RU2031508C1

RU2031508C1 - Inductive load with protective device

Info

Publication number: RU2031508C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Прудников
Original assignee: Владимир Сергеевич Прудников
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device for protection of inductive load manufactured in the form of interconnected windings placed on one magnetic circuit has power supply unit incorporating voltage divider linked to system leads. Transistor measurement unit coupled to temperature-sensitive resistor located in space near load winding is connected to it through rectifier. Actuating element is connected series between system lead and load. EFFECT: simplified design, improved protective capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для защиты индуктивной нагрузки от аваpийных режимов работы и может быть использовано преимущественно для защиты таких нагрузок, как однофазные электромагниты и электродвигатели насосов, вибраторов, различных бытовых приборов. The invention relates to electrical engineering, is intended to protect the inductive load from emergency operating modes and can be used mainly to protect such loads as single-phase electromagnets and electric motors of pumps, vibrators, various household appliances.

Известны устройства тепловой защиты прямого действия, которые отключают индуктивную нагрузку до возникновения повреждения в сети, например, в ситуациях, когда электромагнит погружного насоса, электродвигатель перегреваются из-за нарушений режима работы, отсутствия охлаждающей жидкости в резервуаре, где установлен погружной насос [1]. Known thermal protection devices of direct action, which disconnect the inductive load before damage occurs in the network, for example, in situations where the electromagnet of the submersible pump, the electric motor overheat due to violations of the operating mode, lack of coolant in the tank where the submersible pump is installed [1].

Такие устройства содержат датчик в виде биметаллических пластин, через которые проходит ток нагрузки. Датчик располагается непосредственно на обмотке электромагнита. При увеличении температуры обмотки биметаллические пластины изгибаются и разрывают цепь индуктивной нагрузки. Such devices contain a sensor in the form of bimetallic plates through which the load current passes. The sensor is located directly on the winding of the electromagnet. With increasing temperature of the winding, the bimetallic plates bend and break the inductive load circuit.

Однако такие устройства имеют недостаточно высокие коммутационные свойства. Кроме того, при отключении нагрузки тепловой защитой после остывания биметаллические пластины возвращаются в исходное состояние, в результате чего происходит самовключение токоприемника, что в ряде случаев недопустимо по условиям безопасности и снижает его функциональную надежность. However, such devices have insufficiently high switching properties. In addition, when the load is disconnected by thermal protection after cooling, the bimetallic plates return to their original state, as a result of which the current collector switches itself on, which in some cases is unacceptable under safety conditions and reduces its functional reliability.

Известно реле тепловой защиты типа РТЗ, которое представляет собой устройство тепловой защиты косвенного действия, когда по величине сопротивления терморезистора, установленного в пространстве вблизи обмоток токоприемника, судят об их температуре и в случае превышения температуры задаваемого уровня отключают нагрузку от сети [2]. A RTZ type thermal protection relay is known, which is an indirect thermal protection device when, by the value of the resistance of a thermistor installed in a space near the windings of a current collector, their temperature is judged and, if the temperature of the set level is exceeded, the load is disconnected from the network [2].

Данное устройство для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, содержит блок питания, состоящий из делителя напряжения, подключенного к сетевым выводам, к которому через выпрямитель присоединен транзисторный измерительный блок, связанный с терморезистором линией связи, и исполнительный орган, включенный в рассечку между сетевым выводом и нагрузкой. This device for protecting the inductive load, made in the form of interconnected windings located on one magnetic circuit, contains a power supply unit consisting of a voltage divider connected to the network terminals, to which a transistor measuring unit connected to the thermistor by a communication line is connected through a rectifier, and an executive body included in the cut between the network output and the load.

Транзисторный измерительный блок представляет собой триггер, нагрузкой которого является исполнительный орган, в качестве которого используется реле. Контакты реле включены в цепь нагрузки. Линия связи представляет собой трехпроводный силовой кабель, две жилы которого связывают нагрузку с сетью, а третья вместе с одной из силовых подключает датчик на терморезисторе к измерительному блоку. The transistor measuring unit is a trigger, the load of which is the actuator, which is used as a relay. Relay contacts are included in the load circuit. The communication line is a three-wire power cable, two wires of which connect the load to the network, and the third, together with one of the power cables, connects the sensor on the thermistor to the measuring unit.

В случае появления аварийных ситуаций, связанных с токовыми перегрузками или нарушением режимов охлаждения, температура обмоток нагрузки возрастает. In the event of emergencies related to current overloads or violation of cooling modes, the temperature of the load windings increases.

