SU1534608A1 - Устройство дл защиты трехфазного электродвигател от перегрузки и обрыва фазы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к устройствам дл  защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отрасл х народного хоз йства. Цель изобретени  - повышение надежности и точности согласовани  защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателей. Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигател  в напр жение, трехфазный двухполупериодный выпр митель 4, переменный нагрузочный резистор 5, параметрический стабилизатор 6, диод 7, конденсатор 8, аппроксиматор 27, стабилитрон 46, блок 47 защиты электродвигател  от перегрузки и блок 48 контрол  последовательности импульсов (контрол  фаз). При возникновении аварийного режима перегрузки, например режима заторможенного ротора, включаетс  в работу аппроксиматор 27, одновременно пробиваетс  стабилитрон 46 и с небольшой задержкой времени включаетс  исполнительный орган и двигатель отключаетс  от сети. 2 ил.

Description

,-

..

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к устройствам дл  Защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отрасл х народно го хоз йства.

Цель изобретени  - повышение надежности и точности согласовани  защитной характеристики устройства и Перегрузочной способности электродви гателей.

На фиг.1 приведена принципиальна  Схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - характер изменени  напр жений в различных точках устройства,

Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигател  в напр жение , концы вторичных обмоток которых соединены звездой и образуют общую точку устройства, а начала об- моток поданы на вход трехфазного двухполупериодного выпр мител  , выходы которого  вл ютс  выходами источника питани  устройства защиты. Напр жение образованного таким обра- зом двухпол рного источника пигани  регулируетс  переменным нагрузочным резистором 5. Максимальное значение напр жени  питани , возникающее при пуске двигател , ограничено парамет- рическим стабилизатором (блоком) 6, на выходе которого включен диод 7 в пр мом направлении, а после диода 7 конденсатор 8 фильтра и остальна  часть схемы. До диода 7 нэп- р жение питани  не сглажено и имеет пульсирующий характер, а после диода 7 и конденсатора 8 содержит только посто нную составл ющую. Опорный делитель 9 напр жени  образован резис- тором 10 и стабилитроном 11 и подключен к катоду диода 7 и минусу источника питани , а резисторный делитель 12 напр жени  образован резисторами

13 и 1 и подключен к аноду диода 7 и минусу источника питани . Таким образом , опорный делитель 9 питаетс  посто нным (сглаженным) током, а резисторный делитель 12 - пульсирующим током. Средн   точка опорного делител  9 подключена к инвертирующему входу операционного усилител  (компаратора 15), а средн   точка реэис- торного делител  12 - к неинвертирующему входу компаратора 15. Между по-. люсом выпр мленного сглаженного напр жени  и общей точкой устройства включены опорный делитель 16 напр жени , резисторный делитель 17 напр жени . Делитель 16 напр жени  образован резистором 18 и стабилитроном 19, а делитель 17 - резисторами 20 и 21. Средн   точка делител  17 подключена к инвертирующему входу второго компаратора 22, а средн   точка делител  16 - к неинвертирующему входу компаратора 22, образующего пусковой орган блока защиты от перегрузки. Выход компаратора 22 подключен в входам транзисторных ключей пр мой проводимости 23 и обратной проводимости 2. Транзисторные ключи 23 и 2k нагружены соответственно световыми индикаторами 25 и 26, Кроме того, выход транзис-- торного ключа 23 соединен с входом стабилитронно-резисторного аппрокси- матора 27, выход которого соединен с входом интегратора 28 на операционном усилителе и через резистор 29 с выходом транзисторного ключа 2. Выход интегратора 28 через первый диод ЗЭ элемента ИЛИ 31 соединен с исполнительным органом 32, имеющим на входе пороговый элемент (стабилитрон) 33, а на выходе - указательное реле, выход первого компаратора 15 через элемент 3 задержки времени соединен с вторым диодом 35 элемента ИЛИ 31. Anпроксиматор 27 имеет стабилитроны 36-39 и резисторы 40-43, причем стабилитроны имеют возрастающие пороги срабатывани  (UCT36 UCT37 UCT36 iUCT39), а резисторы имеют сопротив . а . ч Б делителей 12 блока 48 защиты от работы на

лени  R42 R43. Элемент 34 задержки времени имеет регулировочный резистор 44 и через резистор 45 и стабилитрон 46 соединен также с минусом питани . Делители 16 и 17, компаратор 22, транзисторные ключи 23 и 2, индикаторы 25 и 26, аппрок- симатор 27 и интегратор 28 образуют блок 47 защиты двигател  от пере грузки.

