Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ , ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ,. СОдержащее последовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный преобразователь,, интегратор и пороговый элемент, дру ,гой вход которого через стабилитрон подключен к выходу датчика якорного тока, источник питания и исполнительный элемент, отличающее-с я тем,, что, с целью повышения надежности защиты путем исключения поворотавала двигателя при включеНИИ питания, интегратор выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя и элемента с переменным сопротивлением, выполненного на транзисторе,коллектор .которого соединен через резистор с источником питания и через конденсатор с прямым входом операционного усилителя, инверсный вход кото- . рого соединен со средней точкой резистивного делителя, подключенноi го к источнику питания, прямой вход операционного усилителя через вновь (Л введённую параллельную цепь и-з задающего резистора, зашунтированного последовательной цепью из диода и резистора, подключен к выходу функ-4 ционального преобразователя. о 4;: СО 00 00

(19) .(11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) Н 02 Н 7 08 й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3425746/24-07 (22) 20..04.82 (46) 23.09.83. Вюл. Р 35 (72) A. A. Прокопенко, Н.A. Процерова, В.В. Гульманов, Н.С. Литвин и .В. Дергачева (71) Украинский научно- исследовательскии институт станков и инстру-. ментов (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 286024/07, кл. Н 02 Р 5/06, 1970, 2. Авторское свидетельство СССР М 655012/07, "кл. Н 02 Н 7/08, 1979. (4)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ЗА)ЦИТО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ . Содержащее последовательно .соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный преобразователь,. интегратор и .пороговый элемент, дру, гой вход которого через стабилитрбн подключен к выходу датчика якорного тока, источник питания и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ е е- . с я тем, что, с целью повышения надежности защиты путем исключения поворота. вала двигателя при включе- нии питания, интегратор выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя .и элемента с переменным сопротивлением, выполненного на транзисторе, коллектор которого соединен через резистор с источником питания и через конденсатор с прямым входом операционного усилителя, йнверсный вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя, подключенного к источнику питания, прямой вход Q операционного усилителя через вновь введенную параллельную цепь из задающего резистора, зашунтированного последовательной цепью.ив диода С и резистора, подключен к выходу функ ционального преобразователя.

1043783

Изобретение относится к электротехнике и может йайти применение в системах управления для защиты электродвигателей от длительных и кратковременных перегрузок, а также от проворота вала двигателя в момент включения питания. о

Известно устройство для защиты электродвигателя, содержащее последовательно соединенные датчик . якорного тока, функциональный преобразователь, интегрирующее звено, пороговое устройство, другой вход которого подключен к выходу датчика якорного тока,fg .

Недостатком данного устройства является низкая надежность, обус ловленная тем, что в момент включения отсутствует блокировка сигнала управления двигателем при включении питания. Это приводит к тому, что во время переходных процессов в элементах системы управления дви|гатель кратковременно подключается к силовому источнику питания и вал двигателя проворачивается., Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для защиты электродвигателя, содержащее последовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный преобразователь, интегрируюцее звено, .выполненное, например,,на задающем резисторе, соединенном с конденсатором, пороговый элемент, другой вход которого подключен через стабилитрон к выходу датчика модуля якорного тока, а также источник питания (2) .Недостатком известногО устройства является низкая надежность эащиты, не исключающей проворот вала при подключении двигателя к сило.вому источнику питания в момент включения схемы управления. Двигатель отклЮчается от силового источника, питания при наличии кратковременной перегрузки по току (цепь: датчик модуля якорного тока, стабилитрон, другой вход порогового элемента) и при длительной перегрузке, при которой время срабатывания зависит от тока якоря и тепловой постоянной времени двигателя (цепь: датчик модуля тока, функциональный преобразователь, ийтегратор, пороговый элемент).

Проворот вала осуществляется,в течение короткого промежутка времени, а ток якоря не успевает достигнуть порога стабилитрона.

Кроме того, при включении питания переходные процессы в интегрирующем звене и функциональном преобразователе длятся определенный промежуток времени, в течение которого схема неуправляема. Следовательно, чэвестное устройство для

65 защиты электродвигателя не обеспечи вает надежную блокировку силового источника питания в момент включения питания, что может привести в конечном счете к снижению качества обработки на станке и даже к браку продукции и аварийным ситуациям.

Целью изобретения является повышение надежности защиты путем исключения поворота вала двигателя при включении питания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты электродвигателя от перегрузок, содержащем последовательно соединенные датчик модуля якорного тока, функциональный, преобразователь, интегратор и пороговый элемент,. другой вход которого через стабилитрон подключен к выходу датчика модуля якорного тока, а также источник питания и,исполнительный элемент, интегратор выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя и элемента с переменйым сопротивлением, выполненного на транзисторе, коллектор которого соединен. через резистор с источником питания и через конденсатор с прямым входом операционного усилителя, инверсный вход кото» рого соединен со средней точкой резистивного делителя, подключенного к источнику питания, прямой вход: операционного усилителя через вновь введенную параллельную цепь из. задающего резистора, заыунтированного последовательнои цепью из дио-. да и резистора, подключен к выходу функционального преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурнопринципиальная схема устройства для эациты электродвигателя от перегрузки, на фиг. 2 — пример подключения устройства в электройриводе, на фиг. 3 — временные диаграммы выходных напряжений элемента с переменным сопротивлением и порогового элемента.

