Устройство для температурной защиты электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от перегрева электроустановок. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности срабатывания защиты. При подаче напряжения на устройство конденсатор 19 и параллельная RC-цепочка 20 обеспечивают закрытое состояние транзисторного аналога тиристора 18 и включенное состояние исполнительного органа 6. При медленно нарастающем перегреве электроустановки по достижении порога срабатывания порогового элемента 2 его транзистор 14 закрывается, при этом транзисторный аналог тиристора 18 открывается, что приводит к отключению исполнительного органа 6. При быстро нарастающем перегреве электроустановки открывается транзистор 17 дифференцирующего элемента 3, что приводит к открытию транзисторного аналога тиристора 18 и отключению исполнительного органа 6 за минимально допустимое время, исключающее недопустимый перегрев электроустановки. 2 ил.

СОЮЗ СОНЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1598020 (51)5 Н 02 Н 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ1ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4442397/24-07 (22) 17.06.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Винницкий политехнический институт (72) А. М. Шумский и А. В. Кобылянский (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 542290, кл. Н 02 Н 5/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1356107, кл. Н 02 Н 5/04, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАЩИТЫ ЗЛЕ КТРОДВИ ГАТЕЛ Я (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от перегрева электроустановок. Цель изобретения — повышение быстродействия и точности срабатывания защиты. При подаче напряжения на устройство конденсатор 19 и и::,раллельная

КС-цепочка 20 обеспечивают закрытое состояние транзисторного аналога тиристора 18 и включенное состояние исполнительного органа 6. При медленно нарастающем перегреве электроустановки по достижении порога срабатывания порогового элемента 2 его транзистор 14 закрывается, при этом транзисторный аналог тиристора 18 открывается, что приводит к отключению исполнительного органа 6. При быстро нарастающем перегреве электроустановки открывается тра нзистор 17 дифференцирующего элемента 3, что приводит к открытию транзисторного аналога тиристора 18 и отключению исполнительного органа 6 за минимально допустимое время, исключающее недопустимый перегрев электроустановки. 2 ил.

1598020

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от перегрева электроустановок.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности срабатывания защиты.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу элементов схемы.

Устройство для температурной защиты содержит термодатчик 1, пороговый элемент 2, дифференцирующий элемент 3 (усилитель), логический элемент ИЛИ 4, электронный ключ 5, исполнительный элемент 6, диод 7, первый резистор 8, второй резистор 9. Первый вывод термодатчика 1 подключен к точке соединения входов порогового элемента 2, дифференцирующего элемента 3 и первого вывода первого резистора 8. Второй вывод резистора 8, первый питающий вход порогового элемента 2, питающий вход исполнительного элемента 6 и выход логического элемента 4 через второй резистор 9 подсоединены к первой шине 10 питания, выходы порогового элемента 2 и дифференцирующего элемента 3 подсоединены соответственно к первому и второму входам логического элемента 4, выход которого через электронный ключ 5 также подключен к исполнительному элементу 6. Второй вывод термодатчика 1, второй питающий вход порогового элемента 2, питающий вход дифференцирующего элемента 3, питающий вход логического элемента 4 и питающий вход электронного ключа 5 подсоединены к второй шине 11 питания.

Пороговый элемент 2 содержит первый делитель 12 напряжения, третий резистор 13 и первый транзистор !4, база которого подключена к выходу первого делителя 12 напряжения, который подсоединен между входом и вторым питающим входом данного элемента, коллектор первого транзистора 14 через третий резистор 13 подключен к первому питающему входу.

Дифференцирующий элемент 3 содержит дифференцирующий конденсатор 15, второй делитель 16 напряжения, второй транзистор 17, эмиттер которого подключен к средней точке второго делителя 16 напряжения, первый вход которого. через дифференцирующий конденсатор 15 подключен к входу, а второй вход — к второму питающему входу данного элемента. Первый вход второго делителя соединен также через анод-канод диода 7 с базой первого транзистора 14.