Делители 9,и 12, компаратор 15 образуют блок 48 контрол  последова-. тельности импульсов (контрол  фаз).

На фиг.2о приведен характер изменени  напр жени  и„ и U 9 и

двух фаза-х при разных положени х нагрузочного резистора 5 в процессе настройки при номинальном токе; на фиг.2Ј - изменени  напр жени  на выходе компаратора 15 в процессе настройки и схема блока 48 с указанием контрольных точек; на фиг.2Ь - изменение напр жени  U9 и Ur в процессе настройки блока 48 защиты от перегрузки и схема порогового органа этого блока; на фиг.2г - изменение напр жени  Ujg. на выходе компаратора 22 блока 47 в процессе настройки.

Преобразователи 1-3 могут быть выполнены в виде обычных трансформаторов тока с неизменными обмотками или иметь разборный ленточный магнитопро вод, на котором размещены два каркаса дл  обмоток. В последнем случае на одном каркасе наматываетс  вторична  обмотка при изготовлении устройства , на другом - первична  обмотка при вводе устройства в эксплуатацию Число витков первичной обмотки определ етс  из выражени  W

МДС ном

где МДС ном - номинальна  магнитодвижуща  сила преобразовател ; 11 ном - номинальный ток электродвигател . Число витков вторичной обмотки выбираетс  таким, чтобы обеспечить при холостом ходе электродвигател  напр жение питани  схемы, достаточное дл  работы схемы и срабатывани  исполнительного органа 32.

Стабилитроны 11 и 19 устройства .т „примерно одинаковые пороги сра

10

5346086

батывани , а стабилитроны аппроксима- тора - возрастающие пороги срабатывани . Они обеспечивают совместно с резисторами в их цепи и интегратором 28 оптимальную защитную характеристику дл  двигателей . всех мощностей .

Стабилизатор 6 ограничивает питающее напр жение на уровне, в 2,0 раза превышающем напр жение питани  при номинальном токе нагрузки, а стабилитрон 46 имеет порог срабатывани  на уровне 2,5-3,0 раза большем, чем напр жение питани  при номинальной нагрузке. Стабилитрон 33 имеет порог срабатывани , примерно равный 0,2- 0,3 от напр жени  питани  при номинальной нагрузке.

Устройство работает следующим образом .

15

20

5

0

5

Предположим, требуетс  защитить от перегрузки и работы на двух фазах электродвигатель мощностью 5,5 кВт, номинальный ток которого 11 А. Номинальна  МДС преобразователей 1-3 составл ет 90 ампервитков и они выполнены разборными. Перед монтажом устройства наматывают их первичные обмотки (по 8 витков /90/11 л 8/ провода соответствующего диаметра). Сопротивление нагрузочного резистора 5 уменьшают до нул . Далее производ т настройку.устройства на номинальный ток. Дл  этого пропускают по первичным обмоткам номинальный ток и, увеличива  сопротивление нагрузочного резистора 5 поднимают напр жение питани  схемы. При этом сначала напр 0 жение на инвертирующем входе компаратора 15 больше, чем на неинвертирующем входе, отчего на его выходе существует минус (фиг.2а иЈ). Одно-. . временно напр жение на неинвертирую5 тем входе компаратора 22 больше, чем на его инвертирующем входе, отчего на выходе компаратора 22 существует плюс (фиг.2 & и 1 . Под действием этого напр жени  транзисторный ключ 24 открыт , индикатор 26 светитс  и инвертирующий вход интегратора 28 соединен с минусом питани . При дальнейшем увеличении сопротивлени  нагрузочного резистора 5 напр жение питани  достигает сначала значени  напр жени  стабилизации стабилитрона 19t a потом такого значени , что напр жение Ug- Ua (фиг.2а и 5 ) , отчего компаратор 15 переключаетс , а на его выходе

0

5

по вл етс  плюс источника питани . При дальнейшем увеличении сопротивлени  резистора 5 Ur Uj, (фиг .2 Б и t), компаратор 22 переклю- чаетс  и на его выходе по вл етс  минус. Транзисторный ключ закрываетс , а ключ 23 открываетс . Загораетс  индикатор 25. Этот режим соответствует номинальному току элект- родвигател . На этом режим настройки закончен.

Устройство дл  защиты можно настроить не только на номинальный ток любого электродвигател , но и на лю- бой ток рабочего режима. Дл  этого после намотки первичной обмотки (если преобразователи 1-3 разборные), включени  устройства и вывода двигател  на рабочий режим постепенно уве личивают сопротивление резистора 5 до тех пор, пока не засветитс  индикатор 25, после чего сопротивление резистора 5 незначительно уменьшают, При такой настройке надо быть уверен ным, что рабочий режим двигател  име место при токе ниже номинального. После настройки монтируют устройство дл  защиты, включают первичные обмотки преобразователей 1-3 последова- тельно с обмотками защищаемого электродвигател  и включают двигатель в работу.

