CS215670B1 - Electronic fuse circuitry - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojeni elektronické pojistky, která se vřazuje do série s jednou napájecí fází napájející jištěný spotřebič, resp. jištěné zařízení poháněné tímto spotřebičem. Zapojení pojistky je možno využít především u takových mechanických systémů, ve kterých je hnací jednotkou třífázový motor. Jedná se tedy o systém skládající se s elektro motoru, převodovky a dalšího mechanického rozvodu nebo převodu, kterým se ovládá nebo pohání určité zařízení. Tímto zařízením mohou být v konkrétním případě například rošty kotlů

Velmi častým problémem takovýchto systémů je ochrana převodového ústrojí při zablokování poháněného zařízení. Elektromotor má většinou dostatečný výkon na to, aby pří velkém převodovém poměru kroutícího momentu dokázal poškodit převodové zařízení, resp. rozvod..

V současné době je tento problém např. u kotlů ČKD-Dukla řešen mechanickou'pojistkou, jejíž princip spočívá v tom, že v určitém místě pákového rozťodu vynášeče škváry je upraven zeslabený profil, přes který se převod kroutícího mementu uskutečňuje. Při zablokování poháněného zařízení by pak tato-mechanické pojistka měla celý rozvod uchránit od mechanického poškození. Výpočet takovéto pojistky je většinou obtížný a poměrně velmi nepřesný.

Pak dochází k tomu, že pojistka nepracuje vůbec anebo se přeruší v době, kdy nedošlo k relativně intenzivnějšímu namáhání převodu. V prvém případě dochází ke zničení pákového rozvodu a ke značnému namáhání převodovky a ve druhém případě se zbytečně narušuje technologie pracovních postupů, neboť montáž nového pákového rozvodu s pojistkou vyžaduje na určitý čas vyřadit celé zařízení z provozu.

215 670

K vyřešení tohoto problému směřuje elektromechanické pojistka, jejíž princip spočívá v hlídání příkonu dektrické energie, kterou elektromotor odebírá z napájecí sítě. Při větším zatížení elektromotoru roste odebíraný proud, který je měřicím transformátorem zapojeným do některé napájecí fáze převáděn na napětí. Elektronický obvod, který ovládá cívku stykače, reaguje bezpečně na vzrůst proudu o 15 %. Na sekundární vinutí měřicího transformátoru je zapojen můstkový usměrňovač, na jehož výstup jsou v sérii zapojeny odpor s potenciometrem a k nim pak paralelně kondenzátor. Podstatou zapojení elektronické pojistky je, že na běžec tohoto potenciometru je připojena báze prvého tranzistoru, jehož emitor je jednak spojen přes odpor se zápornou napájecí větví a jednak přímo na emitor druhého tranzistoru, přičemž kolektory prvého a druhého tranzistoru jsou přes zetěžovací odpory propojeny na emitor čtvrtého tranzistoru.Dále jsou kolektory prvého a druhého tranzistoru napojeny přes odpory na bázi druhého tranzistoru a na bázi třetího tranzistoru a jejich báze jsou vždy přes odpor spojeny se záporným polem můstkového usměrňovače. Emitor třetího tranzistoru je rovněž spojen se záporným pólem můstkového usměrňovače přes diodu, která je|zapojena záporným pólem na zápornou napájecí větev. Taktéž báze čtvrtého tranzistoru je spojena přes Zenerovu diodu se záporným pólem můstkového usměrňovače, jejíž záporný pól je napojen ne bázi čtvrtého tranzistoru. Kolektor čtvrtého tranzistoru je jednak přes odpor propojen na bázi čtvrtého tranzistoru a tudíž na katodu Zenerovy diody a jednak přes paralelní zapojení diody a cívky relé na kolektor třetího tranzistoru, přičemž dioda je orientována svojí katodou na kolektor čtvrtého tranzistoru. Relé je opatřéno dvěma dvojicemi kontaktů, z nichž na prvou dvojici je zapojen v sérii druhý kontakt névěstního relé, jehož cívka je zapojena v obvodu druhé'dvojice kontaktů. Druhý kontakt névěstního relé je připojen na napájecí napětí 220 V přes jeden kontakt zdvojeného tlačítka a přes přídržnou cívku stykače. Prvá dvojice kontaktů relé je připojena na napájecí napětí 220 V přes přídržnou cívku stykače a přes přídržný kontakt tohoto stykače. Přes druhou dvojici kontaktů relé a přes druhý kontakt zdvojeného tlačítka je cívka névěstního relé připojena na napájecí napětí 220 V. Signální žárovka je spojena se síťovým napájecím napětím jednak přes druhou dvojici kontaktů relé a jednak přímo přes prvý kontakt návěstního relé.

