Ortublikowa.no dnia 16 stycznia 1962 r.Opublikowano di f(02fcj l ?'"'*K pid! ir."- ^k '¦! \ BIELI FGLh!'-; POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 45300 KI. 21 c, 71 Instytut Elektrotechniki *) Warszawa, Polska Przekaznik do ochrony silników trójfazowych oraz uklad sterowania zawierajacy ten przekaznik Patent trwa od dnia 15 marca 1961 r.Trójfazowe silniki elektryczne powinny miec ochrone przed skutkami pracy jednofazowej (przy przerwanej jednej fazie zasilania), prze¬ ciazenia i zwarcia. Do ochrony przed skutka¬ mi pracy jednofazowej oraz przeciazenia sto¬ sowane sa zazwyczaj przekazniki (wyzwalacze) cieplne bimetalowe, a przed skutkami zwarcia — przekazniki (wyzwalacze) elektromagnetycz¬ ne lub bezpieczniki topikowe. Przekazniki ciepl¬ ne nie powoduja wylaczenia silnika natych¬ miast po zaniku napiecia w jednej z faz sieci lub natychmiast po pojawieniu sie przeciaze¬ nia, lecz po uplywie okreslonego czasu. Nie¬ dokladnie wyregulowane przekazniki nie sta¬ nowia nalezytej ochrony dla silnika i prowa¬ dza czesto do przegrzania uzwojen silnika i na¬ stepnie do ich przepalania. Bezpieczniki topi- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa mgr inz. Aleksander Straszewski i Mieczyslaw Rykowski. kowe nie stanowia pewnej ochrony od skut¬ ków pracy jednofazowej ani przeciazen, lecz chronia skutecznie silnik przed skutkami zwarc.Same bezpieczniki stanowia zródlo powstania pracy jednofazowej zabezpieczonego silnika gdy z posród trzech bezpieczników przepala sie je¬ den.W kierunku rozwiazania prostego i skutecz¬ nego srodka ochrony silników trójfazowych przed praca przy przerwanej jednej fazie czy¬ niono duzo prób, jednakze dotad nie znale¬ ziono takiego srodka ochrony, który kojarzyl¬ by w sobie zalety taniosci, prostoty i nieza¬ wodnosci w dzialaniu.Do celów omawianego rodzaju zabezpiecze¬ nia próbowano wykorzystac rozmaite prze¬ kazniki, przylaczone równolegle do zacisków silnika lub do przewodów doprowadzeniowych za bezpiecznikami. Takie postawienie sprawy nie bylo sluszne, poniewaz na fazie uzwojenia silnika, pozbawionej napiecia podczas pracysilnika, istnieje napiecie niewiele nizsze od napiecia zasilania. Wielkoscia miarodajna dla przerwania jednej fazy jest nie napiecie, lecz prad. Po zaniku napiecia w jednej fazie wy¬ wolanym przerwa w odpowiednim przewodzie zasilajacym, np. przez przepalenie bezpiecz¬ nika, prad w przewodzie przestaje plynac. To zjawisko powinno byc wykorzystane do zabez¬ pieczenia silnika- Przedmiotem wynalazku jest przekaznik do ochrony silników trójfazowych przed skutka¬ mi pracy jednofazowej (przy przerwanej jed¬ nej fazie) i przeciazen oraz uklad sterowania, zawierajacy ten przekaznik.Zasada dzialania przekaznika przy zabezpie¬ czaniu od skutków pracy jednofazowej polega na wykorzystaniu utraty momentu obrotowego przez silnik z zahamowanym walem przy za¬ niku pradu w jednym z doprowadzen fazowych do silnika, a przy zabezpieczaniu przed skut¬ kami przeciazen — na wykorzystaniu wzrostu momentu obrotowego.Narzadem napedowym przekaznika jest ma¬ ly silnik trójfazowy, którego uzwojenia fazo¬ we sa polaczone nie równolegle, lecz w sze¬ reg z przewodami doprowadzajacymi napiecie do zabezpieczonego silnika. Silnik ten pracu¬ je w stanie zahamowanym, a obrót jego wirni¬ ka ograniczony jest do niewielkiego kata po¬ trzebnego