Устройство для защиты электропривода

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 Н 5/04, 7/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (I OCllATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843270/07 (22) 27.06.91 (46) 07.01.93. Бюл. № 1 (75) Л. П,Дмитренко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11225511220055,, кКл, Н 02 Н 5/04, 1984.

Дмитренко Л,п. Тиристорные релейные и регулирующие устройства, M.: Энергоатомиздат, 1988, рис. 28. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Использование: контроль и автоматическое управление электроустановками, например, их аварийное отключение при токовой или температурной перегрузке.

Сущность изобретения; устройство содержит исполнительное реле, диодный мост, тиристор и первый RC-контур, однопереходный транзистор с вторым RC-контуром на входе, первый компаратор и термочувствиИзобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты электропривода от токовой перегрузки, а также перегрева электродвигателя и неполнофазного режима его работы.

Известно устройство для защиты электропривода, содержащее конденсатор, делитель напряжения, образованный первым резистором и терм резистором, однопереходный транзистор с RC-контуром на входе, тиристор, диод, второй резистор и выводы для подключения источника переменного тока, делитель напряжения и однопереходный транзистор подключены параллельно конденсатору, выход однопереходного транзистора соединен с управляющим элек„„Я2„„1786584 А1 тельный делитель напряжения. Для расширения функциональных возможностей за счет автоматического отключения исполнительного аппарата при токовой перегрузке, неполнофазном режиме работы и перегреве электроустановки и исключения самовключения электроустановки после восстановления заданного режима работы введены три диода, второй компаратор, третий RC-контур, выпрямитель и трансформатор тока, через первичные обмотки которого подключены к клеммам сети выводы элект роустановки. Устройство характеризуется высокими надежностью, стабильностью и точностью работы, универсальностью применения, отсутствием промежуточных реле и их контактов и обеспечивает не только управление электроустановкой, но и ее за- Л щиту от перегрева и аварийной перегрузки ( механизма. 1 ил. тродом тиристора, катод которого подключен к конденсатору, диодный мост, компаратор, второй делитель напряжения, образованный третьим и четвертым резисторами, и второй RC-контур, причем входы компаратора соединены со средними точками первого и второго делителей напряжения, выход компаратора подключен к входу однопереходного транзистора, конденсатор через последовательно включенные диод и второй резистор соединен с первым выводом для подключения нагрузки, Известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями; осуществляя лишь стабилизацию параметра объекта регулирования, не по1786584 зволяет отключать исполнительный аппарат при токовой перегрузке электропривода, неполнофазном режиме или перегреве и не исключает самопроизвольное включение электропривода при исчезновении аварийного сигнала.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство, содержащее магйитйый пускатель, контакты пускового устройства, первый диод, первый компаратор, транзистор, тринадцать резисторов, потенциометр, терморезистор, однопереходный транзистор, четыре конденсатора, тиристор, стабилитрон, первый диодный мост, первый и второй выводы которого соответственно через обмотку магнитного пускателя и контакты пускового устройства соединены с первой и второй клеммами, предназначенными для подключения к сети переменного тока, ктретьему и четвертому выводам первого диодного моста подключены две цепи, соответственно состоящих из тиристора и последовательно включенных первых резистора и конденсатора, инвертирующий вход первого компаратора подключен к общей точке соединения второго и третьего резисторов, параллельно которым подключены последовательно соединенные терморезистор, четвертый и пятый резисторы, общая точка соединения третьего резистора и терморезистора подключена к первым выводам второго конденсатора, шестого резистора и третьему выводу первого диодного моста, второй вывод второго конденсатора подключен к общей точке соединения второго и четвертого резисторов и первого вывода седьмого резистора, второй вывод которого подключен к катоду первого диода, анод которого соединен с второй клеммой, выход первого компаратора соединен с первым выводом восьмого резистора, Известное устройство не обеспечивает автоматического отключения электропривода при токовой перегрузке неполнофазном режиме работы и перегреве электропривода и не предотвращает его самовключения после восстановления заданного режима работы.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения электропривода при токовой перегрузке, неполнофазном режиме работы и перегреве электропривода и исключение его самовключения после восстановления заданного режима работы.

