Устройстро для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сельском хозяйстве, для отключения электродвигателя при возникновении аварийных режимов работы. Целью изобретения является повышение надежности защиты электродвигателя. Для этого датчик тока выполнен в виде трансформатора с сердечником из магнетика, квадратор выполнен с применением двух транзисторов разной проводимости, тепловой аналог содержит узлы имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании и узел имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках, резистор имитации охлаждения электродвигателя при отключении, а также устройство содержит блок имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем. При работе электродвигателя сигналы с датчика тока поступают в тепловой аналог, который при аварийном режиме выдает сигнал в пороговый элемент, действующий через блок стабилизированного источника питания и исполнительного реле на отключение электродвигателя от сети. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 Н 7/08 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 в виде трансформатора с сердечником из магнетика, квадратор выполнен с применением двух транзисторов разной проводимости, тепловой аналог содержит узлы имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании и узел имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках, резистор имитации охлаждения электродвигателя при технологических перегрузках, резистор имитации охлаждения электродвигателя при отключении, а также уст, ройство содержит блок имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем. При работе электродвигателя сигналы с датчика с ф тока поступают в тепловой аналог, который при аварийном режиме выдает сигнал в пороговый элемент, действующий через блок стабилизированного ис- ( точника питания и исполнительного реле на отключение электродвигателя от сети, 2 з.п. ф-лы, 2 ил .

1 (21) 4319416/24-07 (22) 22. 10.87 (46) 07,!2,89„ Бюл. М- 45 (71) Азово-Черноморский институт механизации сельского хозяйства (72) В.Н,Данилов (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 197734, кл. Н 02 Н 7/08, 1967.

Авторское свидетельство СССР

М 660142, кл. Н 02 Н 3/08, 1976„ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМ0В РАБОТЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сельском хозяйстве, для отключения электродвигателя при возникновении аварийных режимов работы. Целью изобретения является повышение надежности защиты электродвигателя. Для этого датчик тока выполнен

Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в сельском хозяйстве, для отключения электродвигателя при возникновении аварийных режимов работы.

Цель изобретения — повышение надежности защиты электродвигателя, повышение точности.

На фиг.1 приведена блочная схема устройства для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы; на фиг.2 — принципиальная элек„„SU„„1527686 А1 3 трическая схема устройства для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы, Электродвигатель 1 (фиг„1 и 2) подключен посредством магнитного пускателя 2 к трехфазному источнику переменного тока с фазами А, В, С и нулевым проводом N датчик 3 тока через квадратор 4 подключен к тепловому аналогу 5 электродвигателя, связанному посредством порогового устройства 6 с катушкой исполнительного реле

7, стабилизированный источник 8 посто1527686

1О ный контакт которого соединен с затво-30 го аналога 5 электродвигателя 1 и входу квадратора 4.

40 ния входа теплового аналога 5 электро45

50 груэочный резистор 24 с базой транэис55 янного тока подключен между нулевым проводом N и контролируемой фазой С через контакты 9 исполнительного реле 7.

Датчик 3 тока содержит трансформатор 10 тока, выполненный на сердечнике иэ изоляционного материала, например текстолита, являющегося магнетиком, первичная обмотка Ы, которого является токопроводом фазы С, а один иэ выводов вторичной обмотки W coe2 динен с плюсом стабилитрона 11 стабилизированного источника 8 постоянного тока, содержащего также выпрямительный мост 12, параллельно которому подключены конденсатор 13 и цепочка иэ последовательно включенных катушки 14 исполнительного реле 7 и стабилитрона 11 для обеспечения чувствительности схемы к изменению напряжения питания, причем анод стабилитрона 1I соединен с минусом выпрямительного моста и общим минусом схемы, К диагонали переменного тока выпрямительного моста 12 подключен балластный конденсатор 15, параллельно вторичной обмотке V трансформатора 10 тока включен потенциометр 16, подвижром полевого транзистора 17, подключенного истоком к плюсу стабипитрона !

