SE447685B - Anordning for overhettningsskydd vid en elektrisk motor - Google Patents

Description

447 685 2 I detta syfte är den uppfinningsenliga anordningen kännetecknad av en företa. och en andra tidkonstantkrets, till vilka nämnda representerade spänning '- matas, och vilka är anslutna. till en första. respektive en andra komparator, till vilka matas en första respektive en andra separat referensspänning, e varvid tidkonstanten vid den andra kretsen väljas att vara lika med den ters niska tidskons-banten hos motorn angiven av tillverkaren, och den andra referensspänningen är vald så. att den motsvarar den överbelast- ning på. ett fåtal procent över den nominella motorströmmen, medan tidkonstanten i den första kretsen väljes så att den motsvarar kall- starttiden för motorn för en ström lika med sex gånger nämnda nomi- nella ström, och att den första referensspänningen har ett värde dub- belt så stort som hos den första, och av medel för direkt reglering av spänningen vid kondensatorns anslutningar i den andra kretsen, när den senare tenderar att överstiga den förra.

Enligt ett föredraget utförande innefattar uppfinningen en tredje tidkonstantlcrets, som matar den andra komparatorn, och vid vilken tid- konstanten väljas att vara fem gånger den hos den andra kretsen, och medel är anordnade för att generera en signal som visar att en motor är i gång eller står stilla och för att koppla de andra och tredje tidkonstantkretsarna som en funktion av sagda signal.

Andra speciella särdrag även som fördelarna med uppfinningen framgår mot bakgrunden av den följande beskrivningen med tillhörande rit- ningar .

Fig 1 är kretsdiagrammet för en överhettningsskyddande anordning en- ligt en föredragen metod att utföra uppfinningen.

Fig 2 visar kurvor representerande de tillåtliga överlastningstider- na för en motor enligt den ström som den förbrukar.

På fig 1 har tre förstärkare 1-2-3 visats förbundna. som integrerande kretsar resistorer 100-101, 200-201, 500-301 och kondensatorer 102-202-302 , som med fördel matas av Rogowskisonder (inte visade) avgivande svagströmssignaler proportionella mot derivatan av den ström 447 685 som följer i de respektive faskondensatorerna förbindande en asyn- kronmotor med den trefasiga kraftkållan. Utgången från varje förstär- kare är förenad med dess icke signalmottagande ingång genom en resis- tor 105-105-305 respektive och genom en kondensator 104-204-304 respek- tive förbunden med jord medelst en resistor 105-205-505 respektive och med en ingång på en andra förstärkare 4-5-6 respektive. Den andra ingången på den andra förstärkaren är förbunden med jord medelst en resiator 400-500-600 respektive och till dess utgång med en diod 401-501-601 respektive. Utgångarna på de andra förstärkarna är tillsammans anslutna till en tredje förstärkare 7 genom dioderna 402-502-602 respektive, vilkas anoder är anslutna till de nämnda andra ingångarna på den andra förstärkaren genom resistorerna 402-505 -605 respektive.

Förstärkarna 1-2-3 avger vid sin utgång växelspänningar proportionel- la mot de ovan nämnda fasströmmarna, som likriktas av dioderna 401-402.

Förstärkaren 7 gör det möjligt att inställa den högsta av dessa tre spänningar till ett förutbestämt värde när motorn arbetar vid sin nominella ström IN. 1 detta syfte är dess andra ingång förbunden med anoden på dioden 700 anbragt vid dess utgång med en varierbar resistor 701 i serie med en resistor 702. En resistor 705 förenar den nämnda andra ingången med jord och en filterkrets omfattar en resistor 704 förbunden med anoden på dioden 700 i serie med en kondensator 705 ansluten till jord.

Anoderna på dioderna 402-502-602 är tillsammans anslutna till en in- gång på en komparator 8, vars andra ingång är förbunden genom en re- sistorbrygga 901-902 med utgången av komparatorn 9. Den senare motta- ger å ena sidan spänningen vid punkten A mellan resistorn 704 och kon- densatorn 705 och å andra sidan en konstant referensspänning åstad- kommen av en källa V+ till resistorbryggan 905-904. Denna referens- spänning är t ex den som motsvarar spänningen vid A för en ström fly- tande i motorn lika med 10% av den nominella IN. Med andra ord, så länge motorn är i gång, måste komparatorn förse den med en digital nivå 1 (positiv spänning) vid dess utgång och kan inte leverera en 447 685 nivå. 0 (negativ spänning) vid dess utgång utom när motorn är stoppad.