При увеличении температуры обмотки до критической, сопротивление терморезистора (позистора) возрастает, что приводит к увеличению смещения на базе транзисторного триггера, который срабатывает и шунтирует обмотку исполнительного реле. Реле отключается и своими контактами разрывает цепь токоприемника. Возврат триггера в исходное состояние возможен только после снятия питания с измерительного блока. Следовательно, исключается самопроизвольное включение токоприемника при возврате величины сопротивления терморезистора в исходное состояние при остывании. When the temperature of the winding increases to critical, the resistance of the thermistor (posistor) increases, which leads to an increase in the bias on the basis of the transistor trigger, which fires and shunts the coil of the executive relay. The relay switches off and breaks the current collector circuit with its contacts. The trigger can be returned to its original state only after removing power from the measuring unit. Consequently, spontaneous switching on of the current collector is excluded when the resistance value of the thermistor returns to its initial state when cooling.

Устройство находит применение на практике для защиты погружных вибрационных насосов. Однако надежность устройства недостаточно высока, так как реле при работе насоса непрерывно находится под током, что снижает его ресурс работы. Кроме того, наличие трехжильного соединительного кабеля вместо двухжильного, приводит к усложнению и удорожанию устройства. The device is used in practice to protect submersible vibration pumps. However, the reliability of the device is not high enough, since the relay is continuously under current when the pump is running, which reduces its service life. In addition, the presence of a three-core connecting cable instead of a two-core cable leads to the complication and cost of the device.

Кроме того, устройство осуществляет защиту только от перегрева, не обеспечивая защиту от токов короткого замыкания. Поэтому, как правило, оно снабжается токовой защитой в виде предохранителя или токового расцепителя. In addition, the device provides protection only against overheating, not providing protection against short circuit currents. Therefore, as a rule, it is equipped with current protection in the form of a fuse or a current release.

Целью изобретения является повышение надежности с одновременным упрощением. The aim of the invention is to increase reliability while simplifying.

Это достигается тем, что в устройстве для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, содержащем блок питания, состоящий из делителя напряжения, подключенного к сетевым выводам, к которому через выпрямитель присоединен транзисторный измерительный блок, связанный с терморезистором, расположенным в пространстве вблизи обмотки нагрузки, и исполнительный орган, включенный в рассечку между сетевым выводом и нагрузкой, в качестве делителя напряжения использованы непосредственно обмотки индуктивной нагрузки, между общей точкой соединения которых и одним из выводов обмотки, присоединенной к сети, подключен анод-катод тиристорного формирователя импульсов, управляющий электрод которого через нелинейное сопротивление присоединен к эмиттеру транзисторного измерительного блока, к базе которого присоединен первый вывод терморезистора, второй вывод которого подключен к тиристорному формирователю импульсов, а исполнительный блок выполнен в виде предохранителя. This is achieved by the fact that in the device for protecting the inductive load, made in the form of interconnected windings located on one magnetic circuit, containing a power supply unit, consisting of a voltage divider connected to network leads, to which a transistor measuring unit is connected through a rectifier connected to a thermistor located in a space near the load winding, and an actuator included in the cut between the network output and the load, used as a voltage divider indirectly windings of the inductive load, between the common point of connection of which and one of the terminals of the winding connected to the network, an anode-cathode of the thyristor pulse shaper is connected, the control electrode of which is connected via non-linear resistance to the emitter of the transistor measuring unit, to the base of which the first terminal of the thermistor is connected, the second the output of which is connected to a thyristor pulse shaper, and the executive unit is made in the form of a fuse.

При этом в качестве нелинейного сопротивления может быть использован диод или стабилитрон. In this case, a diode or a zener diode can be used as a nonlinear resistance.

Кроме того, при применении в качестве тиристорного формирователя импульсов симистора в роли выпрямителя используется двухполупериодный выпрямительный мост, переменная сторона которого присоединена между анодом и управляющим электродом симистора, а к постоянной стороне присоединен транзисторный измерительный блок. In addition, when using a triac as a thyristor pulse shaper as a rectifier, a half-wave rectifier bridge is used, the variable side of which is connected between the anode and the control electrode of the triac, and a transistor measuring unit is connected to the constant side.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 - то же, вариант исполнения. In FIG. 1 shows the electrical circuit of the device; figure 2 is the same embodiment.