do uruchomienia odpowiednich sty¬ ków.Gdy przez wszystkie trzy fazy silnika nape¬ dowego przekaznika przeplywa prad, wówczas pracuje on jako silnik trójfazowy podczas roz¬ ruchu, to znaczy na jego wirnik dziala mo¬ ment obrotowy, który jest wykorzystany do wywierania nacisku na styki wlaczone do obwodu sterowania zabezpieczanego silnika. Po zaniku napiecia w jednej z faz sieci trójfazo¬ wej, przez jedna z faz uzwojenia zahamowa¬ nego silnika napedowego przestaje plynac prad.Wówczas silnik napedowa staje sie jednofa¬ zowym i traci moment rozruchowy, co powo¬ duje rozwarcie styków, wyposazonych w me¬ chanizm powrotny. Styki te powinny powo¬ dowac wylaczenie zabezpieczanego silnika.Przekaznik moze spelniac dwie funkcje, a mianowicie: ochrone przed praca jednofazowa i ochrone przed przeciazeniem. Do tego celu opisany silnik napedowy przekaznika powinien byc wyposazony w odpowiedni mechanizm i styki. Silnik ten powinien pracowac w prze¬ dziale pradów jalowego, znamionowego i roz¬ ruchowego zabezpieczanego silnika. Przedzial ten jest bardzo szeroki. Najmniejszy prad bie¬ gu jalowego trójfazowego silnika klatkowego wynosi ok 0,2 In, a najwiekszy prad rozruchu ok. 7,5 In. Przedzial pradów w jakim powi¬ nien pracowac silnik napedowy przekaznika 7,5 wynosi wiec 1 — , czyli 1 — 37,5. Roz- 0,2 pietosc momentu obrotowego silnika napedo¬ wego przekaznika wyniesie (1 — 37,5)*, ponie¬ waz moment jest w przyblizeniu proporcjonal¬ ny do kwadratu napiecia, a napiecie na jed¬ nej fazie silnika szeregowego równe jest I.Z.Opornosc pozorna Z danego silnika jest war¬ toscia stala (pomijajac zmiane opornosci czyn¬ nej pod wplywem zmian temperatury), wiec moment jest w przyblizeniu proporcjonalny do kwadratu pradu. Przedzial momentów sil¬ nika napedowego przekaznika wyniesie wiec ok. 1 — 1400. Poniewaz zaleznosc momentu od pradu silnika napedowego przekaznika ma charakter wykladniczy, przeto momenty wyste¬ pujace w zakresie pradu jalowego sa bardzo male, wartosc ich przy pradzie znamionowym jest juz wielokrotnie wieksza, a przy rozru¬ chu — bardzo duza. Odpowienio do tych mo¬ mentów powinny byc obliczone mechanizmy przekaznika. Pierwszy z nich, zapewniajacy utrzymanie styków w obwodzie cewki styczni¬ ka w stanie zamknietym, powinien dzialac przy zmniejszonym pradzie silnika zabezpieczonego, a wiec przy bardzo malym momencie, wartosc którego powinna jednak wystarczyc do poko¬ nania oporu mechanizmu powrotnego i oporu styków. Drugi mechanizm zapewniajacy zadzia¬ lanie styków sluzacych do rozwarcia obwodu cewki stycznika lub uruchomienia sygnalu ostrzegawczego przy przeciazeniach, to znaczy przy pradach o wartosci okolo 1,1 — 1,2 In bedzie dzialal przy dostatecznie duzym me¬ mencie. Musi byc równiez przewidziany ogra¬ nicznik obrotu silnika napedowego przekaz¬ nika przy pradzie zwarciowym, który nie poz¬ woli na obrócenie sie jego walu przy znacz¬ nych momentach wystepujacych przy przeply¬ wie przez jego uzwojenia pradu rozruchowego zabezpieczanego silnika.Silnik napedowy przekaznika powinien wy¬ kazywac z jednej strony mozliwe duzy mo¬ ment rozruchowy, a z drugiej — mozliwie ma¬ le tarcie. Wlasciwosci te potrzebne sa dla uzys¬ kania pewnego obrotu jego walu przy naj¬ nizszych wartosciach pradu w zakresie jego dzialania.