Härav följer att endast när motorn är igång kommer komparatorn 8 att leverera en nivå. 0 (negativ spänning) vid sin utgång närhelst ut- gångsspämiingen från förstärkarna 4-5-6 passerar genom noll, med andra ord, i frånvaron av en fas.

I detta fall urladdas en kondensator 802 laddad med en positiv spän- ning (V+) genom en resistorbrygga 800-801 närhelst utgångsspänningen från förstärkarna 4-5-6 passerar genom noll och, efter ett visst an- tal av dessa nollövergângar, spänningen vid dess uttag är tillräckligt låg för att utlösa en komparator 10, på vilken en anslutning mottager spänningen vid terminalerna på kondensatorn 802, medan den andra in- gångskontakten matas med en referensspänning bestämd av en strömkälla (v+) och en resistorbrygga 1000-1001.

Utgångssigzialen från komparatorn 10 matas för det första, genom en diod 1002, till en av komponenterna. 1100 i en utlösningskrets 1100- 1101 som vid sin utgång 1102 matar en impulskrets till reläet (inte visat), vilken levererar en styrsignal till den konventionella motor- skyddskontaktorn, och för det andra till den ena av komponenterna 1200 i en utlösningskrets 1200-1201, som utlöser en LED, icke visad, anslu- ten till utgången 1202.

'Det kan påpekas att vid jämförelse med kretsen för upptäckande av fas- förlust beskriven i franska patentet 79.26102 ingivet 16 oktober 1979 av sökanden avseende "Elektronisk anordning för skyddande av en elek- trisk motor mot överbelastning och förlust av en fas i den trefasiga växelströmstillförseln", den föreliggande anordningen för upptäckande av fasförlust är förenklad, därigenom att medlen för filtrering av tre- fasspänningen, som utgör avbildningen av strömmen i fa sledarna på motorn, inte omfattar en induktans vid ingången. Denna förenkling göres möjlig därigenom att Rogox-:skisonderxxa ger en tillräckligt låg spänning för att lmnna använda förstärkaren utan mättning. Det är då tillräckligt att dessa har en mycket låg utgångsimpedans för sin utgångssignal för att passera genom noll i händelse av fasförlust och som resultat användas direkt av kretsen för upptäckande av fasförlust. 447 6-85 Som framgår av fig 1 matas signalen vid punkt A genom de respektive resistorerna 1500-1400-1500 till en ingång på vardera av de tre för- stärkarna 15-14-15, vilkas andra ingång är förbunden med jord, och vilkas utgångar är förbundna med nämnda ingång med omvända dioder 1501-1401-1501 respektive och av resistorer 1502-1402-1502 respek- tive. Anoderna på var och en av dessa dioder är anslutna till nämnda ingång genom en diod 1505-1405-1505 respektive. Nämnda ingång motta- ger också för var och en av förstärkarna 14 och 15 en negativ spän- ning V- genom en resi stor 1404 ooh 1504 respektive. Ett sådant arran- gemang, välkänt i sig självt, ger vid sin utgång V en spänning propor- tionell med kvadraten på den ström som motsvarar den högsta av de tre värdena av fasströmmarna.

Punkten B är ansluten genom resistorer 1600 och 1700 till två ström- brytare 16 respektive17 styrda av upprepade pulser åstadkomna av två monostabila utlösnings- eller triggerkretsar 1900-1901 respektive 2000-2001. Dessa två triggerkretsar initieras av en masteroscillator bestående av tvåNORkretsar 2100-2101. En tredje monostabil trigger- krets 2200-2201 kan också styra choppern 17, som mottager pulser från triggerkretsen 2000-2001 eller triggerkretsen 2200-2201 i enlighet med tillståndet av en logisk krets bildad av treN(EPkretsar 2500-2501- 2502. Kretsen 2501 styres av signalen från den Wstoppade" detektorn 9 på ett sådant sätt att triggerkretsen 2200-2201 slutligen manövre- rär strömbrytaren 17 när motorn är igång, medan det är triggerkret- sen 2200-2201 som manövrerar strömbrytaren 17 när motorn står stilla.