Přednosti elektronické pojistky ve srovnání s mechanickou pojistkou jsou patrná především v tom, že její instalace nevyžaduje žádný zásah do mechanická inslalace zařízení a zásah do elektrická části zařízení je minimální. Zapojení pojistky umožňuje při každém spuštění elektromotoru kontrolu chodu celého zařízení. Jestliže pojistka zareaguje při zablokování poháněného zařízení, nedochází k jejímu poškození a její opětné nastavení se provede pouze stisknutím příslušného tlačítka.

Elektronická pojistka podle vynálezu byla s úspěchem vyzkoušena a posléze instalována na zařízení vynáěeče škváry u kotlů ČKD-Dukla o výkonu 3 x 12 tun/hod. péry s tlakem .1,325 MPa. Táhla vynášeče škváry jsou poháněna přes převodovku TS030 elektromotorem o výkonu 3 kW,

900 ot/min. Při vzrůstu proudu motorem o 15 % je elektromotor oddělen vypnutím stykače od napájecí sítě, čímž se zamezí havárii celého zařízení.

Zapojení podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkresech, kde obr. la představuje vřazení elektronické pojistky do třífázové sítě napájející elektromotor, obr. lb kompletní zapojení pojistky do obvodu přídržné cívky stykače, obr. 2 podrobné schéma zapojení elektronické pojistky, která je v obr. la a lb naznačena blokem označeným EP, a obr. 2a dvě dvojice kontaktů relé zapojeného ve schématu elektronické pojistky podle obr. 2.

Podle obr. 1 je elektromotor Ml připojen do třífázové sítě přes tavné pojistky Po, dále přes stykač S' a pojistku F. Do fáze T je mezi přípojnou svorku elektromotoru Ml a pojistku F zařazené elektronická pojistka znázorněná blokem označeným EO svými vstupními svorkami

1, 2.

Na obr. lb je znázorněno napojení elektronické pojistky do ovládacího bloku pomocí dvou dvojic kontaktů 5,6 a 7, 8 relé Re, přičemž na svorky 3,4 elektronické pojistky je přivedeno přes tavnou pojistku Po' napájecí napětí 220 V. Prvá dvojice kontaktů 5,6 relé Re je při pojena na sífové napětí přes kontakt fl pojistky F, přes tlačítko AI, dále přes přídržný kontakt 1S1' a přes přídržnou cívku Sl' stykače S^z. Mezi dvojici kontaktů £,6 je v sérii jeétě vřazen druhý kontakt 2H1 návěstního relé H1 a jeden kontakt zdvojeného tlačítka A2. Druhá dvojice kontaktů 7,8 relé Re je připojena na napětí 220 V jednak přímo přes signálovou žárovku Ž1 a jednak přes paralelně k signální žárovce Zl zapojenou cívku návěstního relé Hl včetně druhého kontaktu zdvojeného tlačítka A2. Signální žárovka Ž1 je kromě jejího připojení na sí£ s napětím 220 V přes druhou dvojici kontaktů 7,8 dále napojena na tuto sít přes prvý kontakt 1H1 návěstního relé H1 tak, že k rozsvícení této signální žárovky Ž1 postačí buá sepnutí kontaktů 7,8 relé Re anebo sepnutí prvého kontaktu 1H1 návěstního relé Hl.