Устройство для защиты индуктивной нагрузки, выполненной в виде соединенных между собой катушек, расположенных на магнитопроводе, содержит измерительный блок на транзисторе 1, тиристорный формирователь импульсов 2, терморезистор 3, выпрямитель 4 и исполнительный орган 5. Во входной цепи транзистора 1 включен резистор 6, а в коллекторной цепи - резистор 7. Эмиттер транзистора через нелинейное сопротивление (в данном случае диод 8) соединен с управляющим электродом тиристора 2. При этом анод тиристора 2 подключен к первому выводу первой катушки 9 индуктивной нагрузки 10, а катод - к второму выводу этой катушки так, что тиристор 2 шунтирует катушку 9. Непосредственно с базой транзистора 1 соединен первый вывод терморезистора 3, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой катушки 9, к первому выводу которой подсоединен анод выпрямителя 4, катод которого соединен с резисторами 6 и 7 транзистора 1 измерительного блока. Вторая катушка 11 индуктивной нагрузки 10, которая не шунтируется тиристором 2, подключена к исполнительному блоку 5, в качестве которого используется предохранитель. The device for protecting the inductive load, made in the form of interconnected coils located on the magnetic circuit, contains a measuring unit on the transistor 1, a thyristor pulse shaper 2, a thermistor 3, a rectifier 4 and an actuator 5. A resistor 6 is included in the input circuit of the transistor 1, and in the collector circuit there is a resistor 7. The emitter of the transistor is connected to the control electrode of the thyristor 2 through a non-linear resistance (in this case, diode 8). In this case, the anode of the thyristor 2 is connected to the first output of the first coil 9 the inductive load 10, and the cathode to the second terminal of this coil so that the thyristor 2 shunts the coil 9. Directly connected to the base of the transistor 1 is the first terminal of the thermistor 3, the second terminal of which is connected to the second terminal of the first coil 9, the rectifier anode is connected to its first terminal 4, the cathode of which is connected to the resistors 6 and 7 of the transistor 1 of the measuring unit. The second coil 11 of the inductive load 10, which is not shunted by the thyristor 2, is connected to the Executive unit 5, which is used as a fuse.

Переход управляющий электрод - катод тиристора 2 шунтируется резистором 12. При использовании однополупериодного формирователя импульсов в качестве выпрямителя 4 применяются полупроводниковый диод. The transition control electrode - the cathode of the thyristor 2 is shunted by the resistor 12. When using a half-wave pulse shaper as a rectifier 4, a semiconductor diode is used.

При использовании в качестве двухполупериодного формирователя импульсов симистора (см. фиг.2) его управляющий электрод подключен к измерительному блоку через двухполупериодный выпрямительный мост 4. When using a triac as a half-wave pulse shaper (see Fig. 2), its control electrode is connected to the measuring unit through a half-wave rectifier bridge 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В нормальном режиме работы индуктивной нагрузки 10 транзистор 1 измерительного блока закрыт. Это обусловлено тем, что к базе транзистора 1 прикладывается напряжение, определяемое параметрами делителя напряжения, образованного резистором 7 и термосопротивлением 3, которое меньше напряжения для перевода цепи эмиттер-базовый переход транзистора 1, диод (стабилитрон) 8, переход управляющий электрод-катод тиристорного ключа 2 в состояние проводимости. В качестве термосопротивления 3 используется позистор, сопротивление которого с увеличением температуры увеличивается. In normal operation of the inductive load 10, the transistor 1 of the measuring unit is closed. This is due to the fact that a voltage is applied to the base of transistor 1, determined by the parameters of the voltage divider formed by the resistor 7 and thermistor 3, which is less than the voltage for transferring the emitter-base junction of the transistor 1, diode (zener diode) 8, junction control electrode-cathode of the thyristor switch 2 to the state of conduction. As a thermal resistance 3, a posistor is used, the resistance of which increases with increasing temperature.

При нарушении режима работы индуктивной нагрузки 10 происходит разогрев ее обмоток. В результате сопротивление терморезистора 3 увеличивается, напряжение на базе транзистора 1 растет и при превышении порога отпирания транзистора 1 через управляющий электрод тиристора 2 протекает однополупериодный ток. В результате этого тиристор 2 в каждый полупериод, когда транзистор 1 переходит в состояние проводимости, шунтирует обмотку 9 индуктивной нагрузки 10. Вследствие этого средний ток нагрузки достигает значения, превышающего величину тока срабатывания предохранителя 5, который отключает нагрузку 10 от сети. Предложенное выполнение транзисторного измерительного блока 1 позволяет получить уставки срабатывания, которые не зависят от колебаний напряжения в сети, так порог срабатывания при достаточно высоком коэффициенте усиления транзистора 1 определяется лишь соотношением между сопротивлением резистора 6 и терморезистора 3. When the operating mode of the inductive load 10 is violated, its windings are heated. As a result, the resistance of thermistor 3 increases, the voltage at the base of transistor 1 rises, and when the threshold for unlocking transistor 1 is exceeded, a half-wave current flows through the control electrode of thyristor 2. As a result, the thyristor 2 in each half-cycle, when the transistor 1 enters the conduction state, shunts the winding 9 of the inductive load 10. As a result, the average load current reaches a value exceeding the value of the trip current of the fuse 5, which disconnects the load 10 from the network. The proposed implementation of the transistor measuring unit 1 allows you to obtain the settings of the response, which are not dependent on voltage fluctuations in the network, so the threshold for a sufficiently high gain of the transistor 1 is determined only by the ratio between the resistance of the resistor 6 and the thermistor 3.

