Устройство для самонастраивающейся токовой защиты электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к токовой защите электродвигателей. Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения независимости срабатывания защиты от скорости нарастания тока. Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены делитель 16 частоты, определяющий кратность самонастраивающейся установки по отношению к пусковому току, суммирующий двоичный счетчик 17, выполняющий роль регистра памяти, формирующего величину самонастраивающейся уставки, D-триггер 14, управляемый аналоговым компаратором 8 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7 и элементом обнуления схемы, и двухвкодовая логическая схема И 24, определяющие порядок прохождения импульсов генератора 9 стабильной частоты АЦП 7 на вход делителя 16 частоты и су 5 рующего двоичного счетчика 17, цифров йкомпаратор 18, входами подключенный к выходам разрядов АЦП 7 и суммирующего двоичного счетчика 17, дешифратор 19, определяющий максимально допустимое значение пускового тока, входами подключенный к выходам разрядов АЦП 7, при этом выходы счетчика 10 и дешифратора 19 воздействуют на исполнительный орган 22. 3 ил. i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1339735 А1

GD 4 H 02 H 7!08, 5/04, 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ мвс

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4038989/24-О7 (22) 17.02.86 (46) 23,09.87, Бюл. Р 35 (7 1) Винницкий электротехнический завод (72) В.N.Ñîêoë и В,Ç,Шнайдер (53) 625,316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1138872, кл. Н 02 Н 3/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 471635, кл. Н 02 Н 3/08, 1973, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ САНОНАСТРАНВА10ЩИ1СЯ ТОКОВОЙ ЗЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к токовой защите электродвигателей, Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения независимости срабатывания защиты от скорости нарастания тока ° Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены делитель 16 частоты, определяющий кратность самонастраивающейся установки по отношению к пусковому току, суммирующий двоичный счетчик 17, выполняющий роль регистра памяти, формирующего величину самонастраивающейся уставки, D-триггер 14, управляемый аналоговым компаратором 8 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7 и элементом обнуления схемы, и двухвходовая логическая схема И 24, определяющие порядок прохождения импульсов генератора 9 стабильной частоты

АЦП 7 на вход делителя 16 частоты и с ирующего двоичного счетчика 17, цифрово компаратор 18, входами подключенный к выходам разрядов АЦП 7 и суммирующего двоичного счетчика 17, дешифратор 19, определяющий максимально допустимое значение пускового тока, входами подключенный к выходам разрядов АЦП 7, прн этом выходы счетчика 10 и дешифратора 19 воздействуют на исполнительный орган 22. 3 ип.

1339735

Изобретение относится к электротехнИке, а именно к токовой защите элек тродв игат елей, Цель изобретения — повышение на5 дежности устройства самонастраивающейся токовой защиты электродвигателей путем обеспечения независимости срабатывания защиты от скорости нарастания тока. 10

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 и 3 — примеры реали зации входящих в устройство блоков, Устройство содержит блок 1 отбора информации, в состав которого входят трансформаторы 2-4 тока, преобразующие действующее значение фазных

1 токов в напряжение„ трехфазный двухполупериодный выпрямитель 5 и сглаживающий контур 6; аналого-цифровой 20 преобразователь (АЦП) 7 следящего типа, в состав которого входят аналоговый компаратор 8, генератор 9 импульсов стабильной частоты, реверсивный двоичный счетчик 10, усилитель 25

11 сигналов и резистивная матрица 12 типа R-2R; логический инвертор 13, входом подключенный к выходу аналого. вого компаратора 8, а выходом соединенный с тактовым С-входом D-тригге- Зр ра 14, D-вход и R-вход которого соединены с нейтралью источника питания, а прямой выход соединен с первым входом двухвходовой логической схемы И 15, вторым входом соединенной с выходом генератора 9 АЦП 7, а. выходом соединенной с входом С делителя 16 частоты; суммирующий двоичный счетчик 17, счетный вход С которого соединен с выходом делителя 16 час- 40 тоты; цифровой компаратор 18, входы логического слова М которого поразрядно соединены с выходами разрядов