Логический элемент ИЛИ 4 состоит из транзисторного аналога тиристора 18, конденсатора 19, параллельной RC-цепочки 20, причем конденсатор 19 шунтирует база эмиттерный переход и — р — п-транзистора 21, а параллельная RC-цепочка 20 — база— эмиттерный переход р- — Il — р-транзистора 22 транзисторного аналога тиристора 18.

Устройство работает следующим образом. б

ЗО

При подаче напряжения на устройство для защиты конденсатор 19 и конденсатор в параллельной RC-цепочке 20, включенные параллельно база — эмиттерным переходам транзисторов транзисторного аналога тиристора 18, обеспечивают при включении закрытое состояние этих транзисторов и транзисторного аналога тиристора 18 в целом.

Это приводит к подаче через второй резйстор 9 отпирающего потенциала на электронный ключ 5. При этом через открытый электронный ключ 5 протекает ток, обеспечивающий открытое состояние исполнительного элемента 6. Если до включения термодатчик 1 имел температуру окружающей среды, то величина его сопротивления имеет относительно высокое значение. Поэтому дифференцирующий конденсатор 15 начнет заряжаться до относительно высокого значения напряжения, определяемого делителем напряжения, состоящим из первого резистора 8 и термодатчика 1. Ток заряда дифференцируюгцего конденсатора 15 протекает через диод 7 —.— и база — эмиттерный переход первого транзистора 14, обеспечивая его открытое состояние. Таким образом, в интервале заряда дифференцирующего конденсатора 15 4 — tI (фиг. 2а) первый транзистор 14 находится в открытом состоянии, шунтируя тем самым подачу через третий резистор 13 отпирающего потенциала на базу n — р — и-транзистора транзисторного аналога тиристора 18.

При этом в данном интервале времени to — ti дифференцированный сигнал в точке В (фиг. 2б) имеет положительное значение U -, определяемое суммой падений напряжений на двух открытых р — п-переходах диода 7 и база †эмиттерно перехода первого транзистора 14.

Полученный дифференцированный сигнал через второй резистивный делитель 16 поступает на база — эмиттерный переход второго транзистора 17. Данная полярность дифференцированного сигнала не является отпирающей для второго транзистора 17 («+» на эмиттере, а « — » на базе и — р — птранзистора), поэтому он остается в закрытом состоянии, не создавая возможности для протекания базового тока р — п — р-транзистора транзисторного аналога тиристора 18 и открывания его в целом.

К, моменту времени ti заряд дифференцирующего конденсатора 15 заканчивается, ток заряда прекращается, однако, первый транзистор 14 остается в открытом состоянии, так как величина напряжения в точке А к этому моменту превышает значение порога открывания транзистора U op 14, определяемого напряжением отпирания перехода база — эмиттер этого транзистора и коэффициентом деления первого резистивного делителя 12 напряжения. При этом от величины Ui- 14 зависит температурный порог срабатывания данного устройства.

1598020

С момента времени t=tp начинает увеличиваться температура термодатчика 1, его сопротивление начинает уменьшаться, следовательно, уменьшается величина напряжения в точке А. Дифференциальный сигнал в точке В становится отрицательным, однако, величича его меньше значения, необходимого для отпирания второго транзистора 17

Unop 17, которое определяется напряжением отпирания перехода эмиттер — база второго транзистора 17 и коэффициентом деления второго резистивного делителя 16 напряжения. От величины U»ov 17 в данном устройстве зависит порог срабатывания по скорости изменения температуры электродвигателя.

Так как второй транзистор 17 остается запертым, а первый транзистор 14 открыт (Ui)U»»» 14), то транзисторный аналог тиристора 18 продолжает находиться в закрытом состоянии, в результате чего исполнительный элемент 6 открыт и пропускает через обмотки электродвигателя рабочий ток.

