RU106998U1 - Устройство контроля и защиты электродвигателя - Google Patents

Abstract

1. Устройство контроля и защиты электродвигателя, содержащее датчики тока, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, исполнительный элемент, индикатор, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, выход микропроцессора соединен с входами исполнительного элемента и индикатора, отличающееся тем, что дополнительно снабжено по числу токовых датчиков группой согласующих элементов с нелинейной передаточной характеристикой, причем выходы этих элементов соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а входы соединены с выходами датчиков тока. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточная характеристика согласующих элементов представляет собой аппроксимацию логарифмической зависимости несколькими линейными участками. ! 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что таких линейных участков два.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам и компонентам для защиты электродвигателей. В настоящее время в электротехнике известны и используются устройства токовой защиты электродвигателей, состоящие из комплекта датчиков тока, электронной схемы обработки сигналов датчиков, обнаруживающей аварийные ситуации, исполнительного устройства для отключения электродвигателя при возникновении аварийной ситуации и средств для задания параметров защит.

Известен контроллер диагностики и защиты электроустановок, содержащий электронный блок, включающий блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, интерфейс, исполнительное реле, индикатор, выходы блока гальванической развязки и предварительного масштабирования соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с программируемым входом микропроцессора, который производит необходимые вычисления для сравнения с заданными предельными величинами по току, напряжению, температуре и принимает решение о нормальной или аварийной ситуации контролируемой установки, выход микропроцессора соединен с входом исполнительного реле и индикатора, при этом пульт управления и программирования, соединенный через интерфейс с микропроцессором электронного блока, содержит индикатор, микропроцессор, через который вводятся данные о режимах и предельных значениях контролируемых величин и выводится информация о текущих значениях тока и напряжения, генератор тактовой частоты и кнопочную панель, причем выходы последних соединены с входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора, а блок гальванической развязки и предварительного масштабирования выполнен с возможностью сохранения линейной характеристики во всем диапазоне измеряемых величин. (Патент РФ на изобретение №2256993).

Известно также устройство защиты электродвигателя, включающее в себя устанавливаемые на линию электропитания электродвигателя датчики тока, к которым соответственно присоединены в единую схему входные цепи, аналого-цифровой преобразователь, блок алгоритмов защиты, блок вычисления действующих значений токов, блок памяти настроек, блок индикации и управления, интерфейс обмена данными, содержащее блок измерения пусковой характеристики электродвигателя и блок вычисления настроек защит, выполненное с возможностью подключения к компьютеру для совместного изображения на экране компьютера в графическом виде измеренной пусковой характеристики электродвигателя и порогов защит при текущих их настройках, а также возможностью корректировки порогов защиты с компьютера с одновременным отображением результата корректировки (Патент РФ на полезную модель №97014.

Общий недостаток применяемых в этих устройствах технических решений является следствием того, что величина пускового тока двигателя превышает его значение в рабочем режиме в несколько раз (до 4…6). При линейной зависимости поступающего с датчиков тока на вход аналого-цифрового преобразователя сигнала от величины тока нагрузки и входном диапазоне аналого-цифрового преобразователя, выбранном так, чтобы значения этого сигнала при пусковом режиме двигателя не выходили за его пределы получается, что при измерении тока двигателя в рабочем режиме используется малая часть входного диапазона аналого-цифрового преобразователя. При ограниченной разрядности аналого-цифрового преобразователя это приводит к потере точности измерения токов двигателя в рабочем режиме. Например, если аналого-цифровой преобразователь имеет восемь двоичных разрядов и, соответственно, погрешность за счет дискретности измерения около 0.4% от максимального измеряемого значения, то относительная погрешность измерения пускового тока, близкого к максимальному измеряемому, будет иметь величину близкую к этому значению; а для рабочего тока, если он, к примеру, равен одной шестой максимально измеряемого, относительная погрешность, вызванная дискретностью измерения, составит около 2.5%. Повышение точности измерения может быть достигнуто за счет увеличения разрядности аналого-цифрового преобразователя, но это значительно усложнит и удорожит устройство.

Целью предлагаемого технического решения является повышение относительной точности измерения рабочих токов двигателя за счет некоторого уменьшения относительной точности измерения пусковых токов при неизменной разрядности аналого-цифрового преобразователя.