Для достижения цели в устройство для защиты электропривода, содержащее магнитный пускатель, контакты пускового уст5

55 ройства, первый диод, первый компаратор, транзистор, тринадцать резисторов, выводы для подключения терморезистора, однопереходный транзистор, четыре конденсатора, тиристор, стабилитрон, первый диодный мост, первый и второй выводы которого соответственно через обмотку магнитного пускателя и контакты пускового устройства соединены с первой и второй клеммами, предназначенными для подключения к сети переменного тока, к третьему и четвертому выводам первого диодного моста подключены две цепи, соответственно состоящих из тиристора и последовательно включенных первых резистора и конденсатора, инвертирующий вход первого компаратора подключен к общей точке соединения второго и третьего резисторов, параллельно которым подключены последовательно соединенные выводы для подключения терморезистора, четвертый и пятый резисторы, общая точка соединения третьего резистора и вывода для подключения терморезистора подключена к первым выводам второго конденсатора, шестого резистора и третьему выводу первого диодного моста, второй вывод второго конденсатора подключен к общей точке соединения второго и четвертого резисторов и первого вывода седьмого резистора, второй вывод которого подключен к катоду первого диода, анод которого соединен с второй клеммой, выход первого компаратора соединен с первым выводом восьмого резистора, дополнительно введены второй, третий и четвертый диоды, второй компаратор, пятый и шестой конденсаторы, второй диодный мост, трансформатор тока, две первичные обмотки которого предназначены для встречного включения по отношению друг к другу в фазах сети переменного тока, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к первому и второму выводам второго диодного моста, третий вывод которого подключен к третьему выводу первого диодного моста и первым выводам третьего и четвертого конденсаторов и аноду стабилитрона, катод которого подключен к инвертирующему входу второго компаратора и первому выводу девятого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу седьмого резистора, четвертый вывод второго диодного моста соединен со вторым выводом третьего конденсатора и подключен к неинвертирующему входу второго компаратора, выход которого через десятый резистор подключен к второму выводу четвертого конденсатора и аноду второго диода, катод которого соединен с неинвертирующим входом первого компаратора и

1786584 катодами третьего и четвертого диодов, анод третьего диода подключен к общей точке соединения четвертого и пятого резисторов, анод четвертого диода через одиннадцатый резистор соединен с выходом первого компаратора, второй вывод восьмого резистора соединен с базой транзистора, эмиттер которого соединен с первыми выводами пятого и шестого конденсаторов и третьим выводом первого диодного моста, коллектор транзистора соединен с вторым выводом пятого конденсатора, первым выводом двенадцатого резистора и эмиттером однопереходного транзистора, первый вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора и вторым выводом шестого резистора, второй вывод однопереходного транзистора соединен с вторыми вы водами двенадцатого резистора и шестого конденсатора и первым выводом тринадцатого резистора, второй вывод которого подключен к катоду первого диода.

На чертеже представлена схема устройства, Устройство содержит магнитный пускатель с обмоткой 1 и контактами 2, контакты пускового устройства 3, первый диод 4, первый компаратор 5, транзистор 6, тринадцать резисторов 7-19, выводы 20 — 21 для подключения терморезистора, однопереходный транзистор 22, четыре конденсатора 23 — 26, тиристор 27, стабилитрон 28, первый диодный мост 29, первый и второй выводы которого соответственно через обмотку магнитного пускателя 1 и контакты пускового устройства 3 соединены с первой

30 и второй 31 клеммами, предназначенными для подключения к сети переменного тока, к третьему и четвертому выводам первого диодного моста 29 подключены две цепи, соответственно состоящих из тиристора

