Устройство для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬЬРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

I ()995193 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.04.81 (21) 3276112/24-07 (51) М. Кл.

Н 02 H 7/09

Н 02 Н 3/!4 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гееударстаеннмй кемнтет

СССР (53) УДК 621.316., .925 (088.8) Опубликовано 07.02.83. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 17.02.83

llo делам изобретений и еткрмтий (72) Автор изобретения

J

r

В. Г. Петько

«

«» r . г

Оренбургский сельскохозяйственный инстй уч. » (71) Заявитель

f (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДП УСКОВОЙ ЗАШИТЫ

ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ОБРЫВА ?ВЛЕПИ

ОБМОТОК И ПРОБОЯ ИЗОЛЯЦИИ НА КОРПУС

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 йа реле, и пороговое устройство, выполненное на реле.

Источник постоянного тока содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена к двум фазам питающей сети, а вторичная — к диагойали 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 исполнительного органа включена цепь из последовательно соединенных контактов реле порогового устройства и кнопки «Пуск» магнитного пускателя. Цепь из последовательно соединенных обмотки магнитного пускателя и третьей пары контактов реле исполнительного органа подключена к выводам первичной обмотки трансформатора (I) .

Недостатками указанного устройства являются сравнительно невысокая надежйость защиты за счет того, что устройство позволяет осуществлять лишь однократный контроль состояния изоляции, в результате чего повышается вероятность пробоя изоляции на корпус в промежуток времени между проверками, а также йизкая точность срабатывания в результате того, что пороговое устройство выполнено йа реле — элементе с большим разбросом параметров и низкой чувствительностью, вследствие чего погрешность установки уставки защитного отключения велика, что обусловливает низ995193

1О кую 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 осу ществлять лишь однократный контроль состояния сопротивления изоляции и цепей обмоток электродвигателя, в результате чего повышается 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 большим разбросом параметров, поэтому погрешность установки уставки велика, что обусловливает низкую точность срабатывания устройства.

Цель изобретения — повышение надежности защиты и точности срабатывания устройства.

Поставленная цель достигается тем, что 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

25 зо

35 ао

55 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 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 блока, соединенному с вторым выходом исполнительного органа, причем к одной из фаз питающей сети подключены 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 управления, другой вывод резистора подключен к точке соединения двух согласно включенных диодов, катод первого диода соединен с корпусом, анод второго диода подключен к выходу формирователя сигнала 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 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 резисторов и конденсатора, соединенных между собой и с ранее известными элементами, как указано выше, позволяет осуществлять контроль состояния изоляции и цепей обмоток в течение нерабочего периода непрерывно, мгновенно реагировать на выход параметров из нормы, что повышает надежность защиты.

Такое выполнение устройства позволяет устранить влияние колебаний тока источника постоянного тока на уровень срабатывания порогового устройства, благодаря заданию уставки порогового блока и токов, протекающих по обмоткам от общего источника. Поэтому при изменении тока источника одновременно изменяются величины уставки и токи в обмотках, и срабатыва ние порогового блока происходит при постоянном 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 йредставлена принципиальная электрическая схема устройства для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус.

Предлагаемое устройство для предпуско вой защиты трехфазных электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус содержит источник i постоянного тока, пороговый блок 2, исполнительный. орган 3, магнитный пускатель, состоящий из обмотки 4 и контактов 5 — ?, 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 и 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 эле-. мента ИЛИ 9 соединен с входом исполнительного органа 3.

Вторые выводы резисторов !2 и 13 являются соответственно двумя входами IIoрогового блока 2 и соединены соответственно с обмотками 16 и 17 электродвигателя. Второй вывод резистора 4 является третьим входом порогового блока 2 и соедияеи с вторым выходом исполнительного органа 3.

Исполнительный орган 3 содержит выпрямительный . 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 исполйительяого органа 3.

995193 б

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 выбрано большим, не менее 1 МОм.

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 эквивалент35 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 формирова 0 тели 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:

25 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 управле-: ния. Вторая обкладка конденсатора 34 под30 ключена к корпусу.

Источник 1 постоянного тока служит для питания устройства защиты током. Пороговый блок 2 предназначен для восприятия токов, протекающих по обмоткам 16 и

З5 17 электродвигателя, сравнения их с, пороговым значением, устанавливаемым исполнительным органом 3 и резистором 14, и формирования сигнала об отсутствии или наличии повреждения цепей обмоток или пробоя их изоляции на копус.

40 Магнитный пускатель предназначен для включения электродвигателя. Исполнительный орган 3 служит для создания в цели обмотки 4 магнитного пускателя тока, достаточного для замыкания главных контактов 5 — 7 магнитного пускателя, при наличии иа входе исполнительного органа 3 .напряжения, равного нулю, что соответствует целостности контролируемых элементов.