Schéma zapojení elektronické pojistky je rozkresleno na obr. 2, přičemž obr. 2a znázorňuje prvou a druhou dvojici kontaktů 5,6 a 7,8 relé Re zapojeného v kolektoru třetího tranzistoru T_3, Elektronická pojistka je svorkami _3,4 připojena na napájecí napětí 220 V. Na sekundátoru napájecího transformátoru Tr2 je zapojen můstkový usměrňovač z diod D5 až D8. Výstup dvoucestného usměrňovače je zkratován kondenzétorem C2, přičemž kladná usměrněné napětí je přivedeno na kolektor čtvrtého tranzistoru T4. který plní společně se Zenerovou diodou Dli funkci stabilizátoru napájecího napětí se spínacím napětím. Přes diodu kolektor - emitor čtvrtého tranzistoru T4 se dostává kladné napětí na kolektor prvého tranzistoru TI přes odpor R2. Báze prvého.tranzistoru TI je spojena s běžcem potenciometru Pl. na jehož jeden vývod je připojen odpor Rl. Volný vývod odporu Rl a potenciometru Pl jsou napojeny na výstup dvoucestného usměrňovače tvořeného diodami Dl až D4. Výstup tohoto dvoucestného usměrňovače je zkratován kondenzátorem Cl. Vstupní svorky 1,2 primárního vinutí měřicího transformátoru Tri jsou vřazeny do některé napájecí fáze, které napájejí chráněný^spotřebič. Prvý a druh; tranzistor Tl a 72 tvoří Schmittův klopný obvod. V kolektorech těchto tranzistorů jsou zapojeny odpory R2 a R7, oba jejich emitory jsou přes společný odpor R3 spojeny se zemí. Kolektor prvého tranzistoru TI je přes odpor R4 spojen s bází druhého tran zistoru T2, přičemž báze druhého tranzistoru je přes odpor R5 napojena na zápornou napájecí větev. Na kolektor druhého tranzistoru T2 je napojena báze třetího tranzistoru T3 přes odporový dělič složený z odporů R8 a R9. přičemž v emitoru třetího tranzistoru T3 je zapojena v propustném směru dioda D9 a v jeho kolektoru cívka relé Re. Paralelně s relé Re je zapojena dioda D10 kladným pólem na kolektor třetího tranzistoru T3. Mezi kolektor a bázi čtvrtého tranzistoru T4 je zapojen odpor R6.

Zapojení elektronické pojistky využívá proudové a momentové charakteristiky třífázového asynchronního motoru Ml, závislosti na zatížení elektromotoru Ml dochází ke změnám jeho otáček, momentu a odebíraného proudu. Dojde-li k většímu zatížení elektromotoru Ml, klesají jeho otáčky, roste moment a proud jím procházející. Této skutečnosti využívá zapojení elektronické pojistky. Primární vinutí měřicího transformátoru Tri je svými vstupními svorkami 1,2 zapojeno v sérii s jedním napájecím vedením třífázového motoru Ml. Proud tímto primárním vinutím procházející vzbuzuje na sekundární straně vinutí měřicího transformátoru Tri napětí U1 a po usměrnění usměrňovaěem^sdiodami Dl až D4 v můstkovém zapojení je na kondenzátoru Cl napětí Ulvst. Při pracovním režimu elekťromotoru Ml. to je za situace ustálených otáček, se potenciometrem PÍ nastaví Sohmittův klopný obvod tak, aby právě vypnul. To znamená, že prvý tranzistor Tl je zavřený. Druhý tranzistor T2 Sohmittova klopného obvodu je tedy ve vodivém stavu.

Hystereze obvodu je malá 8 tedy je i malý rozdíl mezi napětím nutným pro sepnutí a nápětím nutným pro vypnutí klopného obvodu. To umožňuje, aby při procentuelně malém stoupnutí odebíraného proudu nad proud nominální, stouplo napětí Ulvst. nad spínací, čímž dojde k překlopení Sohmittova· klopného obvodu. Aby toto spínací napětí bylo konstantní s kolísají* cím napájecím napětím, je do obvodu zapojen čtvrtý tranzistor T4 se Zenerovou diodou Dli.

Celý obvod je napájen napětí 22OV, které je přivedeno na svorky 3.,4 transformátoru Tr2.