27 и последовательно включенных первых резистора 7 и конденсатора 23, инвертирующий вход первого компаратора- подключен к общей точке соединения второго 8 и третьего 9 резисторов, параллельно которым подключены последовательно соединенные выводы 20-21 для подключения терморезистора, четвертый 10 и пятый 11 резисторы, общая точка соединения третьего резистора 9 и вывода 20 терморезистора подключена к перг м выводам второго конденсатора 24, шестого резистора 12 и третьему выводу первого диодного моста 29, второй вывод второго конденсатора 24 подключен к общей точке соединения второго 8 и четвертого 10 резисторов и первого вывода седьмого резистора 13, второй вывод которого подключен к катоду первого диода 4, анод которого соединен с второй клеммой

31, выход первого компаратора 5 соединен с первым выводом восьмого резистора 14, второй 32, третий ЗЗ и четвертый 34 диоды, второй компаратор 35, пятый 36 и шестой 37 конденсаторы, второй диодный мост 38, трансформатор тока 39, две первичные обмотки которого предназначены для встречного включения по отношению друг к другу в фазах сети переменного тока, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к первому и второму выводам второго диодного моста 38, третий вывод которого подключен к третьему выводу первого диодного моста 29 и первым выводам третьего 25 и четвертого 26 конденсаторов, потен циометра 40 и аноду стабилитрона 28, катод которого подключен к инвертирующему входу второго компаратора 35 и первому выводу девятого резистора 15, второй вывод которого подключен к первому выводу седьмого резистора 13, четвертый вывод второго диодного моста 38 соединен со вторыми выводами третьего конденсатора 25 и потенциометра 40, выход потенциометра 40 подключен к неинвертирующему входу второго компаратора 35, выход которого через десятый резистор 16 подключен к второму выводу четвертого конденсатора 26 и аноду второго диода 32, катод которого соединен с неинвертирующим входом первого компаратора 5 и катодами третьего 33 и четвертого 34 диодов, анод третьего диода 33 подключен к общей точке соединения четвертого 10 и пятого 11 резисторов, анод четвертого диода 34 через одиннадцатый резистор 17 соединен с выходом первого компаратора 5, второй вывод восьмого резистора 14 соединен с базой транзистора 6, эмиттер которого соединен с первыми выводами пятого 36 и шестого 37 конденсаторов и третьим выводом первого диодного моста 29, коллектор транзистора 6 соединен с вторым вь)водам йятого кон де нсато ра 36, первым выводом двенадцатого резистора

18 и эмиттером однопереходного транзистора 22, первый вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора 27 и вторым выводом шестого резистора 12, второй вывод однопереходного транзистора 22 соединен с вторыми выводами двенадцатого резистора 18 и шестого конденсатора 37 и первым выводом тринадцатого резистора

19, второй вывод которого подключен к катоду первого диода 4.

В качестве терморезистора 41 может быть использован позистор, устанавливаемый в статорных обмотках электродвигателя 42 привода. В цепь питания двух статорных обмоток электродвигателя 42

1786584 включены первичные обмотки трансформатора тока 39.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на схему замыканием контактов 3, когда температура защищаемого электродвигателя 42 привода ниже предельного значения, через диод 4, резисторы 13 и 19 и один из диодов моста

29 под действием напряжения на клеммах

30 — 31 заряжаются конденсаторы фильтра

24 и 37 до падения напряжения соответственно на делителях напряжения 8 — 11, 41 и цепях питания компараторов 5, 35 и базах

ОПТ 22. Поскольку когда обмотки элекгродвигателя 42 не перегреты, сойротивление термодатчика 41 мало, на плече 9 термочувствительного моста падение напряжения выше, чем на резисторе 11 и позисторе 41, поэтому потенциал на выходе компаратора

5 примерно равен потенциалу на плюсовом выводе конденсатора фильтра 24, Этому же значению равен потенциал на выходе компаратора 35, когда ток электродвигателя ниже тока перегрузки, и напряжение на конденсаторе 25 ниже падения напряжения на стабилитроне 28. Через резистор 18 конденсатор 36 периодически заряжается под действием напряжения на конденсаторе фильтра 37 до напряжения отпирания ОПТ

