Устройство для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты от недопустимой несимметрии и обрыва фазы трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью электродвигателей, работающих в промышленности и сельском хозяйстве. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и технологичности при его изготовлении. В устройстве для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети первичная обмотка двухобмоточного трансформатора датчика аварийных режимов включена последовательно с диагональю переменного тока выпрямительного моста блока питания. Параллельно диагонали постоянного тока моста включены накопительный конденсатор, разрядный резистор и цепь из последовательно включенных катушки исполнительного реле с запоминанием срабатывания и анода - катода тиристора. Настройка порога срабатывания устройства осуществляется резистором, включенным между клеммой "+" другого выпрямительного моста датчика аварийных режимов и управляющим электродом тиристора, в цепи анода которого включена катушка исполнительного реле. Конденсатор гашения помех включен между катодом и управляющим электродом тиристора, а фильтр напряжений нулевой последовательности выполнен на конденсаторах. При обрыве фазы или недопустимой несимметрии напряжений сети на конденсаторе появляется потенциал, а на управляющем электроде тиристора - управляющие импульсы. При заряде конденсатора до потенциала срабатывания схемы тиристор открывается и конденсатор импульсно разряжается на катушку испытательного реле, которое срабатывает. В результате электродвигатель отключается от аварийной сети. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите от аварийных режимов работы электродвигателей, работающих в промышленности и сельском хозяйстве.

Известно устройство для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети (см. Асимметр типа PA - 74/2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 01 КТО. Типография Кироваканского завода "Автоматика". Заказ 303271, тираж 1000. Дата выпуска асимметра 31.05.1983), содержащее датчик аварийных режимов, выполненный на основе фильтра напряжений нулевой последовательности, вход которого подключен к сети трехфазного переменного тока, а выход - к первому выводу катушки исполнительного реле, второй вывод которой соединен с заземлением.

При коротком замыкании одной из фаз трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью на землю нарушается симметрия фазных напряжений, по катушке реле протекает ток, реле срабатывает и отключает поврежденный участок от сети.

При обрыве фазы сети трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью также нарушается симметрия фазных напряжений, в результате катушка получает питание, реле срабатывает и отключает поврежденный участок сети от источника трехфазного переменного тока.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, т. к. устройство не реагирует на возникновение недопустимой несимметрии напряжений фаз сети.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети (см. а. с. СССР 1534615, Н 02 Н 7/09, опубликовано в БИ 1, 07.01.1990 г.), содержащее датчик аварийных режимов, выполненный на основе фильтра напряжений нулевой последовательности, вход которого подключен к сети трехфазного переменного тока, а выход - к первому выводу первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с диагональю переменного тока выпрямительного моста датчика аварийных режимов, связанного диагональю постоянного тока, к минусу которой подключен первый вывод конденсатора гашения помех, с входом исполнительного органа, подключенного к диагонали постоянного тока выпрямительного моста блока питания, первый вывод диагонали переменного тока которого соединен с нулевым проводом сети.

При возникновении недопустимой несимметрии напряжений фаз сети или при обрыве фазы на средней точке звезды резисторов фильтра напряжений нулевой последовательности появляется потенциал, который через двухобмоточный трансформатор и выпрямительный мост датчика аварийных режимов поступает на вход исполнительного органа. Последний срабатывает таким образом, что исполнительное реле размыкает свои контакты, отключая силовым коммутационным аппаратом электродвигатель от аварийной сети.

Недостатки прототипа: - резисторы фильтра подключены к линейным проводам сети и рассеивают много тепловой энергии, что неблагоприятно отражается на тепловом режиме внутри корпуса устройства. Это требует принятия дополнительных мер по термостабилизации работы исполнительного органа и увеличивает разброс параметров срабатывания устройства, особенно в условиях значительных колебаний температуры окружающей среды и напряжения сети; - блок питания все время находится под напряжением сети, рассеивая внутри корпуса дополнительные греющие устройство потери. Кроме того, чтобы элементы схемы не работали на пределе своих возможностей, приходится завышать их параметры при выборе номинальных данных; - сложность схемы и сложность настройки порогов срабатывания.

Перечисленные недостатки обусловливают низкую надежность устройства в эксплуатации и при изготовлении.