Třetí tranzistor T3 podle stavu Sohmittova klopného obvodu ovládá relé Re. Pokud je druhý tranzistor klopného obvodu T2 otevřen, je na bázi třetího tranzistoru T3 malé napětí nepostačující k jeho uvedení do vodivého stavu. Pak je sepnuta prvá dvojice kontaktů 5,6 relé Re a druhá dvojice kontaktů 7,8 je rozpojena. Dojde-li nyní k vyššímu zatížení elektromotoru Ml. vzroste proud měřicího transformátoru Tri, tím stoupne napětí na kondenzátoru Cl a Schmittův obvod se překlopí. Druhý tranzistor T2 se uvede do nevodivého stavu, což má za následek otevření třetího tranzistoru TJ. Relé Re rozpojí prvou dvojici kontaktů 5,6 a druhá dvojice kontaktů 8 se propojí. Rozpojená dvojice kontaktů J,6 přeruší obvod tvořený kontaktem fl pojistky F, dále tlačítkem Al, přídržným kontaktem 1S1 ‘ a přídržnou cívkou Sl^z stykače s£. Stykač s£ P^ak odpojuje elektromotor Ml od napájecí třífázové sítě. Druhá dvojice kontaktů 2,8 relé Re připojí na napětí cívku návěstního relé Hl, jehož druhý kontakt 2H1 se rozpojí a prVý kontakt 1H1 spojí. Signální žárovka Žl se rozsvítí ihned po propojení druhé dvojice kontaktů 7,8 relé Re a přes prvý kontakt 1H1 návěstního relé Hl zůstává rozsvícena i po odpojení elektromotoru Ml do napájecí sítě. Signální žárovka Žl svým svitem upozorňuje obsluhu na to, že došlo k zastavení elektromotoru Ml např. vlivem zablokování vynášeče škváry kotle. Rozpojený druhý kontakt 2Hlnávěstniho relé Hl znemožňuje opětné spuštění elektromotoru Ml přes přídržnou cívku Sl' stykače S' pomocí kontaktu zdvojeného tlačítka A2.

Zapnutí elektromotoru Ml se provádí zdvojeným tlačítkem A2 po odstranění závady na zařízení. Druhý kontakt 2H1 návěstního relé Hl je sepnut. Při zapínání elektromotoru Ml doohází k vzrůstu proudu nad jeho hodnotu v pracovní oblasti a elektronické pojistka v tomto čase reaguje na tento záběrový proud. Po dobu od zaonutí až po přechod do pracovní oblasti je elektronická pojistka v aktivním stavu, to znamená, že dvojice kontaktů 5,6 je rozpojena a druhá dvojice kontaktů 2,® relé Re je spojena. Přes tuto druhou dvojici kontaktů 2,8 je připojena na síťové napětí signální žárovka Žl. Po určité době, která je závislá na typu motoru a na podmínkách, ve kterých motor pracuje, se ustálí napětí na kondenzátoru Cl na takové hodnotě, která nestačí udržovat prvý tranzistor Tl ve vodivém stavu. Tato doba přechodu do ustálených otáček elektromotoru Ml trvá jednu až dvě sekundy. Schmittův klopný obvod se překlopí, prvý tranzistor TI se uzavře, druhý tranzistor T2 otevře a třetí tranzistor T3 přejde do nevodivého stavu. Prvá dvojice kontaktů 5.6 relé Re sepne, druhá dvojice kontaktů 7.8 se rozpojí. Signální žárovka 2l zhasne. Elektronická pojistka je připravena pro jištění spotřebiče čí jištění zařízení, které je tímto spotřebičem poháněno.

Klopný obvod má určitou napěfovou hysterezi, což znalená, že napětí pro jeho sepnutí musí být vyšší než napětí, které jej vypíná. Potom proud elektromotoru Ml. při kterém dojde k sepnutí prvého tranzistoru TI. je větší než proud, který uvede prvý tranzistor TI do nevodivého stavu. Tento proudový rozdíl se dá upravit odpory R2, R3, R4. R5 a R7 tak, aby elektronická pojistka reagovala na vzrůst proudu elektromotorem Ml o deset a více procent. Zapojení elektronické pojistky znemožňuje obsluze znovu zapnout elektromotor Ml pomocí zdvojeného tlačítka A2 v případě havárie či zablokování zařízení.