1 а стоком к шине Ь входа тепловоКвадратор 4 выполнен на двух транзисторах 18 и 19 с разной проводимостью, у которых эмиттер транзистора

18 и коллектор транзистора 19 соединены между собой, с шиной а подключе— двигателя и со средней точкой делителя напряжения, выполненного из выходного резистора 20 и цепочки из по" следовательно включенных первого раэ— вязывающего диода 21 и резистора 22 начального участка параболы, который соединен с эмиттером транзистора 19, одним из выводов резистора 23 изменения наклона параболы и через натора 19 и коллектором транзистора 18, база которого связана со средней точкой ре зис тора 23 изменения наклона параболы„второй вывод резистора 23 изменения наклона параболы через резистор 25 и второй развязывающий диод 26 подключен к стоку транзистора 17 датчика 3 то5

25 ка, выходному резистору 20 квадратора и шине Ь подключения входа теплового аналога 5.

Тепловой аналог 5 выполнен в виде соединенных последовательно резистора

27 имитации охлаждения электродвигателя при отключении, узла 28 имитации нагревания электродвигателя при отключении, узла 28 имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузках и резистора 29, соединенного с плюсом накопительного конденсатора 30. Параллельно резистору 27 подключен первый тиристор 31, соединенный анодом через резистор 32 с шиной Ъ входа теплового аналога 5, а катодом с настроечным резистором

33 теплового аналога 5 электродвигателя и через резистор 34 и третий развязывающий диод 35 с общим минусом схемы. Управляющий электрод тиристора 31 через резистор 36 соединен с анодом тиристора 31, Узел 28 имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузках содержит два включенных последовательно резистора 33 и 37. Резистор 37 является ограничителем скорости нарастания заряда накопительного конденсатора 30. Параллельно резисторам 33 и 37 включены второй тиристор 38 и узел 39 имитации нагревания электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидывании. Управляющий переход тиристора 38 подключен к средней точке делителя напряжения, составленного из стабилитрона 40 и резистора 41, При этом анод тиристора

38 соединен с катодом тиристора 31, а катод через резистор 42 и четвертый развязывающий диод 43 - с общим минусом схемы. Узел 39 содержит конденсатор 44 и резистор 45. Управляющий переход тиристора 38 через резистор 4! связан с катодом тиристора 38, резисторами 37, 29 и 42.

Накопительный конденсатор 30 соединен плюсом с резистором 29 теплового аналога 5 электродвигателя и резистором 46 входного RC-.êîíòóðà 47 порогового устройства 6, а минусом— с шиной а подключения теплового аналога, минусом конденсатора 48 входного RC-контура 47, резистором 49 блока 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем и одним иэ выводов импульсного трансформатора 51 порогового

1527686 устройства 6. Резистор 49 через переменный резистор 52 соединен с эмиттером однопереходного транзистора 53 и через замыкающий слаботочный кон5 такт 54 магнитного пускателя 2 со средней точкой входного RC-контура

47. Первая база однопереходного транзистора 53 через резистор 55 соединена с вторым выводом импульсного трансформатора 51, вторичная обмотка которого через диод 56 соединена с управляющим переходом третьего тиристора 57. Вторая база однопереходного транзистора связана с плюсом стабилитрона 11 и катодом тиристора 57, анод которого через резистор 58 соединен с плюсом выпрямительного моста 12 стабилизированного источника 8 постоянного тока. Катушка магнитного 20 пускателя 2 включена в сеть посредством кнопки "Пуск" 59 и кнопки "Стоп"

60.

Параллельно резисторам 27, 33 и 37 включена кнопка с замыкающим кон- 25 тактом 61, Устройство работает следующим образом.

При нажатии на кнопку "Пуск" 59 катушка магнитного пускателя 2 получа- 30 ет питание, замыкаются его силовые контакты в цепи электродвигателя 1.

Одновременно на выходе стабилизированного источника 8 постоянного тока появляется напряжение, в результате чего катушка 14 получает питание.

Геркон 9 исполнительного реле 7 замыкается и шунтирует кнопку Пуск", а электродвигатель включается в сеть.