Вследствие того, что обмотка 9 индуктивной нагрузки 10 является источником питания для транзисторного измерительного блока 1, а обмотка 11 - балластным сопротивлением в цепи тиристора 2, когда он находится в состоянии проводимости, удается существенно упростить устройство защиты, расположив его на стороне нагрузки. Due to the fact that the winding 9 of the inductive load 10 is the power source for the transistor measuring unit 1, and the winding 11 is the ballast in the circuit of the thyristor 2, when it is in the state of conductivity, it is possible to significantly simplify the protection device by placing it on the load side.

При этом реакцию изменения температурного режима обмоток удается передать на исполнительный блок по тем же самым проводам, по которым осуществляется подвод электроэнергии к нагрузке, т.е. используя двухпроводную линию связи. Кроме того, так как исполнительным блоком 5 служит предохранитель, устройство осуществляет защиту и от токов короткого замыкания. При этом невозможно самовключение индуктивной нагрузки 10 при нормализации температуры ее обмоток. In this case, the reaction of changing the temperature regime of the windings can be transmitted to the executive unit via the same wires through which the electric power is supplied to the load, i.e. using a two-wire communication line. In addition, since the fuse is the actuation unit 5, the device also protects against short circuit currents. At the same time, self-switching of the inductive load 10 is impossible while normalizing the temperature of its windings.

Следовательно, включение индуктивной нагрузки 10 возможно только после подготовки исполнительного блока 5 (предохранителя) к работе и подачи команды на включение (подключение к сети). Therefore, the inclusion of the inductive load 10 is possible only after the preparation of the Executive unit 5 (fuse) for operation and the command to turn on (connection to the network).

Выполнение нелинейного сопротивления 8 в виде диода или стабилитрона меняет порог срабатывания устройства в зависимости от требуемой величины контроля температуры обмоток. The implementation of the nonlinear resistance 8 in the form of a diode or a zener diode changes the threshold of the device depending on the required value of the temperature control of the windings.

Нелинейное сопротивление 8, установленное в цепи эмиттера транзисторного измерительного блока 1, выполняет роль отрицательной обратной связи, обеспечивая триггерность срабатывания. Non-linear resistance 8, installed in the emitter circuit of the transistor measuring unit 1, plays the role of negative feedback, providing triggering response.

Для повышения быстродействия отключения плавкой вставкой 5 сети формирователь импульсов 2 выполняется в виде симистора, управляющий электрод которого подключен к измерительному блоку на транзисторе 1 через выпрямитель 4, выполненный в виде двухполупериодного моста. В этом случае формирование импульсов осуществляется в каждый полупериод и ток через плавкую вставку 5 увеличивается по сравнению с однополупериодным формированием в два раза, что позволяет при прочих равных условиях существенно повысить быстродействие исполнительного блока. To improve the shutdown speed of the fuse-link 5 of the network, the pulse shaper 2 is made in the form of a triac, the control electrode of which is connected to the measuring unit on the transistor 1 through a rectifier 4, made in the form of a half-wave bridge. In this case, the formation of pulses is carried out in each half-cycle and the current through the fuse-link 5 doubles in comparison with the half-wave formation, which, ceteris paribus, significantly improves the speed of the Executive unit.

Claims

1. Inductive load with a protective device, made in the form of interconnected windings located on the same magnetic circuit, and containing a power supply in the form of a voltage divider, in series with which an actuator is connected, the terminals of this circuit are designed to connect to network terminals, a transistor measuring unit , the first output of which is connected to a thermistor located near the load windings, characterized in that directly the windings ind are used as a voltage divider active load, between the common point of connection of which and one of the terminals of the winding intended for connection to the network, an anode-cathode of the thyristor pulse shaper is connected, the control electrode of which is connected via non-linear resistance to the emitter of the transistor measuring unit, to the base of which the first terminal of the thermistor is connected, the output of which is connected to the cathode of the thyristor pulse shaper, the executive unit is made in the form of a fuse, the collector - the base of the transistor The measuring unit is connected through a rectifier to the anode of the thyristor switch and to the common point of the voltage divider.

2. The load according to claim 1, characterized in that a diode is used as a nonlinear resistance.

3. The load according to claim 1, characterized in that a zener diode is used as a nonlinear resistance.