RU2350000C1 - Electrical motor protection device - Google Patents
Electrical motor protection device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350000C1 RU2350000C1 RU2007120774/09A RU2007120774A RU2350000C1 RU 2350000 C1 RU2350000 C1 RU 2350000C1 RU 2007120774/09 A RU2007120774/09 A RU 2007120774/09A RU 2007120774 A RU2007120774 A RU 2007120774A RU 2350000 C1 RU2350000 C1 RU 2350000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric motor
- current
- rectifier
- inputs
- outputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для отключения электродвигателя от сети при аварийных режимах работы.The invention relates to electrical engineering and can be used in various sectors of the economy to disconnect the electric motor from the network during emergency operation.
Известны устройства для защиты электродвигателей, содержащие трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, выпрямитель напряжений, блок контроля перегрузки, тепловой имитатор электродвигателя, компаратор и исполнительное реле [1].Known devices for protecting electric motors, containing current transformers for connecting to different phases of the electric motor power supply, a voltage rectifier, an overload control unit, a thermal electric motor simulator, a comparator and an actuating relay [1].
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты электродвигателя, содержащее трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, выпрямитель, входы которого подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блок контроля перегрузки, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам блока формирования времятоковой характеристики, к выходам последнего через компаратор подключены входы исполнительного реле [2]. В известных устройствах защиты питание схемы осуществляется от тех же трансформаторов, выпрямителей, от которых снимается информация о величине тока защищаемой цепи. Это снижает массу и габариты устройства.The closest in technical essence is a device for protecting the electric motor, containing current transformers for connecting to different phases of the electric motor power supply, a rectifier, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding current transformers, an overload control unit, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier, and the outputs to the inputs of the block the formation of the time-current characteristic, the outputs of the executive relay [2] are connected to the outputs of the latter through a comparator. In known protection devices, the circuit is powered from the same transformers, rectifiers, from which information about the current value of the protected circuit is taken. This reduces the weight and dimensions of the device.
Недостатком известного устройства является то, что выходное напряжение теплового имитатора недостаточно точно соответствует температуре обмоток электродвигателя. Это снижает точность срабатывания устройства и своевременного отключения электродвигателя.A disadvantage of the known device is that the output voltage of the thermal simulator does not exactly match the temperature of the motor windings. This reduces the accuracy of the operation of the device and the timely shutdown of the motor.
Задачей изобретения является повышение точности срабатывания устройства и тем самым своевременное отключение электродвигателя.The objective of the invention is to increase the accuracy of operation of the device and thereby timely shutdown of the electric motor.
Указанная задача достигается тем, что в устройстве для защиты электродвигателя, содержащем трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, выпрямитель, входы которого подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блок контроля перегрузки, входы которого подключены к выходам выпрямителя, и блок формирования времятоковой характеристики, состоящий, в свою очередь, из теплового имитатора электродвигателя, выполненного на операционном усилителе с отрицательной обратной параллельной RC-связью, и компаратора, входы блока формирования подключены к выходам блока контроля перегрузки, а выходные нормально разомкнутые контакты которого через обмотку исполнительного реле подключены к источнику напряжения, операционный усилитель теплового имитатора охвачен положительной Т-образной RCR-связью. Такое выполнение устройства позволяет получать на выходе блока формирования времятоковой характеристики напряжение, имитирующее температуру обмоток статора электродвигателя с учетом температуры стали статора.This task is achieved by the fact that in the device for protecting the electric motor, containing current transformers for connecting to different phases of the electric motor power supply, a rectifier, the inputs of which are connected to the outputs of the respective current transformers, an overload control unit, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier, and a time-current characteristic generating unit , which, in turn, consists of a thermal simulator of an electric motor made on an operational amplifier with negative parallel feedback RC, and a device, the inputs of the forming unit are connected to the outputs of the overload control unit, and the output normally open contacts of which are connected to the voltage source through the coil of the executive relay, the operational amplifier of the thermal simulator is covered by a positive T-shaped RCR connection. This embodiment of the device allows to obtain a voltage simulating the temperature of the stator windings of the electric motor taking into account the temperature of the stator steel at the output of the time-current characteristic unit.
На фиг.1 показана электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема теплового имитатора двигателя.Figure 1 shows the electrical circuit of the proposed device; figure 2 is a structural diagram of a thermal engine simulator.