При э гом по первичной катушке И1 трансформатора 10 тока потечет пусковой ток защищаемого электродвигателя, причем синусоидальный первичный переменный ток любой величины передается во вторичную обмотку без искаже- 45 ний, так как сердечник из магнетика практически невозможно насытить. С помощью потенциометра 16 осуществляется настройка теплового аналога электродвигателя. В результате воздейст- 50 вия потенциала, снимаемого с потенциом тра 16 на затвор транзистора 17, пос, .едний открывается и сигнал, изменяющийся по величине пропорционального току статора электродвигателя, поступает на квадратор 4.

При малых значениях сигнала, поступающего с транзистора 17, оба транзистора 18 и 19 квадратора закрыты и ток проходит по и=пи: сток транзистора

17 — выходной резистор 20 — первый раэвязывающий диод 21 — резистор 22 начального участка параболы — общий минус стабилизированного источника 8 постоянного тока. С выходного резистора 20 на шину Ь подключения входа теплового аналога 5 электродвигателя подается напряжение, Одновременно открывается тиристор 31, обеспечивая прохождение сигнала с квадратора мимо резистора 27 через резисторы

33, 37 и 29 на плюс накопительного конденсатора 30 и его зарядку.

При дальнейшем увеличении тока нагрузки электродвигателя 1 возрастает величина напряжения, поступающего через второй развяэывающий диод

26, резистор 25 и резистор 23 изменения наклона параболы, посредством которого осуществляется настройка квадратора 4, на базу транзистора

l8. При напряжении между стоком транзистора 17 и общим минусом схемы от

0,4 до 1,О В начинает открываться транзистор 18, входная характеристика которого близка к параболической, По мере приближения первого транзистора 18 к зоне насьпцения со— противление его эмиттер-коллекторного перехода значительно уменьшается и его выходная характеристика начинает приближаться к прямой линии.

Однако потенциалом, снимаемым с нагруэочного резистора 24, открывается второй транзистор !9, выходная характеристика которого на начальном участке также близка к параболической. Поэтому на выходном резисторе 20 закон изменения напряжения продолжает оставаться близким к гиперболе.

При полностью открытом транзисторе 19 происходит шунтирование транзистора

18, резисторов 22 и 24 и первого развязывающего диода 21 ° На выходной резистор 20 при полностью открытом транзисторе 17 подается фактически полное напряжение стабилизированного источника 8 постоянного тока, т.е. во всем диапазоне изменения первичного тока квадратор воспроизводит параболу. Наклон параболы изменяется резистором 23, причем очень легко получать закон

В зависимости от потенциала, снимаемого с резистора 20, конденсатор

1527686

30 может зарядиться до разных значений.

Одновременно с конденсатором 30 по цепи: резистор 32 — тиристор 31

5 резистор 45 осуществляется заряд конденсатора 44 узла 39 имитации нагрева электродвигателя 1 при пуске, заклинивании или опрокидывании. Емкость конденсатора 44 более чем на поря-.. док меньше емкости конденсатора 30, поэтому его заряд осуществляется значительно интенсивнее заряда конденсатора 30. Если пуск электродвигателя недопустимо затянулся, или рабочая машина была заклинена или электродвигатель по какой-либо причине опрокинулся и работает в режиме короткого замыкания,. то зарядом конденсатора 44 открывается тиристор 38 и заряд кон" денсатора 30 осуществляется напрямую, минуя резисторы 33 и 37. Потенциал конденсатора интенсивно повышается, следом за ним практически беэ отставания следует потенциал конденсатора 25

48 выходного RC-контура 47 .(так как емкость конденсатора 48 более чем на три порядка меньше емкости конденсатора 30). Одновременно через замкнутый слаботочный контакт 54 магнитного 30 пускателя 2 часть заряда стекает через резисторы 46, 52 и 49, имитируя отдачу тепла в окружающую среду работающим электродвигателем.

При достижении напряжения на кон5 денсаторе 48 порога срабатывания порогового устройства 6 транзистор 53 открывается, по трансформатору 51 потечет ток разряда конденсатора 48, трансформатор 51 вырабатывает импульс,40 который через диод 56 поступает на управляющий переход тиристора 57, который открывается и шунтирует катушку 14 исполнительного реле 7. Геркон

9 размыкается, что приводит к отклю- 45 чению электродвигателя от сети.