Целью задачи, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности устройства и технологичности при его изготовлении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети, содержащем датчик аварийных режимов, выполненный на основе фильтра напряжений нулевой последовательности, вход которого подключен к сети трехфазного переменного тока, а выход - к первому выводу первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с диагональю переменного тока выпрямительного моста датчика аварийных режимов, связанного диагональю постоянного тока, к минусу которой подключен первый вывод конденсатора гашения помех, с входом исполнительного органа, подключенного к диагонали постоянного тока выпрямительного моста блока питания, первый вывод диагонали переменного тока которого соединен с нулевым проводом сети, второй вывод диагонали переменного тока выпрямительного моста блока питания соединен со вторым выводом первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, диагональ постоянного тока выпрямительного моста датчика аварийных режимов плюсом соединена через настроечный резистор с управляющим электродом, а минусом с минусом выпрямительного моста блока питания и катодом тиристора исполнительного органа, анод которого соединен с первым выводом катушки исполнительного реле с запоминанием срабатывания, второй вывод которой соединен с плюсом выпрямительного моста блока питания, причем фильтр напряжений нулевой последовательности выполнен на конденсаторах, второй вывод конденсатора гашения помех подключен к управляющему электроду тиристора, а диагональ постоянного тока выпрямительного моста блока питания зашунтирована накопительным конденсатором.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, гарантирующих сущность заявленного изобретения, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Предлагаемое устройство для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети содержит датчик аварийных режимов, включенный между тремя фазами сети и нулевым проводом последовательно с блоком питания, к которому подключен исполнительный орган.

Устройство имеет следующие достоинства: 1. Фильтр напряжений нулевой последовательности выполнен на конденсаторах, что практически исключает выделение в нем активных потерь, вызывающих нагревание элементов схемы и температурный дрейф порога срабатывания исполнительного органа.

2. Датчик аварийных режимов включен последовательно с блоком питания между тремя контролируемыми фазами сети и нулевым проводом. В результате вся элементная база устройства, за исключением конденсаторов фильтра, при симметричной сети работает в ждущем режиме без напряжения и не потребляет энергию из сети. Это позволяет получить внутри корпуса устройства благоприятный температурный режим и, следовательно, уменьшить дифференциал порогов срабатывания. Кроме того, это позволяет повысить нагрузку элементов схемы до номинальных значений, не прибегая к нагрузочному резервированию для повышения надежности. В результате схема позволяет использовать малогабаритные и слаботочные элементы полупроводниковой техники.

3. Предложенная схема значительно проще по конструктивному исполнению, чем схема прототипа, позволяет упростить схему и сократить число настроечных резисторов до одного. Настройка порога срабатывания осуществляется резистором, включенным последовательно между управляющим электродом тиристора и плюсом выпрямительного моста датчика аварийных режимов. Кроме того, в схеме может быть использован практически любой тиристор данного габарита с любым током управления.

4. В устройстве использовано реле с запоминанием срабатывания, что позволяет уменьшить мощность блока питания. Энергия в блоке питания накапливается в накопительном конденсаторе и при срабатывании схемы импульсно разряжается на катушку реле.

5. Предложенное устройство более технологично при изготовлении, т.к. резко снижаются затраты времени на настройку и выходной контроль изделия.

Достигнутые положительные технические эффекты позволили повысить надежность устройства в эксплуатации и технологичность при изготовлении.

Совокупность существенных признаков, характеризующих изобретение, может быть многократно использовано в электротехнике, в частности, для защиты электродвигателей, работающих в промышленности и сельском хозяйстве.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже показана схема электрическая принципиальная устройства для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети.

Устройство содержит датчик 1 аварийных режимов, выполненный на основе фильтра 2 напряжений нулевой последовательности, включающего в себя конденсаторы 3, 4, 5, соединенные в звезду и входами подключенные к фазам А, В, С сети трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью. Выход фильтра, которым является средняя точка звезды конденсаторов, подключен к первому выводу первичной обмотки 6 двухобмоточного трансформатора 7. Первый вывод диагонали переменного тока выпрямительного моста 8 блока 9 питания соединен с нулевым проводом N сети, а второй вывод диагонали переменного тока этого моста соединен со вторым выводом первичной обмотки 6 двухобмоточного трансформатора 7. Параллельно диагонали постоянного тока выпрямительного моста 8 подключены накопительный конденсатор 10 и разрядный резистор 11. К точкам 12, 13 блока 9 питания подключен исполнительный орган 14, имеющий в своем составе последовательно соединенные тиристор 15 и реле 16 с запоминанием срабатывания. Катушка 17 этого реле первым выводом соединена с анодом тиристора 15, а вторым выводом с плюсом выпрямительного моста 8, т.е. с точкой 12. Отрицательный полюс выпрямительного моста 8 соединен через точку 13 с катодом тиристора 15, первым выводом конденсатора 18 гашения помех и минусом выпрямительного моста 19 датчика 1 аварийных режимов работы. Плюсовая клемма выпрямительного моста 19 соединена через настроечный резистор 20 с управляющим электродом тиристора 15, а его диагональ переменного тока - со вторичной обмоткой 21 двухобмоточного трансформатора 7. Размыкающий контакт 22 с клеммами 23, 24 исполнительного реле 16 включен в цепи управления электродвигателем (цепи управления и электродвигатель на схеме не показаны).