Устройство содержит трансформаторы 1, 2, 3 тока для подключения в фазы А, В, С питания электродвигателя, выпрямитель 4, входы которого подключены к выходам трансформаторов 1, 2, 3 тока, блок 5 контроля перегрузки, входы которого подключены к выходам выпрямителя 4, блок формирования времятоковой характеристики, который, в свою очередь, состоит из теплового имитатора 6 и компаратора 7. Выходные нормально разомкнутые контакты компаратора, являющиеся одновременно выходными контактами блока формирования времятоковой характеристики, соединены последовательно с обмоткой исполнительного реле 8, а образованная последовательная цепь подключена к источнику напряжения. В блок формирования времятоковой характеристики может входить квадратор 9, выполненный на операционном усилителе применением полевого транзистора 10 с управляющим p-n-переходом. Блок 5 контроля перегрузки выполнен в виде последовательно включенных стабилитрона 11, шунтирующего резистора 12 и стабилитрона 13. В качестве фильтра использован конденсатор 14. Катод стабилитрона 11 подключен к положительной клемме выпрямителя, а анод стабилитрона 13 - к отрицательной клемме выпрямителя, концы шунтирующего резистора 12 образуют выходные клеммы блока 5 контроля перегрузки.The device contains current transformers 1, 2, 3 for connecting electric motor power to phases A, B, C, a rectifier 4, the inputs of which are connected to the outputs of current transformers 1, 2, 3, an overload control unit 5, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier 4, the block of the formation of the time-current characteristic, which, in turn, consists of a thermal simulator 6 and the comparator 7. The output normally open contacts of the comparator, which are simultaneously the output contacts of the block of the formation of the time-current characteristic, are connected after ovatelno with relay coil actuator 8, and formed by a series circuit connected to a voltage source. A quadrator 9 made on an operational amplifier using a field-effect transistor 10 with a control p-n junction can enter the time-current characteristic forming unit. The overload control unit 5 is made in the form of a series-connected zener diode 11, a shunt resistor 12 and a zener diode 13. A capacitor 14 is used as a filter. The cathode of the zener diode 11 is connected to the positive terminal of the rectifier, and the anode of the zener diode 13 is connected to the negative terminal of the rectifier, the ends of the shunt resistor 12 form output terminals of overload control unit 5.
Электродвигатель 15 подключен посредством магнитного пускателя 16 к трехфазному источнику переменного тока с фазами А, В, С и нулевым проводом N.The electric motor 15 is connected through a magnetic starter 16 to a three-phase AC source with phases A, B, C and neutral wire N.
Питание операционных усилителей и компаратора осуществляется от напряжений, снимаемых с выхода выпрямителя 4. С целью наглядности работы устройства провода, соединяющие питание с операционным усилителем и компаратором в электрической схеме не показаны.The operational amplifiers and the comparator are powered by the voltages taken from the output of the rectifier 4. For the purpose of illustrating the operation of the device, the wires connecting the power to the operational amplifier and the comparator are not shown in the electric circuit.
Катушка магнитного пускателя 16 включается в сеть посредством нормально разомкнутой кнопки 17 «Пуск» и нормально замкнутой кнопки 18 «Стоп». Параллельно кнопке "Пуск" подключены нормально разомкнутые контакты пускателя 16. Последовательно кнопке 18 «Стоп» включены нормально замкнутые контакты исполнительного реле 8.The coil of the magnetic starter 16 is connected to the network through a normally open button 17 "Start" and a normally closed button 18 "Stop". Parallel to the "Start" button, normally open contacts of the starter 16 are connected. In series with the 18 "Stop" button, normally closed contacts of the executive relay 8 are connected.
Дополнительно в устройстве предусмотрена возможность ускоренного отключения сети от токов перегрузки. Для этой цели между выходной отрицательной клеммой выпрямителя 4 и одним из входом компаратора 7 включен стабилитрон 19.Additionally, the device provides for the possibility of accelerated disconnection of the network from overload currents. For this purpose, a zener diode 19 is connected between the output negative terminal of the rectifier 4 and one of the input of the comparator 7.