АЦП 7, а входы логического слова N поразрядно соединены с выходами раз- 45 рядов суммирующего двоичного счетчика 17; дешифратор 19, входы которого поразрядно соединены с выходами разрядов АЦП 7; элемент 20 обнуления схемы, вход 21 которого соединен с управляющим выходом исполнительного органа 22, а выход 23 соединен с установочным S-входом D-триггера 14, установочным R-входом делителя 16 частоты, установочным R-входом суммирующего двоичного счетчика 17 и установочным R-входом реверсивного счетчика 10; трехвходовую логическую схему И 24, первый вход 25 которой соединен с. выходом цифрового компаратора 18, второй вход 26 соединен с инверсным выходом D-триггера 14, третий вход 27 соединен с выходом аналогового компаратора 8; двухвходовую логическую схему ИЛИ 28, первый вход 29 которой соединен с выходом логической схемы И 24, второй вход 30 соединен с выходом дешифратора 19, а. выход соединен с управляющим входом 31 исполнительного органа 22, силовыми входами подключенного к фазам А, В и С трехфазной сети, а силовыми выходами соединенного с электродвигателем 32, Устройство работает следующим сбразом, При включении электродвигателя

32 исполнительным органом 22 последний, воздействуя на вход 21 элемента .20 обнуления схемы, запускает его.

На выходе 23 элемента 20 обнуления схемы формируется при этом одиночный импульс, длительность которого значительно меньше времени нарастания пускового тока электродвигателя.

Этот импульс поступает íà S-вход

D-триггера 14, устанавливая его в единичное состояние, и на R-входы реверсивного счетчика 10, делителя

16 частоты и суммирующего двоичного счетчика 17, устанавливая оба счетчика и делитель частоты в нулевое состояние, При появлении тока в фазах А, В и С трехфазной сети трансформаторы

2-4 тока преобразуют значения фазны токов в напряжение

U; = К. I; где Х, — величина тока в соответствующей фазе, Kг — коэффициент пропорциональности, Выходное напряжение трансформаторов 2-4 выпрямляется трехфазным двухполупериодным выпрямителем 5 и сглаживающим контуром 6, причем на выходе последнего, являющемся выходом блока 1 отбора информации, образуется постоянное напряжение, уровень кото- рого пропорционален току трехфазной сети. Это напряжение поступает на прямой вход аналогового компаратора 8, являк>щийся входом АЦП 7. При возрастании уровня напряжения, обусловленном возрастанием тока трехфазной сети, на выходе компаратора 8 формируется уровень логической "1", посту1339735 пающий на реверсирующий вход (+11 ре версивного счетчика 10 который при этом работает как суммирующий счетчик .

Импульсы генератора 9 стабильной частоты f заполняют счетчик 10 и на его разрядных выходах, являющихся разрядными выходами АЦП 7, появляется двоичный код, соответствующий 10 уровню входного сигнала АЦП 7 и току трехфазной сети. Одновременно импульсы генератора 9 поступают на второй вход двухвходовой логической схемы И 15, на первый вход которой с пря-15 мого выхода D-триггера 14, находящегося в единичном состоянии, поступает уровень логической 1, разрешающий прохождение импульсов генератора 9 через логическую схему И 15 на тактовый вход С делителя 16 частоты, коэффициент деления К которого определяет кратность самонастраивающейся токовой уставки по отношению к вели— чине пускового тока электродвигате- 26 ля 32, а с выхода делителя 16 частоты на счетный вход С суммирующего двоичного счетчика 17 поступают импульсы стабильной частоты

f

К

После достижения током трехфазной сети величины, равной максимальному значению пускового тока электродвигателя 32, и после перехода через мак35 симально е значение на выходе анало гового компаратора 8 формируется уровень логического "0, поступающий на реверсирующий вход (+1) реверсивного счетчика 10 и настраивающий последний 40 на работу в режиме вычитающего счетчика, что позволяет AU)I 7 отслеживать уменьшение тока трехфазной сети.