Для этого в устройство контроля и защиты двигателя содержащее датчики тока, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, исполнительный элемент, индикатор, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены со входами микропроцессора, выходы микропроцессора соединены со входами исполнительного элемента и индикатора дополнительно вводится по числу токовых датчиков группа согласующих элементов с нелинейной передаточной характеристикой, выходы этих элементов соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, а входы соединены с выходами датчиков тока. Получающаяся нелинейная зависимость выходного кода аналого-цифрового преобразователя от тока двигателя, измеряемого датчиком тока, может быть скомпенсирована при дальнейшей цифровой обработке результатов аналого-цифрового преобразования в микропроцессоре. Для того, чтобы относительная погрешность возникающая за счет дискретности аналого-цифрового преобразования была постоянной в некотором диапазоне изменения сигнала от датчиков тока, передаточная характеристика согласующих элементов в этом диапазоне должна иметь вид логарифма (при такой зависимости изменение входного сигнала на одинаковую относительную величину вызывает изменение выходного сигнала на одинаковую абсолютную величину в пределах всего этого диапазона). Однако, реализация такой характеристики со стабильными и повторяемыми параметрами может вызвать затруднения при серийном производстве устройства, поэтому предлагается аппроксимировать характеристику несколькими линейными участками с разными коэффициентами передачи, в простейшем случае, для однополярного сигнала от датчиков, двумя. На фиг.1 показан пример такой характеристики и для сравнения линейная характеристика (в отсутствие согласующего элемента). По горизонтальной оси выходной сигнал датчика тока, пропорциональный току двигателя. По вертикальной оси входной сигнал аналого-цифрового преобразователя и соответствующие ему выходные коды аналого-цифрового преобразователя. Um соответствует максимальному значению диапазона входного сигнала аналого-цифрового преобразователя. Точка D соответствует максимальному значению тока двигателя, точка С - половине максимального значения, точка В - четверти максимального значения и точка А - десяти процентам максимального. Зона А В - область рабочих токов, зона BD - область пусковых токов. Для примера можно оценить изменение относительной погрешности измерения для различных значений измеряемого тока. Пусть аналого-цифровой преобразователь имеет восемь двоичных разрядов, как и в примере приведенном выше. Погрешность возникающая за счет дискретности аналого-цифрового преобразователя составляет в точке А 4% без согласующего элемента и 2% с согласующим элементом. В точке В слева от перелома характеристики соответственно 1.5% и 0.8%. В точке В справа от перелома характеристики соответственно 1.5% и 2,3%. В точке С 0.8% и 1,2% соответственно, и в точке D 0.4% и 0,6% соответственно. Как видим, погрешность в зоне рабочих токов уменьшилась вдвое. На фиг.2 приведен пример возможной схемы согласующего элемента с такой характеристикой. Операционные усилители могут быть использованы, например, типа МАХ4329 фирмы MAXIM. Схема работает следующим образом: Верхний операционный усилитель при указанных на схеме номиналах резисторов имеет коэффициент усиления равный четырем. Нижний операционный усилитель включен повторителем с коэффициентом усиления равным единице. Пока напряжение на входе схемы не превышает четверти напряжения питания верхнего операционного усилителя, выбранного равным максимальному измеряемому входному сигналу аналого-цифрового преобразователя, общий коэффициент передачи схемы равен двум. При достижении входным сигналом четверти напряжения питания верхний усилитель входит в режим ограничения своего выходного сигнала на уровне напряжения питания и динамический коэффициент передачи становится равным 2/3, так что при входном сигнале, равном напряжению питания верхнего усилителя выходной сигнал схемы будет иметь такую-же величину. Таким образом, передаточная характеристика соответствует фиг.2.

Claims (3)

1. Устройство контроля и защиты электродвигателя, содержащее датчики тока, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, исполнительный элемент, индикатор, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, выход микропроцессора соединен с входами исполнительного элемента и индикатора, отличающееся тем, что дополнительно снабжено по числу токовых датчиков группой согласующих элементов с нелинейной передаточной характеристикой, причем выходы этих элементов соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а входы соединены с выходами датчиков тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточная характеристика согласующих элементов представляет собой аппроксимацию логарифмической зависимости несколькими линейными участками.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что таких линейных участков два.