Отрицательная связь обеспечивается в усилителе с помощью резистора 21 и конденсатора 22, включенных между собой параллельно и между выходом и инвертирующем входом усилителя. Дополнительно операционный усилитель теплового имитатора охвачен положительной Т-образной RCR-связью, которая состоит из резисторов 23,24 и конденсатора 25 и включена между выходом и прямым входом усилителя.Negative coupling is provided in the amplifier by means of a resistor 21 and a capacitor 22 connected in parallel with each other and between the output and the inverting input of the amplifier. Additionally, the operational amplifier of the thermal simulator is covered by a positive T-shaped RCR coupling, which consists of resistors 23.24 and a capacitor 25 and is connected between the output and the direct input of the amplifier.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При нажатии кнопки 17 «Пуск» на катушку магнитного пускателя 16 подается напряжение сети. Замыкаются силовые контакты пускателя 16, напряжение сети подается к электродвигателю, одновременно замыкаются контакты, шунтирующие кнопку «Пуск», и поддерживается подача напряжения к катушке пускателя 16. При этом по первичным обмоткам трансформаторов 1, 2, 3 потекут токи. Во вторичных обмотках этих трансформаторов будут индуцироваться напряжения, и через эти обмотки возникнут токи, величина которых определяется коэффициентом передачи трансформаторов. Величина выходного напряжения выпрямителя 4 будет определяться величиной стабилизации напряжений стабилитронов 11, 13 и падения напряжения на шунтирующем резисторе 12. В виду малости сопротивления шунтирующего резистора выходное напряжение выпрямителя будет поддерживаться стабильным и может быть непосредственно использовано для питания операционных усилителей и компаратора.When you press the button 17 "Start" on the coil of the magnetic starter 16, the mains voltage is applied. The power contacts of the starter 16 are closed, the mains voltage is supplied to the electric motor, the contacts shunting the “Start” button are closed at the same time, and the voltage is supplied to the starter coil 16. At the same time, currents flow through the primary windings of the transformers 1, 2, 3. Voltages will be induced in the secondary windings of these transformers, and currents will arise through these windings, the magnitude of which is determined by the transfer coefficient of the transformers. The output voltage of the rectifier 4 will be determined by the stabilization voltage of the zener diodes 11, 13 and the voltage drop across the shunt resistor 12. In view of the small resistance of the shunt resistor, the output voltage of the rectifier will be kept stable and can be directly used to power operational amplifiers and a comparator.
Режим работы транзистора 10 задается сопротивлениями резисторов 12, 28 на начальном участке его вольт-амперной характеристики. Можно считать, что ток, протекающий через резистор 28, будет пропорционален токам, протекающим через обмотки трансформаторов 1, 2, 3. Ток iс стока транзистора 10 будет почти равен току резистора 12. При малых напряжениях Ucи сток - исток полевой транзистор ведет себя как управляемый резистор, сопротивление канала которого пропорционально абсолютному напряжению на его р-n-переходе. Следовательно, полевой транзистор, затвор которого соединен с истоком, имеет квадратичную зависимость Ucи=f(ic)2, так как ток стока определяет падение напряжения канала, которое, в свою очередь, определяет сопротивление канала.The operation mode of the transistor 10 is set by the resistances of the resistors 12, 28 in the initial section of its current-voltage characteristics. We can assume that the current flowing through the resistor 28 will be proportional to the currents flowing through the windings of the transformers 1, 2, 3. The current i from the drain of the transistor 10 will be almost equal to the current of the resistor 12. At low voltages U c and the drain - source field-effect transistor behaves as a controlled resistor, the channel resistance of which is proportional to the absolute voltage at its pn junction. Therefore, the field-effect transistor, the gate of which is connected to the source, has a quadratic dependence U cи = f (i c ) 2 , since the drain current determines the channel voltage drop, which, in turn, determines the channel resistance.
Сопротивление Rcи сток - исток канала имеем как функцию от тока ic стока транзистора, т.е.We have the resistance R c and drain - source of the channel as a function of the current i c of the drain of the transistor, i.e.
С другой стороны ток ic стока определяется по закону Ома.On the other hand, the drain current i c is determined by Ohm's law.
Решая совместно (1) и (2), получимSolving together (1) and (2), we obtain
т.е. падение напряжения на транзисторе имеет квадратичную зависимость от тока стока.those. the voltage drop across the transistor has a quadratic dependence on the drain current.
Выходное напряжение имитатора 6 имитирует величину температуры нагрева обмоток статора асинхронного двигателя. Резистор 21, включенный параллельно конденсатору 22, имитирует охлаждение обмоток путем разряда конденсатора 22.The output voltage of the simulator 6 simulates the temperature of the heating of the stator windings of an induction motor. A resistor 21, connected in parallel with the capacitor 22, simulates the cooling of the windings by discharging the capacitor 22.