Если пуск электродвигателя прошел нормально и он нормально функционирует, то потенциал конденсаторов 30 и 48 не достигнет порога срабатывания транзистора 53, так как ток заряда конденсатора 30 ограничивается резисторами 33, 37 и 29, а через резисторы 46, 52 и 49 стекает ровно столько заряда, сколько его получает конденсатор 30 с выходного резистора 20, т.е. в электродвигателе закончился переходной процесс нагревания и более

его температура не повышается.

При отключении электродвигателя кнопкой "Стоп" 60 или в результате аварийного срабатывания порогового устройства и исполнительного реле 7 замыкающий слаботочный контакт 54 магнитного пускателя размыкается, отключая цепь 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду при работающем электродвигателе, по трансформатору 10 тока не протекает первичный ток, транзистор 17 закрывается, тиристор 31 закрывается. В результате создается цепь разряда конденсатора

30 через резисторы 29, 37, 33, 27 и

20. Сопротивление резистора 27 примерно в 4 раза больше суммы сопротивлений резисторов 29, 37, 33 и 20, Поэтому разряд конденсатора 30 осуществляется примерно в 5 раэ медленнее заряда. Таки путем учитывается разница в постоянных времени нагревания и охлаждения электродвигателя при работе и отключении от сети.

Если в процессе работы электродвигателя его нагрузка на валу изменяется в сторону уменьшения от но>. минального значения, то по первичной обмотке трансформатора 10 потечет меньший ток. Квадратор 4 вырабатывает меньший потенциал на резисторе 20, поэтому потенциал плюсового вывода конденсатора 30 окажется выше потенциала шины Ь. Поэтому тиристор 31 закрывается. Таким образом обеспечивается уменьшение на 15...20X постоянной времени нагревания электродвигателя при его работе на холостом ходу. Это происходит вследствие того, что параллельно цепь 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем подключаются резисторы 27, 20 и увеличивают ток разряда конденсатора 30 на 15...20 . При этом цепь разряда конденсатора 30 через резисторы 46. 52 и 49 сохраняется, В процессе работы электродвигателя с производственными механизмами возможна ситуация, когда необходимо заставить перегретый электродвигатель поработать еще некоторое время для предотвращения развития более тяжелой аварии, которая может быть связана с выходом из строя технологического оборудования, порчей продукции, производственными травмами, В этой случае в схеме предусмотрена кнопка

1, Устройство для токовой защиты

20 электродвигателя от аварийных режимов работы, содержащее датчик тока для установки в цепи электродвигателя, первый вывод которого подключен к первому выводу квадратора, вто25 рой вывод квадратора подключен к первому выводу теплового аналога электродвигателя, второй вывод которого подключен к первому выводу порогового элемента, второй вывод которого и

30 второй вывод датчика тока объединены между собой и подключены к первому выводу блока стабилизированного источника питания и исполнительного реле, второй вывод которого подключен к третьему выводу квадратора, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности, третий и четвертый выводы теплового аналога электродвигателя подключены к третьему выводу квадратора, четвертый вы— вод которого подключен к пятому вы— воду теплового аналога электродвигателя, третьему выводу порогового элемента и первому выводу блока имита 5 ции отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем, второй вывод которого через слаботочный замыкающий контакт магнитного пускателя подключен к четвертому выводу порогового элемента, пятый и шестой выводы которого подключены соответственно к первому и третьему выводам блока стабилизированного источника питания и исполнительного реле, между слаботочным контактом магнитного пус55 кателя и вторым выводом блока имитации отдачи тепла работающим электродвигателем включен седьмой вывод порогового элемента, а датчик тока выпол9

1527

61 с замыкающим контактом ускорения разряда накопительного конденсатора

30.

При нажатии на кнопку 61 создается цепь разряда конденсатора 30 через резистор 29, контакт кнопки 61 и резистор 20. После полного разряда конденсатора 30 или частичного до величины, соответствующей температуре электродвигателя ниже предельно допустимой величины для данного класса изоляции, электродвигатель может быть включен для завершения прерванной технологической операции.