Устройство для зациты электродвигателя содержит последовательно соединенные датчик 1 модуля якорного тока, функциональный преобразователь 2, интегрирующее звено, вы. полненное на задающем резисторе 3 и конденсаторе 4, пороговый элемент 5. Вход порогового элемента

5, соединенный с конденсатором,4, подключен к выходу элемента с переменным сопротивлением 6. Вход элемента с переменным сопротивлением б соединен с выходом операционного усилителя 7, прямой вход которого через. цепь из последовательно соединенных резистора 8 и диода 9 сое динен с выходом функционального преобразователя 2. Инверсный вход

1043783 операционного усилителя 7 через цепь

10 смещения соединен с источником

11 питания, к которому также подключен элемент с переменным сопротивлением 6. Второй. вход порогового элемента 5 через стабилитрон 12 соединен с. выходом датчика модуля тока.

Элемент,с переменным сопротивлением 6 может быть выполнен на транзисторе 13, база которого через .10 резистор 14 соединена с выходом операционндго усилителя 7 и через резистор 15 с эмиттером и с общей шиной питания. Коллектор транзистора

13 соединен через резистор .16 с источником 11 питания, конденсатором 4 и входом порогового элемен 15

1 ние (например, положительное) источника 11 через резистор 16., конденса» тор 4 поступает на прямой вход операционного усилителя 7, на выходе котоРого появляется положитель- 45 ное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя 7 посту- : пает на. базу транзистора 13 через делитель, образованный резисторами

:14 и 15. Транзистор .13 открывается, .:.5 сопротивление коллектор-эмиттер резко уменьшается. Потенциал на выхо- де элемента с переменным сопротивлением 6 (на коллекторе транзисто-, ра 13) практически определяется соотношением резистора 16 и сопротивлением коллекторно-эмиттерного перехода. Сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 13 выбирается таким (с помощью резисторов 14 и 15), чтобы потенцй-. 4О ал в момент включенйя питания на . выходе элемента с переменным сопро тивлением бып меньше порога срабатывания порогового устройства 5. На выходе порогового элемента 5 в мо- 65 та,5.

Цепь 10 смещения может быть вы- - полнена на резисторе 17, включенном между общей шиной питания и инверсным входом операционного усили.теля 7, которыи через резистор 18 соединен с источником 11 питания.

Выход порогового элемента 5 пбдклю- .чается к наполнительному элементу, например, к цепи управления ключа . 19, который включен между формирователем 20 импульсов управления и цепью управления .силового ключа 21.

Силовой ключ 21 соединен с двигателем 22, в якорную цепь которого включен шунт 23, соединенный с входом датчика 1 модуля .якорного.тока. Двигатель 22 через ключ 21 под- ключен к силовому источнику пита-. . ния.

Устройство для защиты электро-. двигателя работает следующим образом.

При включении питания напряже- 40 мент появляется сигнал, разный нулю и ключ 19 отключает выход формирователя 20 импульсов от управляющеи цепи силового ключа 21. Двигатель 22 отключен от силового источника питания. Проворот вала исключен.

Конденсатор 4, который в момент включения питания .представлял собой короткозамкнутый участок цепи, на-: чинает заряжаться по цепи: источник 11 питания, резистор 16, резистор 8, диод 9,выходное сопротивление функционального преобразователя 1, общая шина питания. Потенциал на прямом входе операционного усилителя 7 начинает уменьшаться, транзистор 13 закрывается и сопротивление между, коллектором и эмитте.— ром возрастает, Конденсатор 4 -продолжает заряжаться до напряжения, определяемого резистором 16 и новым значением .сопротивления коллекторно-эмиттерного перехода транзис- . тора 13. Потенциал на прямом входе операционного усилителя 7 продолжает уменьшаться, транзистор 13 продолжает закрываться. Процесс заряда конденсатора 4 происходит до тех пор, пока транзистор 13 полнос-. тью не закроется. Удержание транзистора 13 в закрытом состоянии осуществляется отрицательным напряжением операционного усилителя 7, на инверсный вход кдторого .через цепь

10 смещения, образованную делителем ;на резисторах 17 и 18, поступает

i положительный потенЦиал.

Когда транзистор 13 "закроется, напряжение на выходе элемента с переменным сопротивлением 6 достигнет порога .срабатывания порогового элемента 5 и последний всздействует на ключ 19. Ключ,19 подсоединяет выход формирователя 20 импульсов к цепи управления силовым ключом.

21. Электропривод подготовлен. к работе.

Ф

Время блокировки силового ключа 21 при включении питания опре- деляется временем переходных процессов в формирователе 20 импульсов и задается резистором 8. Величина резистора 16 выбирается такой, чтобы в момент включения питания

"всплеск" напряжения на выходе элемента с .переменным сопротивлением 6 был меньше порога срабаты- вания порогового элемента 5 (фиг. 3).