При токе электродвигател  меньше номинального светитс  индикатор 26, а при номинальном токе - индикатор 25. Если загрузка на валу электродвигател  возрастает выше номинальной (на 5-10%), пробиваетс  стабилитрон 36 и включаетс  в работу аппроксима- тор 27 и интегратор 28. На выходе последнего отрицательное напр жение постепенно возрастает. Скорость роста напр жени  на выходе интегратора 28 определ етс  сопротивлением реэисто- ра 0 и емкостью конденсатора интегратора 28. Если ток двигател  еще больше увеличиваетс , то включаетс  Е) работу стабилитрон 37 и скорость интегрировани  возрастает, Наиболее быстро происходит увеличение напр жени  на выходе интегратора 28 при включении в работу всех стабилитронов аппроксиматора 27. В этом случае резисторы оказываютс  включенными параллельно, результирующее сопротивление их уменьшаетс , следовательно , скорость интегрировани  интегратора 28 увеличиваетс . При достижении на выходе интегратора 28 напр жени  пробо  стабилитрона 33 происходит срабатывание исполнительного органа 32 и отключение электродвигател  от сети.

При уменьшении тока ниже номинального транзисторный ключ 23 закрываетс , а транзисторный ключ 2 открываетс . Происходит интегрирование напр жени  в обратную сторону, т.е. уменьшение отрицательного напр жени  на выходе интегратора 28. Тем самым интегрируетс  охлаждение электродвигател .

При пуске двигател  напр жение питани , поступающее от блока kt становитс  больше напр жени  стабилизации блока 6, отчего вс  схема оказываетс  под стабильным напр жением 2ином (номинального режима) за исключением стабилитрона А6, который имеет порог срабатывани  больший, чем стабилитрон блока 6. Включаетс  в работу блок 7. Одновременно ста-- билитрон U6 пробиваетс  и происходит быстрый зар д конденсатора блока 3 задержки времени. Врем  задержки регулируетс  резисторами kk и 45 и выбираетс  незначительно большим, чем врем  пуска электродвигател  в нормальных услови х. Поэтому в Нормальных услови х пуска отключение двигател  от сети не происходит.

При возникновении режима заторможенного ротора (предельный случай перегрузки) включаетс  в работу ап- проксиматор 27. Одновременно пробиваетс  стабилитрон 6 и с небольшой задержкой времени включаетс  исполнительный орган, а двигатель отключаетс  от сети.

В режиме короткого замыкани  цепе электродвигател  устройство работает аналогично режиму заторможенного ротора с той лишь разницей, что срабатывание устройства происходит за меньшее врем  в св зи с большим напр жением , поступающим на стабилитрон 6 от выпр мител  k.

При возникновении двухфазного режима работы напр жение tig- имеет провалы до нул , следовательно, периодически возникает режим Ua U (фиг.2$) отчего компаратор 15 периодически переключаетс  и на его выходе по вл ютс  импульсы отрицательного напр жени . С небольшой задержкой времени отрицательное напр жение поступает

9153 608

на вход элемента ИЛИ 31 и далее на исполнительный орган 32. При достижении напр жени  срабатывани  стабилитрона 33 исполнительный орган 32 , включаетс  и двигатель отключаетс  от сети. Задержка на срабатывание регулируетс  резистором й,

Таким бразом, снабжение блока перегрузки двум  транзисторными ключа- JQ ми разной проводимости, нагруженными световыми индикаторами, позвол ет надежно проводить настройку устройства на номинальный (рабочий) ток разных по мощности электродвигателей. 15

Снабжение блока перегрузки стаби- литронно-резисторным аппроксиматором, включенным на выходе транзисторного ключа, срабатывающего при нагрузке, равной или выше номинальной, и под- 20 ключение этого аппроксиматора к инвертирующему входу интегратора на базе операционного усилител , а также подключение инвертирующего входа к

10

дои, нейтраль которой соединена с клеммой дл  подключени  к общей шине питани  устройства, другие выводы вторичных обмоток соединены с входами трехфазного двухполупериодного вы пр мител , выход которого зашунтиро- ван переменным нагрузочным резистором , блок контрол  последовательности импульсов, конденсатор фильтра блок защиты электродвигател  от пере грузки, исполнительный орган с пороговым элементом на входе, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и точности согласовани  защитной характеристики устройства и перегрузочной способнос ти электродвигател , оно дополнитель но снабжено параметрическим стабилизатором , разв зывающим диодом, эле ментом задержки времени, элементом ИЛИ, а блок контрол  последовательности импульсов выполнен в виде операционного усилител , включенного в