Формирователь 8 сигнала управления предназначен для управления включением

5!! устройства предпусковой защиты и электродвигателя.—

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

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии выключатель 30 замкнут,,главные контакты 5 — 7 магнит995193

10

1 "29 МОЛ, 20 ного 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, соединенный с обкладкой конденсатора 34, поступает небольшой отрицательный потенциал, который подается на вход исполнительного органа 3. Под действием этого потенциала по цепи: диод 26, резистор 27, база транзистора 23 протекает ток, и транзистор 23 открывается. Сопротивление открытого транзистора 23 намного меньше сопротивления переходов тиристора 22 между управляющим электродом и катодом, поэтому через управляющий электрод тири;тора 22 протекает очень маленький ток, ие.:и чина которого недостаточна для вклю::..:1H тиристора 22. Тиристор 22 заперт, и» его катоде отрицательный потенциал, ко1орый поступает на первый выход исполни:сльного органа 3. При положительной полуволне напряжения фазы А питающей сети ..;отекает через обмотку 4 магнитного пу. капля, диод 18, резистор 24, открытый переход эмиттер — коллектор транзистора

23, диод 21. При отрицательной полуволне напряжения фазы A ток протекает через обмотку 4 магнитного пускателя, диод 19, переход эмиттер — коллектор транзистора

23, резистор 24, диод 20. Вследствие большой 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 11 и сопротивлению изоляции 29. Под действием этого тока на сопротивлении изоляции 29 создается падение напряжения тем больше, чем больше сопротивление изоляции. Это падение напряжения прикладывается к резисторам 12

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

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

Уставка выбрана так, что, если целостность цепей обмоток не нарушена, и сопротивление изоляции R2 не меньше допустиMO I 0 Яд<,„ то величина суммы средних токов I,, I,, протекающих по резисторам 12 и 13 соответственно, не меньше величины среднего тока уставки Iу, протекающему по резистору 14.

Л г +1я l 1у (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 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 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 напря Я жения фазы А ток протекает через обмотку

4 магнитного пускателя, диод 19, тиристор

22, диод 20 к корпусу. В обоих случаях, вследствие малой величины сопротивления тиристора 22, ток велик, и падение 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 на обмотки ll, 16 и 17 электродвигателя.

Напряжение на 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 ие можетза-рядиться, напряжение-на первом входе элемента ИЛИ 9 равно нулю, иа выходе.элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 тоже равно нулю, и контакты 5 —.7 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 Rù меньше допустимого Кд„„

1 л 1 дои., <Ц 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 I +l>s/< 1у

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 полярность. При этом, как указывалось ранее, контакты 5 — 7 магнитного пускателя. разомкнуты, и напряжение питания не подается на обмотки 11, 16 и

17 электродвигателя.

Если оборвана цепь обмотки 11 электродвигателя, то по резисторам 29, 12- и

13 ток не течет, и конденсатор 15 заря.жается током, протекающем через резистор

14 при замкнутом выключателе 30 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицатель= ный потенциал. Напряжение на первом вхо-. де элемента ИЛИ 9, на выходе элемента

ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа

3 имеет отрицательную полярность и.электродвигатель отключен от цепи питания.Еыи оборвана цепь одной из обмоток, например 16, электродвигателя, а: другая

17 цела, то через резистор 12 ток ие течет, 995193 а величина среднего тока lдz, протекающего через резистор 14 11з (ду/ (5) 5 Конденсатор 15 заряжается таким,. образом, что на его обкладке,-соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал. Напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, иа выходе элемента

lO

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

15 из цепей обмоток электродвигателя или пробое изоляции на корпус, устройство предотвращает включение в сеть защищаемого электродвигателя.

Предлагаемое устройство для предпусковой защиты трехфазиых электродвигателей

2в от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус позволяет повысить надежность защиты и точность срабатывания устрой.ства 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 питаю-щей 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 кон4 денсатор, 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 сигнала управления и элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового блока, второй вход — с выходом формирователя сигНала управлеНия, а выход—

5р с входом исполНительного 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 блока, соединенному с вторым выходом исполни995193

Составитель Л. Васькова

Техред И. Верес Корректор M. Коста

Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 i 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5.

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тельного органа, причем к одной из фаз питающей сети подключены 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 управления, другой вывод резистора подключен к точке соединения двух диодов, соединенных последовательно в одном направлении, катод первого диода соединен корпусом, анод второго диода под.ключен к выходу формирователя сигнала 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 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.

1О Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шипунов Н. В. Защитное отключение.

М., «Энергия», 1968, с. 120.

2. Авторское свидетельство СССР № 549854, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.