Устройство для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети работает следующим образом.

При подключении клемм А, В, С, N к соответствующим клеммам симметричной трехфазной сети переменного тока конденсаторы 3, 4, 5 встанут под фазное напряжение. При этом в средней точке звезды конденсаторов потенциал относительно нулевого провода будет равен нулю (или почти равен нулю, т.к. абсолютно симметричная сеть трехфазного переменного тока практически не достижима). Поэтому потенциалы на первичной обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 7 и выпрямительном мосту 8 относительно нулевого провода сети будут равны нулю. Далее до возникновения аварийного режима устройство работает в ждущем режиме. Все элементы, кроме конденсаторов 3, 4, 5, работают без напряжения.

При возникновении недопустимой несимметрии напряжений фаз А, В, С в контролируемой сети трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью N или при обрыве одной из фаз сети в средней точке фильтра напряжений нулевой последовательности относительно нулевого провода N появляется потенциал. По первичной обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 7 и через выпрямительный мост 8 потечет ток. Трансформатор 7 вырабатывает сигналы на отключение электродвигателя, а на диагонали постоянного тока выпрямительного моста 8 появляется потенциал, под действием которого в накопительном конденсаторе 10 накапливается заряд. Порог срабатывания тиристора 15 настраивается с помощью резистора 20 таким образом, что если недопустимая несимметрия была кратковременной или случайной, то он не открывается и потенциала на конденсаторе 10 накапливается недостаточно для срабатывания реле 16. Если реле не сработало, а сеть вернулась в исходное симметричное состояние, то заряд конденсатора 10 стекает до полного разряда через разрядный резистор 11. Электродвигатель при этом остается подключенным к сети.

Если возникла устойчивая недопустимая несимметрия и время ее существования превышает время заряда конденсатора 10, то под действием управляющих импульсов, получаемых со вторичной обмотки 21 двухобмоточного трансформатора 7 и снимаемых с диагонали выпрямительного моста 19, тиристор 15 открывается и конденсатор 10 импульсно разряжается через катушку 17 и анод-катод тиристора 15. Реле срабатывает и запоминает свое новое фиксированное положение. Его размыкающий контакт 22 размыкается и отдает в цепи управления команду на отключение электродвигателя от аварийной сети.

Новый запуск электропривода возможен только после нажатия на рычаг возврата реле 16 в исходное состояние. Если сеть стала вновь симметричной, то возможен новый запуск электродвигателя в работу.

Если в сети осталась недопустимая несимметрия или не восстановилась оборванная фаза, то устройство вновь сработает аналогично и защитит электродвигатель от выхода из строя.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии напряжений фаз сети, содержащее датчик аварийных режимов, выполненный на основе фильтра напряжений нулевой последовательности, вход которого подключен к сети трехфазного переменного тока, а выход к первому выводу первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с диагональю переменного тока выпрямительного моста датчика аварийных режимов, связанного диагональю постоянного тока, к минусу которой подключен первый вывод конденсатора гашения помех, с входом исполнительного органа, подключенного к диагонали постоянного тока выпрямительного моста блока питания, первый вывод диагонали переменного тока которого соединен с нулевым проводом сети, отличающееся тем, что второй вывод диагонали переменного тока выпрямительного моста блока питания соединен со вторым выводом первичной обмотки двухобмоточного трансформатора, диагональ постоянного тока выпрямительного моста датчика аварийных режимов соединена плюсом через настроечный резистор с управляющим электродом, а минусом с минусом выпрямительного моста блока питания и катодом тиристора исполнительного органа, анод которого соединен с первым выводом катушки исполнительного реле с запоминанием срабатывания, второй вывод которой соединен с плюсом выпрямительного моста блока питания, причем фильтр напряжений нулевой последовательности выполнен на конденсаторах, второй вывод конденсатора гашения помех подключен к управляющему электроду тиристора, а диагональ постоянного тока выпрямительного моста блока питания зашунтирована накопительным конденсатором и разрядным резистором.

РИСУНКИ

Рисунок 1