Po odstranění závady na zařízení se zapnutí elektromotoru Ml provede pomocí prvého kontaktu zdvojeného tlačítka A2. přičemž při stiakfeuií uvedeného zdvojeného tlačítka A2 dojde prostřednictvím jeho druhého kontaktu zároveň k rozpojení obvodu návěstního relé Hl. Podle výše uvedeného rozepne nyní prvá dvojice kontaktů 2,6 relé Re a jeho druhá dvojice kontaktů 7,8 se sepne. Přes druhou dvojici kontaktů 2,8 relé Re svítí signální žárovka Žl. která obsluze signalizuje momentální stav elektronické pojistky. Po ustálení pracovního režimu elektromotoru Ml prvé dvpjice kontaktů 2,6 relé Re sepne a druhá dvojice kontaktů 2.8 rozepne, přičemž signální žárovka Žl zhasne, čímž rovněž upozorňuje obsluhu na správnou funkci elektronické pojistky. Po zhasnutí signální žárovky žl může obsluha uvolnit zdvojené tlačítko A2. Dojde-li nyní k nadměrnému mechanickému namáhání elektromotoru Ml, rozpojí se opět prvá dvojice kontaktů 5,6 a spojí druhá dvojice kontaktů 2,8 relé Re. Návěstní relé Hl je již přes druhý kontakt zdvojeného tlačítka A2 připojeno na napájecí napětí 220 V, čímž- dojde k rozpojení jeho druhého kontaktu 2H1 a ke spojení jeho prvého kontaktu 1H1. Rozpojený druhý kontakt 2H1 návěstního relé Hl znemožňuje opětné zapojení elektromotoru Ml pomocí zdvojeného tlačítka A2. Přes sepnutý prvý kontakt 1H1 návěstního relé Hl svítí signální žárovka Žl, která svým svitem upozorňuje obsluhu na nepřípustné namáhání mechanického rozvodu. Signální žárovka Žl plní tedy dvě funkce, to znamená, že jednak blikmutím při spuštění elektromotoru Ml signalizuje správnou funkci elektronické pojistky a jednak svým stálým svitem upozorňuje na nedovolené namáhání mechanického rozvodu. Po odstranění příčiny závady na mechanickém rozvodu se nastaví návěstní relé Hl do nulové polohy, to znamená, že jeho druhý kontakt 2H1 je sepnut a jeho prvý kontakt 1H1 rozpojen. Obsluha může kontaktem zdvojeného tlačítka A2 opět spustit elektromotor Ml.

Obr. Ia představuje pouze místo nejvhodnějšího umístění elektronické oojistky, přičemž nezáleží na tom, do které fáze bude elektronická pojistka zapojena.

Relé Re je např. typu RP 102 a jako návěstního relé Hl je možno použít např. typ RN2,

Claims (1)

1. Zapojení elektronické pojistky obsahující Schmittův klopný obvod, která je připojena na napájecí napětí přes transformátor a usměrňovač s vyhlazovacím kondenzátorem a dále svým vstupem vřazena prostřednictvím vstupních svorek primárního vinutí měřicího transformátoru do obvodu některé fáze napájející jištěný spotřebič nebo zdroj,přičemž sekundární vinutí měřicího transformátoru je napojeno na dvoucestný usměrňovač v můstkovém zapojení, na jehož výstup je připojen jednak kondenzátor a jednak odpor sériově spojený s potenciometrem, vyznačené tím, že běžec potenciometru (Pl) je propojen s bází prvého tranzistoru (Tl) a na jeho emitor je jednak jedním .koncern připojen odpor (R3), jehož druhý konec je spojen se zápornou napájecí větví, a jednak emitor druhého' tranzistoru (T2), přičemž kolektory prvého a druhého tranzistoru (Tl, T2) jsou jednak propojeny přes zatěžovací odpory (R2, R7) na emitor čtvrtého tranzistoru (T4) a jednak přes odpory (R4, R8) na bázi druhého tranzistoru (T2) a bázi třetího tranzistoru (T3), které jsou napojeny přes odpory (R5, R9) na zápornou napájecí větev a emitor třetího tranzistoru (T3) a báze čtvrtého tranzistoru (T4) jsou napojeny přes diodu (D9) a Zenerovu diodu (Dli) rovněž na zápornou napájecí větev, přičemž kolektor čtvrtého tranzistoru (T4) je propojen přes odpor (R6) na katodu Zenerovy diody (Dli) a dále též propojen přes paralelní zapojení diody (D10) a relé (Re) na kolektor třetího tranzistoru (T3), přičemž dioda (DlO) je svojí katodou připojena na kladnou napájecí větev a relé (Re) opatřeno dvěma dvojicemi kontaktů (5,6 7,8), z nichž na prvou dvojici kontaktů (5,6) jsou v sérii připojeny přídržný kontakt (1S1*) přídržné cívky (SI') stykače (S'), jeden kontakt zdvojeného tlačítka (A2) a druhý kontakt (2H1) návěstního relé (Hl), které je zapojeno v obvodu druhé dvojice kontaktů (7,8) relé (Re) a přes ně a druhý kontakt zdvojeného tlačítka (A2) připojeno na napájecí napětí, přičemž áignální žárovka (2l) je při pojena na sííové napětí jednak přes druhou dvojici kontaktů (7,8) relé (Re) a jednak přes prvý kontakt (1H1) návěstního relé (Hl).