Одновременно изменение уровня логической 1 до уровня логического 0 45 на выходе аналогового компаратора 8 вызывает изменение уровня логического "О" до уровня логической "1" на выходе логического инвертора 13, входом соединенного с выходом компаратора 8, что вызывает переход D-триггеI ра 14, тактовый вход С которого соединен с выходом логического инвертора 13, а на управляющий 0-вход постоянно поступает уровень логическо— го "0", в нулевое состояние.

30 ст нам где I „а„— - номинальный ток электродвигателя 32.

При дальнейшей работе электродвигателя ток в трехфазной сети снижается до уровня I „, причем соответствующее току I „,„ двоичное число с разрядных выходов АЦП 7 поступает на разрядные входы М цифрового компаратора 18, на разрядные входы N которого поступает двоичное число, записанное в счетчик 17. При нормальной работе электродвигателя 32 двоичное число на выходе АЦП 7, соответствующее току I,, меньше двоичного чисНа прямом выходе триггера 14, соединенном с первым входом двухвходовой логической схемы И 15, появляется уровень логического "0", запрещающий дальнейшее прохождение импульсов генератора 9 через логическую схему И 15 на С-вход делителя 1б частоты и дальнейшее заполнение суммирующего двоичного счетчика 17. Посколь— ку D-триггер 14 может быть переведен в единичное состояние только элементом 20 обнуления схемы при повторном пуске электродвигателя 32, суммирующий счетчик 17 сохраняет свое состояние на протяжении всего периода ра— боты электродвигателя 32, играя роль регистра памяти, в котором записано двоичное число, соответствующее самонастраивающейся токовой уставке устройства защиты.

Так как при возрастании пускового тока электродвигателя до максимального значения происходит параллельное заполнение реверсивноrn счетчика 10 импульсами частоты f и суммирующего двоичного счетчика 17 импульсами частоты f. двоичное число, записанное в суммируюший двоичный счетчик 17 в момент достижения пусковым током MBK симальной величины, в К раз меньше максимального значения двоичного числа, формируемого на выходе реверсивного счетчика 10 и соответствующего максимальному значению пускового тока. Соответственно самонастраивающаяся токовая уставка пчск. ь акс

I уст

Изменение коэффициента деления К делителя 16 частоты позволяет изменять кратность самонастраивающейся токовой уставки по отношению к пусковому току. Коэффициент К выбирается так, чтобы обеспечить

1339735 ла, записанного в счетчик 17 и соответствующего токовой уставке I gy и на выходе цифрового компаратора 18 формируется уровень логического "0 .

При перегрузке электродвигателя ток в трехфазной сети начинает превышать величину I>„q, хотя остается меньше уровня I„„,„ „, . При этом двоичное число на разрядных входах M цифрового компаратора 18, поступающее с разрядных выходов АЦП 7, начинает превышать двоичное число на разрядных входах N, поступающее с разрядных выходов счетчика 17, на выходе цифрового компаратора 18 появляет ся уровень логической "1", являющийся сигналом срабатывания защиты и поступающий на первый вход 25 трехвходовой логической схемы И 24, на второй вход 26 которой поступает разрешающий сигнал с инверсного выхода Dтриггера 14, чем предотвращается ложное срабатывание защиты при превышении двоичного числа, соответствующего пусковому току,.над двоичным числом, записанным в суммирующий счетчик 17, в период формирования самонастраивающейся уставки, и на третий вход 27 которой поступает разрешающий сигнал с выхода аналогового компаратора 8, чем обуславливается срабатывание защиты только при возрастании тока трехфазной сети и предотвращается ложное срабатывание защиты при снижении тока электродвигателя от 1 „„,„,„„„, до I „„. в пусковой период.