- I -Przykladowe rozwiazanie przekaznika do ochrony silników przed skutkami pracy jedno¬ fazowej i przeciazen nazwanego przykladowo fazowo-przeciazeniowym przedstawione jest na fig. 1 i 2. Silnik napedowy 1 przekaznika o uzwojeniu szeregowym jest umocowany na podstawie 13. Na czworokatnej czesci konca walu silnika umocowana jest dzwignia zabie- rakowa 2 zaopatrzona w ciezarek 3, który prze¬ znaczony jest do cofania dzwigni 2 w stanie beznapieciowym lub przy zaniku pradu w jed¬ nej z faz silnika 1. Ciezarek 3 moze byc umo¬ cowany na stale lub przesuwany na dzwigni 2 celem regulacji wartosci jej momentu po¬ wrotnego. Zamiast ciezarka 3 moze byc zasto¬ sowana odpowiednio regulowana sprezyna zwrotna. Na dzwigni 2 umocowany jest zaczep 5 oraz styki Rfpl. Na ogkraglej czesci konca walu silnika 1 osadzona jest luzna dzwignia przelaczajaca 6. Moze ona swobodnie obracac sie na wale silnika 1, niezaleznie od obrotu walu. Na jednym koncu dzwigni 6 (na fig. 1 i 2 z prawej strony) jest osadzona plytka sty¬ kowa 7 przeznaczona do zwierania styków rozwiernych Rfp2 i zwiernych Rfp3 przekaz¬ nika. Na drugim koncu dzwigni 6 (z lewej strony), osadzony jest ciezarek 8 oraz skala 9.Ciezarek 8 moze byc przesuwany wzdluz dzwig¬ ni 6 i ustalany na niej w okreslonym poloze¬ niu. Ciezarek 8 moze byc równiez zastapiony przez sprezyne zwrotna o regulowanym i wy- skalowanym w amperach naciagu. Ruch dzwig¬ ni 2 jest ograniczony w kierunku lewym przez odbój 4, a w prawym — przez zaczep 5, który opiera sie o dzwignie 6. Ruch dzwigni 6 ograni¬ czony jeafo w kierunku lewym przez oparcie sie plytki stykowej 7 o styki Rfp2, a w prawym — przez odbój 14. Poczatki faz u, v, w uzwoje¬ nia silnika 1 wyprowadzone sa do zacisków 11, a konce x, y, z — do zacisków 12. Przewody od styków Rfpl, Rfp2 i Rfp3 sa doprowadzone do zacisków 10. Przewody od sieci przeznaczo¬ ne do zasilania stojana silnika zabezpieczane¬ go zostaja doprowadzone do zacisków 11 i po¬ laczone w ten sposób z poczatkami faz silni¬ ka 1, a przewody od zabezpieczanego silnika zostaja doprowadzone do zacisków 12, czyli do konców faz x, y, z silnika 1. W ten sposób kazda z faz silnika 1 zostaje wlaczona w sze¬ reg z jedna z faz zabezpieczanego silnika.Przekaznik wedlug fig. 1 i 2 wymaga dla wlasciwej pracy okreslonej kolejnosci faz sil¬ nika napedowego 1 tak, azeby kierunek wiro¬ wania pola magnetycznego byl zgodny z kie¬ runkiem ruchu wskazówki zegara, patrzac od strony dzwigni (jak na fig. 1). Przekaznik w in¬ nym rozwiazaniu podanym na fig. 3 i 4 dziala jednakowo przy obu kierunkach wirowania pola. W tym celu posiada na obu koncach wa¬ lu silnika 1 dwie dzwignie 16 i 17. Styki Rfpl, Rfp2 i Rfp3 sa uruchamiane za pomoca trójra- miennej dzwigni 18, majacej ksztalt litery T. kierunek obrotu tej dzwigni jest zawsze zgo¬ dny z kierunkiem ruchu wskazówki zegara.Dzwignia 26 naciska na dzwignie 18 przy obro¬ cie walu silnika 1 w prawo, a dzwignia 17 — przy obrocie walu w lewo, przy czym kieru¬ nek obrotu dzwigni 18 nie ulega zmianie. Dzwi¬ gnia 18 powoduje zwieranie i rozwieranie sty¬ ków Rfpl, Rfp2, Rfp3 w identycznych warun¬ kach jak dzwignia 2 i 6 w przekazniku we¬ dlug fig. 1 i 2.Sposób wlaczania przekaznika w glówny ob¬ wód pradowy zabezpieczanego silnika i w obwo¬ dy sterowania przy uzyciu do rozruchu i za¬ trzymywania tego silnika za pomoca przycis¬ ków sterowniczych przedstawiony jest na fig. 5. Rozruch