22, а затем через ОПТ 22 разряжается на резистор 12. Под действием импульсов напряжения, выделяемых на резисторе 12, отпирается тиристор 27. Тиристор шунтирует диагональ диодного моста 29, и включается магнитный пускатель 1, подключающий силовыми контактами 2 электродвигатель 42 к сети. Частота импульсов, генерируемых

ОПТ 22, более чем на порядок превышает частоту сети. За счет этого тиристор 27 отпирается в начале каждого полупериода напряжения сети, и практически все напряжение сети выделяется на обмотке 1 магнитного пускателя. Для надежного включения индуктивной нагрузки с помощью тиристора 27, на вход которого поступают сравнительно короткие импульсы тока, служит

RC-контур 7, 23, 3а счет этого контура тиристор

27 поддерживается открытым по анодной цепи при разряде конденсатора 23 через резистор

7 на тиристор 27, когда он кратковременно отпирается по це,и управления.

При увеличении температуры электродвигателя выше аварийного значения сопротивление позистора 41 и падение напряжения на нем резко возрастут. Когда падение напряжения на позисторе 41 и резисторе 11 превысит падение напряжения на резисторе 9, компаратор 35 переключается, и потенциал на его выходе возрастает

55 до потенциала на конденсаторе 24. Отпирается транзистор 6, шунтируя конденсатор

36, и генератор на ОПТ 22 останавливается.

Тиристор 27 и магнитный пускатель 1 выключаются. Через диод 34 и резистор 17 на вход компаратора 5 поступает потенциал, и следовательно, на неинвертирующем входе компаратора будет более высокий потенциал и после остывания электродвигателя 42 и снижения сопротивления термодатчика 41, чем на инвертирующем входе. В связи с этим транзистор 6 будет открыт, генератор на ОПТ 22 будет заторможен, а магнитный пускатель 1 выключен.

Для включения электродвигателя 1 в работу после остывания термодатчика 41 необходимо предварительно кратковременно обесточить схему, например, разомкнув контакты 3 выключателя, с целью снятия потенциала с неинвертирующего входа компаратора 5. После замыкания контактов 3 снова начинает генерировать импульсы генератор на OllT 22, включаются тиристор 27 и магнитный пускатель 1. Если же электродвигатель не остыл и сопротивление позистора 41 велико, то прежде чем начнет срабатывать ОПТ 22 генератора переключится компаратор 5, предотвращая генерацию импульсов и включение тиристора 27 и магнитного пускателя 1. То есть включение электродвигателя возможно лишь при остывшем термодатчике.

Для защиты приводного механизма от перегрузки, а также затянувшихся пусков электропривода применяется трансформатор тока 39, диодный мост 38, компаратор

35, RC-контур 16, 26 и разделительные диоды 33, 32. Под действием каждой из двух первичных обмоток трансформатора тока во вторичной его обмотке генерируется ЭДС, пропорциональная геометрической сумме токов в двух обмотках электродвигателя.

Когда значение тока в обмотках электродвигателя превышает номинальное значение, конденсатор 25 зарядится до напряжения, превышающего падение напряжения на стабилитроне 28, и компаратор 35 переключится. Под действием напряжения на его выходе, равного напряжению на конденсаторе фильтра 24, через резистор 16 заряжается конденсатор 26. Когда через выдержку времени, превышающую время пуска электродвигателя, конденсатор 26 зарядится до напряжения на резисторе 9, компаратор 5 переключится, включая генератор на ОПТ

22, тиристор 27 и магнитный пускатель 1.

Таким образом, RC-контур 16, 26 исключает ложные отключения электропривода при пуске электродвигателя. Если длительность перегрузки электродвигателя или время пу1786584

10 ска превышает длительность нормального пуска электродвигателя, определяемого постоянной времени RC-контура 16, 26, электропривод отключается, успевая защитить приводной механизм от поломки, например, в случае его заклинивания и др. причин, Аналогично при подключении электродвигателя к сети при обрыве одной из ее трех фаз через оставшиеся обе первичные обмотки электродвигателя, или одну из них ток резко возрастает и через выдержку времени, задаваемую RC-контуром 16, 26 исполнительный аппарат 1 отключается. При этом отключение электродвигателя за счет срабатывания токовой части схемы происходит без перегрева обмоток за счет инерционности тепловой защиты предложенного устройства.

