отрицательную полярность и электродвигатель отключен от цепи питания. Если оборвана цепь одной из обмоток, например 16, электродвигателя, а другая 17 цела, то через резистор 12 ток не течет. а величина среднего тока I,j, протекающего через резистор 14 /1у/ Конденсатор 15 заряжается таким .образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал. Напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, на выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 имеет отрицательную полярность и электродвигатель отключен от цепи питания. Таким образом, при наличии хотя бы одной неисправности: обрыва .хотя бы одной из цепей обмоток электродвигателя или пробое изоляции на корпус, устройство предотвращает включение в сеть защищаемого электродвигателя. Предлагаемое устройство для предпусковой защиты трехфазных электродвигателей от обрыва цепи обМоток и пробоя изоляции на корпус позволяет повысить надежность защиты и точность срабатьщания устройства по сравнению с известными устройствами. Формула изобретения Устройство для предпусковой защиты трехфазных электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус, содержащее источник постоянного тока, выход которого через резистор соединен с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, в состав которого входит тиристор, первый выход исполнительного органа включен в цепь обмотки магнитного пускателя, пороговый блок, в состав которого входят резисторы и конденсатор, одна обкладка которого подключена к корпусу, два входа порогового блока соответственно соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты и точности срабатывания устройства, оно снабжено формирователем сигг нала управления и элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового блока, второй вход - с выходом фор-мирователя сигнала управления, а выход - с входом испоя1}ительного органа, причем вторая обкладка конденсатора порогового блока подключена к выходу порогового блока и к первым объединенным выводам трех резисторов порогового блока, при этом втврые выводы двух резисторов соответственло подключены к двум входам порогового блока, а второй вывод третьего резистора подключен к третьему входу порогового блока, соединенному с вторым выходом исполни