Сигнал с выхода трехвходовой логической схемы И 24 поступает на первый вход 29 двухвходовой логической схемы ИЛИ 28, выход которой воздействует на управляющий вход 31 исполнительного органа 22, чем обеспечивается отключение электродвигателя 32 при его перегрузке.

Если при включении электродвигателя 32 пусковой ток превышает максимально допустимое значение, на выходе АЦП 7 появляется соответствующее двоичное число, вызывающее появление уровня логической "1" на выходе дешифратора 19, на втором входе 30 и на выходе двухвходовой логической схемы ИЛИ 28 и на управляющем вхо. де 31 исполнительного органа 22, чем обеспечивается отключение электродвигателя 32 от сети.

Аналоговый компаратор 8 АЦП 7 IIQ строен на интегральной микросхеме DAI типа 521САЗ. Кроме того, в качестве аналогового компаратора могут быть

Ф применены микросхемы типа К554СА2, К554СА3, К554СА4. Генератор 9 АЦП 7 построен на микросхеме DDI типа

564ТМ2, представляющей собой два не10 зависимых D-триггера (в схеме генератора использован один из них). При необходимости повышения точности АЦП приведенный на фиг.2 генератор 9 может быть заменен кварцевым генерато 5 ром.

Реверсивный счетчик 10 АЦП 7 реализован на двух последовательно соединенных микросхемах DD2 и DDÇ типа ,564ИЕll„каждая из которых представ20 ляет собой 4-разрядный двоичный ре версивный счетчик. Реверсирующие входы (+1) обеих микросхем (вывода 10) соединены между собой и подключены к выходу аналогового компаратора 8 (к

25 выводу 1 микросхемы DA1). Выход переноса (вывод 7) микросхемы DD2 соединен с тактовым входом С (вывод 15) микросхемы DDÇ, а тактовый С-вход (вывод 15) микросхемы DD2 и вход PE .

30 разрешения счета (вывод 1) микросхе— мы DDÇ соединены с выходом генератора 9 (вывод микросхемы DDl).

Остальные входы микросхем РП2 и DDÇ соединены с нейтралью источниЗ5 ка питания. Выходы этих микросхем яв. ляются выходами разрядов АЦП 7, причем выходы микросхемы DD2 являются четырьмя младшими, а выходы микроСхемы DDÇ вЂ” четярьмя старшими разрядами

40 8-разрядного двоичного кода АЦП 7.

Кроме того, выходы микросхем DD2 и 003 через усилитель 11 сигналов, реализованный на микросхемах DD4 и DD5 типа

564ПУ4, соединены с разрядными входа4В ми резистивной матрицы типа R — 2R, в качестве которой применена микросхема DA2 типа 304ИД4Б, причем выход последней (вывод 1) соединен с инверсным входом (вывод 3) микросхемы

50 DA1. В качестве резистивной матрицы типа R — 2R могут быть применены также микросхемы типа 301НР4, 301НР6, 301HPl2 и другие функционально подобные типы микросхем.

D-триггер 14 представляет собой неиспользованный триггер микросхемы DD1 типа 564ТМ2.

Поскольку пусковой ток электродвигателя превышает его номинальный ток

1339735 не более, чем в 5-10 раз, а ток самонастраивающейся уставки должен быть меньше пускового и больше номинального, достаточно установить коэффициент деления частоты К:=2-3.

В качестве делителя 16 частоты использован включенный по счетному входу D-триггер (микросхема ВП6 типа

564ТМ2). При этом К = 2. При необ- 1О ходимости установки большего значения К в качестве делителя частоты может быть использован двоичный счет- чик типа 564ИЕ10 или делитель частоты с переменным регулируемым коэффици- 16 ентом деления.