К моменту времени t=tq температура термодатчика 1 достигает рабочей температуры обмоток электродвигателя и ее дальнейшее изменение прекращается, т. е. наступает режим температурной стабилизации работы электродвигателя. Если отсутствуют причины для температурной перегрузки обмоток электродвигателя, то данный режим работы электродвигателя может продолжаться во всем интервале нормальной работы электродвигателя. В этом режиме работы электродвигателя первый транзистор 14 продолжает находиться в открытом состоянии (U )Ь . 14), а второй транзистор 17 заперт (1! )U» 17), что удерживает транзисторный аналог тиристора 18 в закрытом состоянии. В результате этого электронный ключ 5 открыт и через обмотки электродвигателя протекает рабочий ток.

При возникновении тепловой перегрузки электродвигателя рост температуры его обмоток во времени может быть двух типов— медленно нарастающий и быстро нарастающий.

После подачи питающего напряжения начинается прогрев электроустановки (электродвигателя) до ее (его) рабочей температуры, однако, ввиду инерционности передачи тепла, до момента времени t=t температура термодатчика 1 не изменяется, т. е. в интервале времени ti — tz наступает режим стабилизации напряжения в точке А. Следовательно, дифференциальный сигнал в точке В в этом промежутке стремится к нулю. При этом диод 7 закрывается и дифференциальный сигнал после дифференцирующего конденсатора 15 в дальнейшем определяется в основном резисторами второго делителя 16 напряжения. В интервале времени ti — tz выходное напряжение этого делителя, подаваемое на переход эмиттер — база второго транзистора 17 11 . 16)0, что поддерживает транзистор 17 в закрытом состоянии.

При медленно нарастающем теплоьом ерегреве электродвигателя инерционность передачи тепла сказывается незначительно, вследствие чего термодатчик 1 успевает отслеживать рост температуры обмоток электродвигателя, т. е. величина сопротивления термодатчика 1 в каждый конкретный момент правильно отражает температуру обмоток электродвигателя в целом. Изменew«e напряжения в точке А устройства, вызванное медленным ростом температуры обмоток электродвигателя и, следовательно, уменьшением coTIpoTHBëåíèÿ термодатчика, показано на фиг. 2а, с момента времени 1=1 кривой 1.

Уменьшение напряжения в точке Л приводит к появлению отрицательного дифференциального сигнала в точке В, величина которого не достигает значения Б»»; 1 7 (фиг. 2б, кривая 1).

Вследствие этого второй -i.L:àí»èñòîð 17 остается запертым, не изменяя состояния транзисторного аналога тиристора 18. Однако в момент времени t=t; температура обмоток электродвигателя, а следовательно, и температура термодатчика достигает порогового значения, при котором величина напряжения в точке А становится меньше Б»»р 14, необходимого для закрывания первого транзистора 14.

Первый транзистор 14 закрывается и не шунтирует подачу через третий резистор 13 отпирающего напряжения на базу n — р — итранзистора транзисторного аналога тиристора 18. Переходя в открытое состояние, этот транзистор отпирает вссь транзисторный аналог тиристора 18 в целом. Открывшийся транзисторный аналог тиристора 18 шунтирует вход электронного ключа 5 и запирает его. В результате этого обесточивается цепь управления исполнительного элемента 6, он закрывается и разрывает цепи питания обмоток перегретого электродвигателя.

Так как через открытый транзисторный аналог тиристора 18 протекает постоянный анодный ток, определяемый величиной второго резистора 9 и превышающий значение тока удержания открытого состояния, то это состояние транзисторного аналога тиристора 18 является устойчивым и возврат его в исходное состояние возможен при остывании термодатчика 1 и повторном включении электродвигате.пя в сеть.

При быстро нарастающем тепловом перегреве обмоток электродвигателя температура его обмоток изменяется значите.пьно быстрее, чем в описанном выше случае: Ввиду значительной инерционности тепловой передачи (например, когда участок, где возник источник тепловой перегрузки, н место расположения термодатчика наиболее удалены друг от друга) температура термодатчика 1 в данном случае значительно отстает от максимальной температуры в месте перегрева.