Выходное напряжение теплового имитатора 6 будет имитировать фактический нагрев обмоток статора не только с учетом их охлаждения, но и с учетом температуры нагрева стали и ее охлаждения.The output voltage of the thermal simulator 6 will simulate the actual heating of the stator windings, not only taking into account their cooling, but also taking into account the temperature of steel heating and its cooling.
При достижении напряжения на выходе теплового имитатора порога срабатывания, устанавливаемого резисторами на входе компаратора 7, замыкается электронный ключ на его выходе, по обмотке исполнительного реле 8 потечет ток, размыкаются его нормально замкнутые контакты, которые включены последовательно с кнопкой «Стоп». Через катушку магнитного пускателя 16 прекратится ток, и его контакты разомкнутся. Электродвигатель обесточивается.When the voltage at the output of the thermal simulator of the response threshold set by the resistors at the input of the comparator 7 is reached, the electronic key closes at its output, current flows through the winding of the executive relay 8, its normally closed contacts open, which are connected in series with the Stop button. Through the coil of the magnetic starter 16, the current will stop and its contacts will open. The electric motor is de-energized.
Если к электродвигателю ток протекал не выше установленного значения и его пуск прошел нормально, и электродвигатель нормально функционирует, то выходное напряжение имитатора 6 не достигает порога срабатывания компаратора 7.If the current flowed to the motor no higher than the set value and its start was normal, and the motor is functioning normally, then the output voltage of the simulator 6 does not reach the threshold of the comparator 7.
При отключении электродвигателя от сети кнопкой «Стоп» или в результате аварийного срабатывания устройства через обмотки трансформаторов 1, 2, 3 токи прекращаются, обмотка исполнительного реле 8 обесточивается, его контакты смыкаются, т.е. через некоторый интервал времени устройство готово для повторного пуска. Конденсаторы 22, 25 имитатора 6 постепенно разряжаются через резисторы 21, 24 соответственно.When the electric motor is disconnected from the network with the Stop button or as a result of an emergency operation of the device through the windings of transformers 1, 2, 3, the currents cease, the winding of the executive relay 8 is de-energized, its contacts are closed, i.e. after a certain period of time, the device is ready for restarting. The capacitors 22, 25 of the simulator 6 are gradually discharged through the resistors 21, 24, respectively.
При возникновении аварийных режимов работы, например при замыкании цепи, через первичные обмотки трансформаторов 1, 2, 3 потекут большие токи, превышающие пусковые. На выходе выпрямителя 4 появится значительно большее напряжение. Рабочая точка стабилитрона 19 входит в режим электрического пробоя, в результате чего на средней точке делителя напряжения компаратора 7 напряжение падает. Компаратор срабатывает, через обмотку исполнительного реле 8 потечет ток и произойдет отключение магнитного пускателя 16 от напряжения сети. Тем самым обеспечивается быстрое выявление аварийного режима и отключение электродвигателя от напряжение сети без установки специальных защит, так как устройство, кроме того, имеет быстродействующую защиту, отстроенную от пусковых токов.In the event of emergency operating conditions, for example, when a circuit is closed, large currents exceed the starting currents flow through the primary windings of the transformers 1, 2, 3. At the output of rectifier 4, a significantly higher voltage will appear. The operating point of the zener diode 19 enters the mode of electrical breakdown, resulting in a voltage drop at the midpoint of the voltage divider of the comparator 7. The comparator is triggered, current will flow through the winding of the executive relay 8 and the magnetic starter 16 will disconnect from the mains voltage. This ensures quick identification of the emergency mode and disconnecting the electric motor from the mains voltage without installing special protections, since the device also has high-speed protection, which is detuned from the starting currents.
В предлагаемом устройстве для питания операционных усилителей и компаратора использованы стабилизированные напряжения от того же выпрямителя, от которого получается сигнал, пропорциональный току защищаемого электродвигателя, без применения специальных стабилизаторов. Это приводит к упрощению конструкции устройства.In the proposed device for supplying operational amplifiers and a comparator, stabilized voltages from the same rectifier are used, from which a signal is obtained proportional to the current of the protected electric motor, without the use of special stabilizers. This leads to a simplification of the design of the device.