выходу транзисторного ключа, срабаты- 25 Режиме компаратора, опорного делител  напр жени , образованного последо вательно включенными резистором и стабилитроном и подключенным между катодом разв зывающего диода и минусом трехфазного двухполупериодного выпр мител , резисторного делител  напр жени , подключенного между анодом разв зывающего диода и минусом упом нутого выпр мител , при этом инвертирующий вход компаратора соединен со средней тонкой опорного делител , неинвертирующий вход компаратора - со средней точкой резисторного делител , а выход компаратора соединен с входом элемента задержки времени, при этом разв зывающий диод включен в пр мом направлении между параметрическим стабилизатором и конденсато1- ром фильтра, вход параметрического стабилизатора соединен с выходом упом нутого выпр мител , блок защиты электродвигател  от перегрузки выполнен в виде второго резисторного и второго опорного делителей, второго компаратора, транзисторного ключа пр мой проводимости и транзисторного ключа обратной проводимости, в коллекторную цепь каждого из которых включен световой индикатор, интегратора на операционном усилителе и ста- билитронно-резистормого аппроксиматора , при этом второй резисторный и опорный делители напр жени  подключены между катодом разв зывающего диода

вающего при нагрузке, ниже номинальной , обеспечивают большую точность согласовани  защитных характеристик устройства и перегрузочной способности электродвигателей.

Наличие в устройстве диода, раздел ющего напр жение питани  на пульсирующее и выпр мленное, и снабжение блока контрол  последовательности импульсов резисторным и опорным дели- тел ми напр жени  на входе операционного усилител  и питание одного делител  сглаженным, а другого пульсирующим напр жени ми позвол ют надежно выделить режим работы на двух фа- зах, т.е. повысить надежность работы устройства.

Эффект от применени  устройства св зан с уменьшением эксплуатационных затрат при использовании однотипного защитного устройства дл  всех электродвигателей , примен емых на предпри тии .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  защиты трехфазного электродвигател  от перегрузки и обрыва фазы, содержащее три преобразовател  тока в напр жение с выводами первичных обмоток дл  включени  в каждой фазе между клеммами сети и защищаемого электродвигател , вторичные обмотки которых соединены звез10

   дои, нейтраль которой соединена с клеммой дл  подключени  к общей шине питани  устройства, другие выводы вторичных обмоток соединены с входами трехфазного двухполупериодного выпр мител , выход которого зашунтиро- ван переменным нагрузочным резистором , блок контрол  последовательности импульсов, конденсатор фильтра, блок защиты электродвигател  от перегрузки , исполнительный орган с пороговым элементом на входе, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и точности согласовани  защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигател , оно дополнительно снабжено параметрическим стабилизатором , разв зывающим диодом, элементом задержки времени, элементом ИЛИ, а блок контрол  последовательности импульсов выполнен в виде операционного усилител , включенного в

   5 Режиме компаратора, опорного делите0

   5 о

   5

   0

   5

   л  напр жени , образованного последовательно включенными резистором и стабилитроном и подключенным между катодом разв зывающего диода и минусом трехфазного двухполупериодного выпр мител , резисторного делител  напр жени , подключенного между анодом разв зывающего диода и минусом упом нутого выпр мител , при этом инвертирующий вход компаратора соединен со средней тонкой опорного делител , неинвертирующий вход компаратора - со средней точкой резисторного делител , а выход компаратора соединен с входом элемента задержки времени, при этом разв зывающий диод включен в пр мом направлении между параметрическим стабилизатором и конденсато1- ром фильтра, вход параметрического стабилизатора соединен с выходом упом нутого выпр мител , блок защиты электродвигател  от перегрузки выполнен в виде второго резисторного и второго опорного делителей, второго компаратора, транзисторного ключа пр мой проводимости и транзисторного ключа обратной проводимости, в коллекторную цепь каждого из которых включен световой индикатор, интегратора на операционном усилителе и ста- билитронно-резистормого аппроксиматора , при этом второй резисторный и опорный делители напр жени  подключены между катодом разв зывающего диода

   Фиг. г

   Составитель О.Орлов Редактор И.Шулла Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

   Заказ k3

   Тираж b6k

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, «-35, Раушска  наб., д. й/5

   Подписное