silnika zabezpieczanego M naste¬ puje po nacisnieciu przycisku PZ. Wówczas zostaje zamkniety obwód R-B-PW-PZ-S-B-T i silnik M rusza. W chwili rozruchu przez sil¬ nik 1 przekaznika Rfp przeplywa duzy prad i wytwarza on duzy moment obrotowy- Dzwig¬ nia 2 zostaje obrócona w prawo i po natrafie¬ niu zaczepu 5 na dzwignie 6 pociaga równiez i ja za soba. Dzwignia 6, która w stanie spo¬ czynku utrzymywana jest w polozeniu pozio¬ mym przez odbój 15, natrafia na odbój 14 i w tym polozeniu znajduja sie obie dzwignie 2 i 6 do czasu obnizenia sie pradu silnika M do wartosci znamionowej lub jalowej lub tez ja¬ kiejs wartosci posredniej, zaleznie od rodzaju pracy silnika. Wówczas moment silnika 1 obni¬ zy sie znacznie i ciezarek 8 spowoduje opad¬ niecie dzwigni 6 do polozenia wyjsciowego, a z nia dzwigni 2 do pozycji poziomej. Styki Rfpl sa zwarte zarówno w polozeniu pozio¬ mym, jak i w skrajnym prawym polozeniu dzwigni 2. Styki Rfp2 sa rozwarte w stanie rozruchu, natomiast zwarte przy pradzie zna¬ mionowym badz jalowym silnika M. Styki Rfp3 sa zwarte w stanie rozruchu i rozwarte przy pradzie znamionowym badz jalowym silnika M. W czasie calego przebiegu rozruchu az do chwili odpadniecia dzwigni 6 do pozycji wyj¬ sciowej przycisk PZ powinien byc utrzymy¬ wany w stanie nacisnietym, poniewaz z posród styków bocznikujacych ten przycisk styki Rfp2 — 3 -pozostaja rozwarte do chwili zakonczenia roz¬ ruchu. Po zakonczeniu rozruchu i zamknieciu sie styków Rfp2 zostaje zamkniety obwód R-B -PW-Rfpl-Rfp2-S2-S-B-T i przy tym polozeniu styków odbywa sie normalna praca silnika M.Przez uzwojenie szeregowe silnika 1 przeplywa stale prad i dzwignie 2 i 6 pozostaja stale w polozeniu poziomym, jak pokazano na fig. 1.Z chwila przepalenia sie jednego z bezpieczni¬ ków glównych przestaje plynac prad w jednej z faz silnika 1. Traci on przez to swój mo¬ ment obrotowy, stajac sie silnikiem jednofa¬ zowym i dzwignia 2 zostaje za pomoca ciezar¬ ka 3 lub sprezyny cofnieta w swoje lewe skraj¬ ne polozenie. Wskutek tego zostaja rozwarte styki Rfpl, a cewka stycznika S pozbawiona napiecia i silnik M zostaje odlaczony od sieci.Przy przerwanym jednym z przewodów fa¬ zowych nie jest równiez mozliwe trwale wla¬ czenie silnika M przez nacisniecie przycisku PZ.Ciezarek 8 na dzwigni 6 lub odpowiednia sprezyna umozliwia nastawienie wylaczania stycznika S przy pradach o wartosciach wyz-* szych od pradu znamionowego zabezpieczonego silnika. Moze byc np. ustawiony prad 1,1 In, jak to wymagane jest dla wylaczników zabez¬ pieczajacych silniki elektryczne. Jezeli praca silnika ma charakter szczytowy, wówczas mo¬ ze byc nastawiona dowolna inna wartosc pradu -wylaczania w przedziale miedzy pradem zna¬ mionowym i rozruchowym. Regulacja pradu wylaczania jest bardzo latwa, poniewaz zalez¬ nosc momentu od pradu w silniku 1 i jest wy¬ kladnicza i duze zmiany momentu odpowia¬ daja niewielkim zmianom pradu.Na schematach fig. 5, 6 i 7 zostal przedsta¬ wiony równiez obwód sygnalizacyjny R-B-Bu -Rfp3-B-T- Obwód ten jest zamkniety w chwi¬ li rozruchu oraz przy przeciazeniach. W ten sposób buczek Bu badz jakikolwiek inny syg¬ nal akustyczny lub optyczny dziala w czasie rozruchu i zostaje wylaczony po powrocie dzwi¬ gni 6 w polozenie wyjsciowe, oznajmiajac w ten sposób zakonczenie rozruchu. Jezeli nie jest pozadane natychmiastowe