Развязывающие диоды 21 ° 26, 35 и

43 предназначены для предотвращения возникновения ложных цепей токов в процессе работы теплового аналога.

Например, при отключении электродвигателя от сети конденсатор 30 должен разряжаться через резисторы 29, 37, 33, 27 и 20 . Если не поставить развязывающие диоды, то создается лож ная цепь разряда через резисторы 29, 42 и 22. При нормальной работе электродвигателя под нагрузкой тиристор

31 открыт и ток заряда конденсатора

30 должен проходить по цепи. резистор 32 — тиристор 31 — резисторы 33, 37 и 29. При отсутствии развязывающих диодов заряд конденсатора 30 мог осуществляться по цепи: резистор 32тиристор 31 — резистор 34 — общий минус схемы — резисторы 42 и 29. Это могло привести к изменению значения постоянной времени нагревания модели электродвигателя, Следовательно, развязывающие диоды 21, 26, 35 и 43 обеспечивают нормальную работу теплового аналога элек тродвигателя.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы благодаря предложенному выполнению узлов и связей между ними появляется возможность увеличения точнос" ти измерения тока статора электродвигателя и возведения его в квадрат, изменения наклона параболы квадратора, учета изменения значения постоянной времени нагревания электродвигателя при работе под нагрузкой и на хохолостом ходу, учета постоянной времени охлаждения электродвигателя при его работе в повторно-кратковременном номинальном режиме в периоды отключе иий от сети трехфазного переменного

686 тока, аварийного отключения электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидывании, увеличения экономичности схемы, уменьшения габаритов устройства, упрощения настройки порогов .срабатывания устройства, измерения одним типоразмером датчика тока значений тока, потребляемых электродвигателями, в пределах 0,1...250 А, включения перегретого электродвигателя в работу, если этого требует технологический процесс, что повьппает надежность устройства защиты в целом.

Формула изобретения

1527686

12 нен в виде трансформатора с сердечником иэ магнетика, 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью повышения точности,квадратор выполнен на двух транзисторах разной проводимостй, эмиттер первого транзистора р-п-р-типа, коллектор второго транзистора и-р-п-типа и первый вывод резистора начального участка параболы объединены между собой и являются четвертым выводом квадратора, эмиттер первого транзистора подключен к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и является первым и вторым выводами квадратора, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу потенциометра, второй вывод которого подключен к базе первого транзистора, коллектор которого подключен к базе второго транзистора и первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к третьему выводу потенциометра, эмиттеру второго транзистора, второму выводу резистора начального участка параболы и является третьим выводом квадратора„

25

3, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что тепловой аналог электродвигателя выполнен состоящим из резистора имитации охлаждения электродвигателя при отключении, первый вывод которого подключен к первому выводу первого резистора, первому выводу замыкающего кон- 4() такта кнопки и является первым выводом теплового аналога электродвигателя, второй вывод первого резистора подключен к аноду первого тиристора, между управляющим электродом и анодом которого включен второй резистор, катод первого тиристора подключен к аноду второго тиристора, катоду стабилитрона, первому выводу узла имитации нагрева электродвигателя при

его заклинивании, первым выводам узла имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках и первому выводу третьего резистора, анод стабилитрона подключен к управляющему электроду второго тиристора и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключен к катоду второго тиристора, второму выводу узла имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании, второму выводу узла имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках, второму выводу замыкающего контакта кнопки и к первым выводам пятого и шестого резисторов, вторые выводы третьего и шестого резисторов подключены к анодам первого и второго диодов соответственно, катоды которых являются соответственно третьим и четвертым выводами теплового аналога электродвигателя, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу накопительного конденсатора и является вторым выводом теплового аналога электродвигателя, второй вывод накопительного конденсатора является пятым выводом теплового аналога электродвигателя.

1527686

1527686

ВС /Ч РОГ 2

Составитель С,Балашов

Редактор Н.Тупица Техред М,Xодани

Корректор Т,Палий

Закаэ 7516/55 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101