Использование теплового имитатора электродвигателя второго порядка, в котором учитывается нагрев меди и раздельно нагрев стали статора, повышает надежность защиты электродвигателя от токовых перегрузок недопустимой продолжительности, т.к. такой тепловой имитатор более точно учитывает нагрев проводов статора, что приводит к своевременному отключению электродвигателя.The use of a thermal simulator of a second-order electric motor, which takes into account copper heating and separately heating the stator steel, increases the reliability of protecting the electric motor from current overloads of unacceptable duration, because Such a thermal simulator more accurately takes into account the heating of the stator wires, which leads to the timely shutdown of the electric motor.
При моделировании тепловых процессов, происходящих в двигателе, получаем замкнутое звено с положительной обратной связью (фиг 2), где k1, k2, k3 - коэффициенты передачи;When modeling the thermal processes occurring in the engine, we obtain a closed link with positive feedback (Fig 2), where k 1 , k 2 , k 3 - transmission coefficients;
T1 - постоянная времени охлаждения меди (обмотки статора), с;T 1 - constant cooling time of copper (stator winding), s;
T2 - постоянная времени охлаждения статора (стали статора), с;T 2 is the stator cooling time constant (stator steel), s;
p - оператор дифференцирования по времени, с-1.p - time differentiation operator, s -1 .
Передаточная функция полученной модели теплового нагрева двигателя имеет видThe transfer function of the obtained model of thermal heating of the engine has the form
Данной передаточный функции соответствует тепловой имитатор 6 нагрева обмоток двигателя (фиг.1) k1<1, k2<1, отсюда реальная часть положительной обратной связи меньше единицы. Система всегда устойчива.This transfer function corresponds to a thermal simulator 6 of heating the motor windings (Fig. 1) k 1 <1, k 2 <1, hence the real part of the positive feedback is less than unity. The system is always stable.
Источники информацииInformation sources
1. Патент 2009593 РФ, кл. Н02Н 7/08, 1994.1. Patent 2009593 of the Russian Federation, cl. H02H 7/08, 1994.
2. Патент 2192699 РФ, кл. Н02Н 7/08, 2001.2. Patent 2192699 of the Russian Federation, cl. H02 7/08, 2001.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007120774/09A RU2350000C1 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Electrical motor protection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007120774/09A RU2350000C1 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Electrical motor protection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007120774A RU2007120774A (en) | 2008-12-10 |
| RU2350000C1 true RU2350000C1 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=40545429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007120774/09A RU2350000C1 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Electrical motor protection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350000C1 (en) |
-
2007
- 2007-06-04 RU RU2007120774/09A patent/RU2350000C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007120774A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pillay et al. | Loss of life in induction machines operating with unbalanced supplies | |
| CN106415968B (en) | Half voltage dependent form breaker | |
| US8848332B2 (en) | Intrinsically safe energy limiting circuit | |
| Soon et al. | Design of fuse–MOSFET pair for fault-tolerant DC/DC converters | |
| SE428787B (en) | DEVICE FOR ENERGY SUPPLY OF THE ELECTRIC CONSUMER OF A MOTOR VEHICLE | |
| EP2867985A1 (en) | System for measuring soft starter current and method of making same | |
| EP2051359A1 (en) | Power supply circuit and earth leakage circuit breaker using the same | |
| Jiang et al. | Inrush current limiting for solid state devices using NTC resistor | |
| US7420343B2 (en) | Current limiting DC motor starter circuit | |
| RU2350000C1 (en) | Electrical motor protection device | |
| RU2350001C1 (en) | Electrical motor protection device | |
| JP2018152974A (en) | Forward method bidirectional dc-dc converter | |
| Ernst | Application of multi-function motor protection relays to variable frequency drive connected motors | |
| Kotb et al. | Over current protection relay using Arduino Uno for future renewable electric energy delivery and management (FREEDM) system | |
| US9600012B2 (en) | Internal power supply of a device | |
| CN101689820B (en) | Rectifier, brake and method for adjusting wiring voltage of electromagnet | |
| RU2192699C1 (en) | Electric motor protective device | |
| Mbunwe et al. | Protection of a disturbed electric network using solid state protection device | |
| JPH11289657A (en) | Rush current deterring unit | |
| RU2212085C2 (en) | Gear to protect electric networks | |
| JP2004266894A (en) | Three-phase, four-wire circuit breaker provided with absent phase protection function | |
| RU2192698C1 (en) | Electric motor protective device | |
| RU138388U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF SUBMOTOR PUMP MOTOR | |
| CN208890362U (en) | Motor protection device and air conditioner | |
| Van den Bossche et al. | A thyristor-and thermistor-based inrush current limiter for DC-link start-up |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090605 |