Strömbrytarna 16 och 17 laddar två kondensatorer 24 respektive 25, vilkas potential matas genom resistorerna 2600 respektive 2700, för- stärkaren 26 och två förstärkare 27 respektive 28. Förstärkarna 26-28 är uppbyggda av fälteffekttransistorer och har därför en mycket hög ingångsimpedans.

Utgången från förstärkaren 26 är ansluten till en ingång på en för- stärkare 29 vars andra ingång matas med en positiv spänning V4 medelst en resistorbrygga 2900-2901. Utgången från förstärkaren 29 är ansluten genom en diod 2902 till komponenten 1100 i triggerkretsen 1100-1101.

På liknande sätt är utgången från förstärkaren 28 ansluten till en 447 685 ingång på en förstärkare 50 vars andra ingång förses med en spän- ning V+ genom en resistorbrygga 5000-5001 och vars utgång är anslu- ten genom en diod 5002 till komponenten 1100.

Utgângen från förstärkaren 27 är ansluten vid den gemensamma punk- ten för resistorn 2600 och kondensatorn 24 via en diod 2701 av den typ som har en läckström av en pA följd av en resistor 2702. Efter- som en diod av denna typ har praktiskt taget ingen bakström, har kondensatorn 24 ingen möjlighet att urladdasdenna väg.

Förstärkaren 27 hindrar alltid spänningen vid kontakterna på konden- satorn 24 från att bli mindre än den vid kontakterna på. kondensatorn 25. Om en sådan tendens skulle uppträda skulle urladdningsströmmen från kondensatorn 25, överförd via förstärkaren 27, dioden 2701 och resistorn 2702, sträva att ladda kondensatorn 24 till dess att spän- ningarna vid anslutningarna på de båda kondensatorerna är lika.

Utgången från förstärkaren 28 anslutes till en ingång på en förstär- kare 51, vars andra ingång matas med en spänning V- genom en motstånds- brygga 5100-5101. Utgângen från förstärkaren 51 förbindes dels med nämnda andra ingång medelst en resistor 5102 följd av en diod 5105 och dels med styrelektroden på en strömbrytare 52 ansluten mellan jord och den gemensamma punkten för strömbrytaren 17 och kondensatorn 25.

Utgângsspänningarna från förstärkarna 29 och 50 matas genom dioderna 2905 respektive 5005 till komponenten 5500 på en triggerkrets 5500- 5501, som utlöser en LED (icke visad) ansluten till dess uttag 5502.

Om motorströmmen strävar mot noll, strävar kondensatorerna 24 och 25 att urladdas till jord på grund av närvaron av falsk kapacitet i kret- sen. När dessa kondensatorer har nått en nollpotential, skulle till och med kunna sträva att uppladdas igen till en negativ potential. Om detta skulle inträffa, skulle den negativa spänningen vid uttagen på kondensatorn 25 matad till en ingång på förstärkaren 51 genom resis- torn 2700 och förstärkaren 28, bli jämförd med den negativa spänning- en matad till den andra ingången på. förstärkaren 51, anordnad som en komparator, med resultatet att en öppningssignal skulle överföras till 447 685 strömbrytaren 52, vars effekt skulle bli att åstadkomma en snabb urladdning av kondensatorn 25 ner till nollpotential. Som ovan för- klarats skulle spänningen vid uttagen på kondensatorn 24 följa den vid uttagen på kondensatorn 25 och skulle därför också snabbt bringas till noll. Vikten av detta förklaras nedan. ;n krets bestående av en strömbrytare,som laddar en kondensator under de periodiska intervall,då den är sluten till en spänning representerande en bild av en ström,som producerar överhettning vid en belastning,är väl känd i sig själv, och det är också känt att den möjliggör simule- rande av uppvärmningen eller avkylningen från belastningen, utan att någon temperaturmätníng göres, och är särskilt användbar när den ter- miska tidkonstanten hos belastningen är hög, vilket är fallet med en elektrisk motor.

Tidkonstanten definierad av en krets av denna typ beror uppenbarligen på data för komponenterna och på varaktigheten av styrpulserna från strömbrytarna.