wylaczanie sil¬ nika M w przypadku przeciazenia, wówczas styki Rfp2. moga byc zbocznikowane. Do syg¬ nalizowania stanu przeciazenia moze byc uzyty w tym przypadku buczek Bu. Gdy prad w sil¬ niku M przekroczy wartosc dopuszczalna i dzwignia 6 zajmie swoje skrajne polozenie, wówczas buczek Bu zadziala i oznajmi istnie¬ nie przeciazenia.Jezeli dzialanie buczka Bu podczas rozruchu nie jest pozadane, to obwód jego moze byc na czas rozruchu przerywany przez styki roz¬ wierane PZ2 podwójnego przycisku wlaczaja¬ cego, jak pokazano na fig. 6.Przekaznik Rfp w ukladzie sterowania we¬ dlug fig. 5 reaguje natychmiast na zanik fazy lub przeciazenie. Taki stan rzeczy nie zawsze jest pozadany, poniewaz moga powstawac nie¬ szkodliwe dla silnika krótkotrwale zaniki pra¬ du w jednej z faz lub krótkotrwale zaniki na¬ piecia w sieci lub tez krótkotrwale przeciaze¬ nia silnika. Celem zapobiezenia natychmiasto¬ wemu wylaczaniu stycznika przez przekaznik Rfp moze byc zastosowany dodatkowo wedlug fig. 7 przekaznik czasowy PC, którego styki PCI sa rozwierane z opóznieniem po wlacze¬ niu do obwodu sterowania jego cewki. Z chwi¬ la przerwania obwodu sterowania przez styki Rfpl lub Rfp2 prad zaczyna plynac w obwo¬ dzie PW-PC1-PC-S2 bocznikujacym te styki a tym samym równiez i przez cewke przekaz¬ nika PC. Jezeli zanik pradu w jednej z faz lub przeciazenie trwa krócej niz czas zadziala¬ nia styków PCI przekaznika czasowego PC, wówczas po ponownym wlaczeniu styków Rfpl lub Rfp2 zostaje przywrócony stan poprzedni i praca odbywa sie normalnie. Jezeli natomiast stan zaklóceniowy bedzie trwal dluzej niz czas zadzialania przekaznika PC, to nastapi odla¬ czenie silnika M od sieci przez stycznik S.Przekaznik Rfp moze byc wyposazony w do¬ datkowe wskazniki sygnalizujace w sposób optyczny stan wylaczenia, pracy normalnej i przeciazenia.Przekaznik Rfp moze byc uzyty do zabezpie¬ czenia silników dowolnej wielkosci i to w obwodach zarówno niskiego i jak i wysokiego napiecia. W obwodach wysokiego napiecia ko¬ nieczne jest zastosowanie badz przekladników pradowych badz tez stojana silnika 1 specjal¬ nej konstrukcji na wysokie napiecie. Przy duzych pradach plynacych w doprowadzeniach do silników potrzebne jest równiez stosowa¬ nie przekladników pradowych.Silnik przekaznika moze byc wykonany ja¬ ko bardzo pewny i trwaly element, poniewaz nie posiada zadnych czesci zuzywajacych sie szybko. Co dotyczy uzwojen, to powstanie w nich zwarcia miedzy zwojowego jest praktycz¬ nie wykluczone, poniewaz napiecie panujace miedzy zwojami kazdej fazy jest rzedu ulam¬ ków wolta. Powstawaniu zwarc miedzyfazo- wych lub do korpusu mozna latwo zapobiec przez zastosowanie odpowiedniej izolacji.¦¦**Silnik przekaznika moze byc wykonany w dowolnej postaci i zmontowany w dowolnym polozeniu. Moze wiec to byc silnik z wirni¬ kiem wewnetrznym lub zewnetrznym, ze szcze¬ lina promieniowa lub poosiowa, segmentowy, na lapach lub kolnierzowy, r walem poziomym lub pionowym, zamkniety lub z przewietrza¬ niem wykonany jako silniczek asynchronicz¬ ny trójfazowy. W przekazniku wedlug wyna¬ lazku mozna zastosowac kazde inne urzadze¬ nie napedowe (jak np. we wskazniku kierun¬ ku wirowania faz), które wykorzystuje zja¬ wisko wystepowania momentu obrotowego przy obecnosci pradu w trzech fazach i zani¬ ku tego momentu przy zaniku pradu w jednej z faz. PL