Поэтому если бы устройство защиты срабатывало только по тепловому порогу термо1598020 датчика 1, который достиг бы в данном случае своего порогового значения в момент времени t=tq (фиг. 2а, кривая 2), то возникла бы большая вероятность появления к данному моменту времени недопустимо высокого перегрева и теплового повреждения прилежащих участков электродвигателя. Однако в данной ситуации предлагаемое устройство защиты отреагирует на возникший быстро нарастающий тепловой перегрев электродвигателя по скорости изменения температуры его обмоток. Так, после момента возникновения тепловой перегрузки через определенный интервал времени, определяемый инерционностью тепловой передачи, температура термодатчика 1 начинает повышаться, что приводит к уменьшению величины

его сопротивления.

При этом скорость изменения сопротивления термодатчика 1, а следовательно, и напряжения в точке А (фиг. 2а, кривая 2) в данном случае значительно превышает скорость изменения в других режимах.

Следовательно, дифференциальный сигнал в точке В после начала изменения сопротивления термодатчика 1 t=t4 имеет отрицательную величину, намного превышающую значение дифференциального сигнала в случае медленно нарастающей тепловой перегрузки и к моменту t=ts (фиг. 2 б, кривая 2) достигает величины 11 .р 17, необходимой для открывания второго транзистора 17.

Через открытый второй транзистор 17 начинает протекать базовый ток р †n †ртранзистора транзисторного, аналога тиристора 18, который, открываясь, переводит его в открытое состояние в целом. Открывание транзисторного аналога тиристора 18 приводит к устойчивому запиранию исполнительного элемента 6 и тем самым разрыванию цепи питания обмоток электродвигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предотвратить недопустимый перегрев обмоток электродвигателя при быстро нарастающем тепловом перегреве, т. е. диагностировать данный режим тепловой перегрузки практически в начале его появления. Применение логического элемента, реализующего операцию ИЛИ, позволяет устанавливать фиксированную уставку срабатывания для порогового и дифференцирующего элементов и устранять их взаимное влияние, повысив тем самым надежность работы устройства в целом, и устраняет самопроизвольное включение электродвнгателя в сеть после остывания термодатчиков.

Формула изобретения

Устройство для температурной защиты электродвигателя, содержащее термодатчик, выход которого подключен к конденсатору дифференцирующего усилителя, пороговый элемент, логический элемент ИЛИ, выход ко10 торого подключен к исполнительному органу, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности срабатывания защиты, первый вывод термодатчика подключен к входу порогового элемента, вы15 полненного на первом транзисторе и делителе напряжения, состоящем из последовательно соединенных первого и второго резисторов, причем первый вывод первого резистора является входом порогового элемента, а второй вывод второго резистора соеди2О нен с вторым выводом термодатчика, минусовой шиной питания и эмиттером первого транзистора, коллектор которого через третий резистор соединен с положительной шиной питания, а база — со средней точкой первого и второго резисторов и через катоданод вновь введенного диода — с вторым выводом конденсатора дифференцирующего усилителя, выполненного на втором транзисторе и делителе напряжения, состоящем из последовательно соединенных пятого и шес 0 того резисторов, первый вывод пятого резистора соединен с вторым выводом конденсатора, а второй вывод шестого резистора — с минусовой шиной и с базой второго транзистора, коллектор которого является выходом дифференцирующего усилителя и

З5 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выполненным на третьем и четвертом транзисторах, причем база третьего транзистора является первым входом логического элемента ИЛИ и соединена через параллельную RC-цепочку с эмиттером третьего транзистора, который является выходом логического элемента ИЛИ и соединен через седьмой резистор с положительной шиной питания, коллектор третьего транзистора соединен с базой четвертого транзистора, яв45 ляющейся вторым входом логического элемента ИЛИ и соединенной с коллектором первого транзистора, коллектор четвертого транзистора соединен с базой третьего транзистора, а эмиттер — с минусовой шиной питания и через второй конденсатор — с ба5о зой этого же транзистора.

159802О

Составитель О. Муратов

Редактор Н. Тупица Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 3063 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101