I det beskrivna arrangemanget är en initialkrets av denna typ (trig- gerkrets 2000-2001, strömbrytare 17,kondensator 25) anordnad att ge en tidkonstant GL, som är representativ för dettermiska uppförandet av motorn, när den arbetar vid medeltemperatur. Denna tidkonstant är tid- konstanten för konventionell kylning av motorn angiven av tillverkaren (exempelvis 0L=950 sekunder). Den första kretsen tillgodoser överhett- nngsskydd för motorn, när denna arbetar mellan små överbelastningar, på följande sätt, Den konstanta referensspänningen avgiven av resistansbryggan 3000- 3001 till en ingång på förstärkaren 50 väljes så att den motsvarar en överbelastning på några få procent (t ex 7 till %), dvs förstärkaren 50, arrangerad som en komparator, förser triggerkretsen 1100-1101 med en signal för att bryta krafttillförseln till motorn så snart strömmen I är 7 ä 8% större än dess normala värde IN. Ett sådant vär- de valdes genom att rita kurvan som en heldragen linje i fig 2, som representerar den tillâtliga överbelastningstiden ts, given av till- 447 685 verkaren (uttryckt i sekunder) som en funktion av förhållandet I/IN, när motorn är varm. Om denna kurva antages vara asymptotisk till en rät linje parallell med vertikalaxeln och passerande genom abskissan 1,07 eller 1,08, kan det observeras genom beräknande av de igångsättningstider som är givna av systemet för olika värden på I/IN (simulering), att de i praktiken sammanfaller med de tillåt- liga tiderna givna av tillverkaren.

En andra krets /för alstrande av en tidkonstant består av den monostabila trigger- kretsen 2200-2201, strömbrytaren 17 och kondensatorn 25. Kretsen är beräknad för att denna tidkonstant QLA lika stor som 5 GL. När motorn stannas kyls den uppenbarligen ner mycket mindre snabbt än när den är i gång (eftersom fläkten stoppas). Om motorn åter startas, är det viktigt att kondensatorn 25 initialt laddas till en potential som bildar en bild av den temperatur som den hade när den "stoppades", en temperatur som tydligen beror på den tid under vilken motorn för- blev stoppad.

En tredje krets alstrande en tidskonstant består av den monostabila triggerkretsen 1900-1901, strömbrytaren 16 och kondensatorn 24. Tid- konstanten GC definierad av denna krets representerar den starttid som motorn kan acceptera. Som ett exempel är den lika med 175 sekunder för en kallstarttid på 10 sekunder för en ström på 6 IN. Det kan antas att detta värde på starttiden är lämpligt för att bestämma GC genom simu- lering, emedan startströmmen för en asynkronmotor är av storleksord- ningen 6 IN, och det gäller att skydda en motor mot alltför långa eller alltför täta starter ooh, mer generellt, mot stora överbelast- ningar. Icke desto mindre får användaren av kretsen valmöjlighet, om starttiden är given för en startström för motorn annan än 6 IN, att korrigera värdet på OC så att det motsvarar starttiden vid 6 IN. GC regleras t ex genom att ändra värdet på resistorn 1600.

De två partierna av kurvan i fig 2 som visas punktstreckade represen- terar de tillåtliga överbelastningstiderna när motorn är kall som en fimlction av I/IN. givna av ti1lverkaren.För att följa upp dessa punkter genom en approxi- Ett antal punkter på dessa kurvor baseras på data 447 685 mativ exponentiell Simulering motsvarande laddningen av en kondensa- tor i en tidkonstantkrets, kan observeras att två värden av tidkon- stanten måste användas, dvs ett "kort" värde GC som motsvarar stora överbelastningar och ett "långt" värde GL som motsvarar små överbe- lastningar. Asymptoten av den del av kurvan som motsvarar DC definie- rar en referensspänning (som kommer att vara den konstanta spänning som ges av resistansbrygßan 2900 och 2901 vid ingången till förstär- karen 29), som är två gånger den referensspänning som tillföres ingång- en på förstärkaren 30, vilket antyder antagandet att, om motorn är varm, om den är stoppad och sedan blir startad, kopparns temperatur kan nå ett värde dubbelt så stort som det normala för motorn, utan att motorhöljet överskrider den tillåtna temperaturen. Värmeöver- föring från koppar till järnet äger rum snabbt och överhettningen av kopparn får därför kort varaktighet och kan tålas av motorn.

Såsom ovan sagts är kretsen så planerad att spänningen vid anslut- ningarna på kondensatorn 24 aldrig kan vara mindre än spänningen vid anslutningarna på kondensatorn 25. Detta villkor återspeglar det för- hållandet att i en motor kopparn aldrig kan vara kallare än järnet.