Таким образом, предложенное устройство характеризуется высокими надежностью, стабильностью и точностью работы, малым потреблением мощности, незначительными габаритными размерами и массой, в нем отсутствуют промежуточные реле и их контакты, Устройство обладает широкими функциональными возможностями, обеспечивая защиту электроустановки не только от перегрева, но и от аварийной перегрузки приводного механизма и защиту от неполнофазного режима работы, Формула изобретения

Устройство для защиты электропривода, содержащее магнитный пускатель, контакты пускового устройства, первый диод, первый компаратор, транзистор, тринадцать резисторов, выводы для подключения потен циометра, терморезистор, однопереходный транзистор, четыре конденсатора, тиристор, стабилитрон, первый диодный мост, первый и второй выводы которого соответственно через обмотку магнитного пускателя и контакты пускового устройства соединены с первой и второй клеммами, предназначенными для подключения к сети переменного тока, к третьему и четвертому выводам первого диодного моста подключены две цепи соответственно состоящих из тиристора и последовательно включенных первых резистора и конденсатора, инвертирующий вход первого компаратора подключен к общей точке соединения второго и третьего резисторов, параллельно которым подключены последовательно соединенные выводы для подключения терморезистора, четвертый и пятый резисторы, общая точка соединения третьего резистора и выводов для подключения терморезистора подключена к первым выводам второго конденсатора, шестого резистора и третьему выводу

55 первого диодного моста, второй вывод второго конденсатора подключен к общей точке соединения второго и четвертого резисторов и первого вывода седьмого резистора, второй вывод которого подключен к катоду первого диода, анод которого соединен с второй клеммой, выход первого компаратора соединен с первым выводом восьмого резистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения электропривода при токовой перегрузке, неполнофазном режиме работы и перегреве электропривода и исключения его самовключения после восстановления заданного режима работы, дополнительно введены второй, третий и четвертый диоды, второй компаратор, пятый и шестой конденсаторы, второй диодный мост, трансформатор тока, две первичные обмотки которого предназначены для встречного включения по отношению друг к другу в фазах сети переменного тока, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к первому и второму выводам второго диодного моста, третий вывод которого подключен к третьему выводу диодного моста и первым выводам третьего и четвертого конденсаторов, и аноду стабилитрона, катод которого подключен к инвертирующему входу второго компаратора и первому выводу девятого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу седьмого резистора, четвертый вывод второго диодного моста соединен со вторым выводом третьего конденсатора и потенциометра, выход потенциометра подключен к неинвертирующему входу второго компаратора, выход которого через десятый резистор подключен к второму выводу четвертого конденсатора и аноду второго диода, катод которого соединен с неинвертирующим входом первого компаратора и катодами третьего и четвертого диодов, анод третьего диода подключен к общей точке соединения четвертого и пятого резисторов, анод четвертого диода через одиннадцатый резистор соединен с выходом первого компаратора, второй вывод восьмого резистора соединен с базой транзистора, эмиттер которого соединен с первыми выводами пятого и шестого конденсаторов и третьим выводом первого диодного моста, коллектор транзистора соединен с вторым выводом пятого конденсатора, первым выводом двенадцатого резистора и эмиттером однопереходного транзистора, первый вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора и вторым выводом шестого резистора, вто1786584 зо М

Составитель Л.Дмитренко

Техред М.Моргентал Корректор Q.Êðàâöîâà

Редактор Т.Федотов

Заказ 253 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рой вывод однопереходного транзистора соединен с вторыми выводами двенадцатого резистора и шестого конденсатора и первым выводом тринадцатого резистора, второй вывод которого подключен к катоду первого диода,