Накопление заряда конденсатора

4 в момент включения привода и разряд конденсатора 4 при длительном превышении током якоря допус анимой величины осуществляется по линейному закону, а именно, прдпорцИо- нально величинам сопротивлений резисторов 8 и 3, соответственно.

1043783

При наличии импульсов с выхода формирователя 20 двигатель 22 подключается к силовому источнику питания. Среднее напряжение на якоре двигателя. 22 зависит от частоты скважности импульсов управле.ния (при постоянной частоте следования импульсов) . При нагрузке на валу двигателя 22 появляется якорный,ток, который создает падение. напряжения на шунте 23. На выходе датчика 1 модуля тока появляется напряжение (например, положительной полярности), соответствующее величине якорного тока. На выходе функционального преобразователя 2 15 появляется напряжение, соответствующее квадрату якорного тока. Выходное напряжение (например, положительное) функционального преобразователя 2 через резистор 3 поступает на прямой вход операционного усилителя 7. Выходное напряжение операционного усилителя 7 через делитель, выполненный на резисторах 14 и 15, поступает на базу транзистора 13, открывая его. Конденсатор 4 начинает разряжаться по це- пи: конденсатор коллекторно-эмит-. терныи переход-транзистора 13, общая шина питания, выходное сопротивление функционального преобразователя, резистор 3. На прямом .входе операционного усилителя

7 возрастает разность напряжения функционального преобразователя 2 и напряжения на обкладке конденсатора. На выходе операционного усилителя 7 сигнал возрастает и транзистор 13 еще больше открывается.

Если ток якоря двигателя меньше либо равен номинальному, напря- 40 .жение на выходе элемента с переменным сопротивлением не достигнет порога срабатывания порогового эле-, мента 5 за счет напряжения с выхода цепи 10 смещения . Если же ток якоря превысит номинальный, то время, через которое пороговый эле-. мент 5 срабатывает, зависит от тепловой постоянной времени двигателя и задается резистором 3. Величина резистора 3 на порядок превышает величину резистора 8. Датчик 1 модуля якорного тока, функциональный преобразователь 2, резистор 3, емкость 4, операционный усилитель 7, элемент с переменным сопротивлением б образуют тепловую модель двигателя 22.

Следовательно, при длительном превышении током якоря номинальной величины устройство для защиты электродвигателя срабатывает, предотвращая Щ недопустимый перегрев двигателя 22.

На фиг. 3 интервал времени 0-t<соответствует времени блокировки при включении питания. Интервал времени t<- t< соответствует режиму ра- 65 боты привода, когда ток якоря не превышает номинальный. Интервал времени t<-t соответствует режиму

3 когда ток двигателя длительно превышает номинальную величину. При кратковременной перегрузке по току во время переходных процессов режим отсечки осуществляется по цепи: шунт 23,датчик-модуля якорного тока, стабилитрон 12, вход (например, инверсный) порогового элемента 5, управляющая цепь ключа 19, силовой ключ 21. При достижении выходньм напряжением датчика 1 модуля якорного тока порога стабилитрона 12 (что соответствует режиму отсечки) на выходе порогового элемента 5 появляетоя ноль и ключ 19 отключает формирователь 20 от цепи управления силового ключа 21. Ключ 21 отключает двигатель 22 от силового источника питания. Ток якоря уменьшается и пороговый элемент 5 возвращается в исходное состояние, подключая формирователь 20 импульсов через ключ 19 к управляющей цепи силового ключа 21, который подключает двигатель 22 к. силовому источнику питания. Ток якоря возрастает и процесс повторяется до тех пор, пока скорость двигателя 22 не достигнет установившейся величины.

Таким образом поддерживается ток отсечки во время переходных про- . цессов. Продолжительность переходных процессов в двигателе 22 на порядок меньше времени, за которое напряжение на выходе элемента с переменным сопротивлением б достигнет порога срабатывания порогового элемента 5 при токе на входе датчи- ка 1 модуля якорного тока, соответствующем току отсечки.

Устройство для защиты электродвигателя надежно-предотвращает проворот вала двигателя 22 в момент включения питания, исключает перегрев двигателя 22 при длительных и кратковременных перегрузках. Раз-. дельная настройка элементов в цепи заряда и разряда конденсатора позволяет при заданной линеиности выходного напряжения элемента с переменным сопротивлением регулировать время блокировки при включении питания и при длительной перегрузке.по току.

Ilo сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности защиты путем исключения проворота вала в момент включения .литания, и путем исключения перегрева двигателя при длительных и кратковременных перегрузках и, тем самым, способствует качественной обработке на станке, повышению безопасности и продлению срока службы двигателя.

1043783

Составитель И.. Зимаков

Редактор A. Шандор . ГехредN.Êîcòèê КорреКторС. Шекмар Заказ 7352/58 тираж 617 Подписное

BHHHItH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,: ул Проектная, 4