Såsom har förklarats spänningen vid anslutningarna till kondensato- rerna 24 och 25 kan aldrig bli negativa. Detta betyder att kretsen aldrig får simulera koppar- eller järntemperaturer under omgivningens temperatur.

Det är uppenbart att olika modifikationer kan göras i den krets som beskrivits och visats utan att avvika från uppfinningens tanke.

Claims (7)

447 685 10 Patentkrav

1. Anordning för överhettningsskydd vid en elektrisk motor omfattande medel (1, 2, 3) för att till åtminstone en tid- konstantkrets tillföra en spänning som är en avbildning av den ström som förbrukas av motorn (varvid denna spänning företrädesvis är proportionell mot kvadraten på nämnda ström), medel (29, 30) för jämförande av spänningen vid anslutningarna på den kondensator (24, 25) som nämnda tidkonstantkrets om- fattar med en konstant referensspänning och för levererande av en signal som styr avstängningen av motorns krafttillförsel, närhelst nämnda spänning vid kondensatorns anslutningar över- skrider_nämnda referensspänning, k ä n n e t e c k n a d av en första (1900, 1901, 16, 24) och en andra (2000, 2001, 17, 25) tidkonstantkrets matad med nämnda avbildade spänning och anslutna till en första (29) respektive andra (30) kompa- rator, till vilka matas en första respektive en andra refe- rensspänning, varvid tidkonstanten i den andra kretsen repre- senterar den konventionella kylningen av motorn indikerad av tillverkaren, och den andra referensspänningen är vald så att den motsvarar en överbelastning med några få procent jämfört med motorns nominella ström, medan tidkonstanten i den första kretsen väljes så att den motsvarar kallstart- tiden för motorn för en ström lika med sex gånger nämnda nominella ström och den första referensspänningen har ett värde två gånger värdet av den andra, och av medel (27, 2701, 2702) för reglering på ett icke reversibelt sätt av spän- ningen vid anslutningarna till kondensatorn i den första tidkonstantkretsen till spänningen vid anslutningarna till kondensatorn i den andra kretsen, när den senare tenderar att överstiga den förra.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att den omfattar en tredje tidkonstantkrets (2200, 2201, 17, 25) som matar den andra komparatorn (30) och vars tid- konstant väljes till fem gånger den hos den andra kretsen, och att organ (9) är anordnade att generera en signal visande att motorn är i gång eller stoppad och att koppla den andra och den trvqj» LidkonntunLkf~Lfl~n som fn Innkiíon av nämnd» signal. 447 685 11

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av, att vardera av de nämnda tidkonstantkretsarna omfattar en strömbrytare (16, 17) styrd av upprepade pulser.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k- n a d av, att medlen för icke reversibel reglering omfattar en förstärkare (27) till vars ena ingång matas spänningen vid anslutningarna på kondensatorn (25) i den andra tidkonstant- kretsen vars andra ingång är förbunden med anslutningarna på kondensatorn (24) i den första tidkonstantkretsen via en resistor (2702), och vars utgång är förbunden med kondensatorn -(24) på den första tidkonstantkretsen med en diod (2701) med en läckström i storleksordningen av en pA följd av resis- torn (2702).

5. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av, att medlen för genererande av en signal visande huruvida motorn är i gång eller stoppad omfattar en komparator (9) som jämför den spänning, som är en avbildning av den av motorn förbrukade strömmen, med en referensspänning lika med några få procent av den som motsvarar den nominella strömmen.

6. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av en komparator (31) som mottager å ena sidan utgångsspänningen från en av kondensatorerna (25) i tidkonstantkretsarna och å andra sidan en negativ referensspänning genom en ytterligare strömbrytare (32) styrd av utgångsspänningen från nämnda komparator (31) och anordnad att hindra en negativ laddning på nämnda kondensator (25).

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k- n a d av, att nämnda spänning, som är en avbildning av strömmen, tillföres av signaldetektorer (100, 101, 102, 200, 201, 202, 300, 301, 302) för lågström förenade med förstärkare (4, 5, 6) och, efter likríktning och filtrering, matas till en kompara- tor (9), som också mottager en positiv referensspänning till- förd av en anordning, som indikerar huruvida motorn är igång eller stoppad och orsakar successiv urladdning av en konden- sator (802) i händelse av förlust av en fas, varvid spänningen vid anslutningarna till nämnda kondensator (802) matas till en komparator (10), som ger en signal för avstängning av krafttillförseln.