Двоичный суммирующий счетчик 17 выполнен 8-разрядным и реализован на микросхеме DD7 типа 564ИЕ10, пред— ставляющей собой два независимых 20

4-разрядных двоичных счетчика. Для получения 8 †разрядно счетчика оба счетчика микросхемы DD7 соединены последовательно. Счетный С-вход счетчика 17 (вывод 1 микросхемы DD7) соеди- 25 нен с прямым выходом триггера — делителя 16 частоты (с выводом 1 микросхемы DD6).

Разрядные выходы счетчика 17 (выводы 3-6 и 11 — 14 микросхемы DD7) сое- 30 динены с разрядными входами слова N а разрядные выходы АЦП 7 — с разрядными выходами слова М 8-разрядного цифрового компаратора )8, реализованного на двух последовательно соединенных 4-разрядных цифровых компараторах типа 564ИП2 (микросхемы DD8 и

РВ9), причем выход цифрового компаратора 18 (вывод 13 микросхемы DD9) соединен с входом трехвходовой логичес- 4р кой схемы И 24.

Поскольку задачей дешифратора 19 является дешифрирование одного двоичного числа, соответствующего максимально допустимому значению пускового 4r„ тока, дешифратор 19 выполнен упрощенным и представляет собой 8-входовую логическую схему И, реализованную на двух элементах 4И-НЕ (микросхема ПВ10 типа 564ЛА8) и элементе 2ИЛИ-НЕ (мик- яп росхема DDll типа 564ЛЕ5).

В рассматриваемом примере макси-: мально допустимому значению пускового тока соответствует наибольшее 8-раз-рядное двоичное число 11111111, поэтому все входы 8-входовой логической схемы И (выводы 2-5 и 9 — 12 микросхемы DD10) подключены непосредственно к вьгходам разрядов АЦП 7.

При необходимости дешифрирования меньшего 8-разрядного двоичного числа те выходы разрядов АЦП 7, в которых при записи двоичного числа, соответствующего максимально допустимому значению пускового тока, содержится двоичное число "0", подключаются к соответствующим входам 8-разрядной логической схемы И (микросхема DD10) через логические инверторы.

Установочные R-входы (выводы 9) микросхем DD2 и DD3 типа 564ИЕ11, образующих реверсивный счетчик 10

АЦП 7, установочные R-входы (выводы 7 и 15) микросхемы DD7 типа

564ИЕ10, на которой построен двоичный суммирующий счетчик 17 установочный R-вход триггера — делителя 16 частоты — (вывод 4 микросхемы DD6 типа 564ТИ2) и установочный $-вход

D-триггера 14 (вывод 8 микросхемы DDl типа 564ТИ2) соединены с выходом 23 одновибратбра 20, реализованного на неиспользованном D-триггере микросхемы ПЭ6 типа 564ТМ2, причем выходу одновибратора 20 соответствует вывод 12 микросхемы DD6, а входу одновибратора 20, соединенному с управляющим вы- ходом 21 исполнительного органа 22, соответствует вывод 11 микросхемы

DD6.

В качестве элементной базы могут быть использованы также микросхемы серий К133, К155, К176, К555, К561 и другие. Однако применение микросхем серий К561 и 564 предпочтительней в связи с их высокой помехоустойчивостью и малым энергопотреблением.

Таким образом, устройство обеспе-. чивает получение самонастраивающейся токовой уставки срабатывания, кратной пусковому току электродвигателя, отключение электродвигателя при превышении действующим значением тока величины самонастраивающейся уставки

:при независимости срабатывания от скорости нарастания тока, а также отключение электродвигателя при превышении пусковым током максимально допустимого значения, чем достигается поставленная цель.

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает эффективную токовую защиту электродвигателей при самонастраивающейся уставке срабатывания, что особенно важно при массовом применении и частой замене электродвигателей (например, электроверетен, 1339735

20 механизмов ложного кручения нити на базе упорных мотор-подшипников, раскладчиков нити на базе винтовых мо-тор-подшипников, бобинодержатепей и т.п.} в связи с большим допустимым разбросом электрических параметров.

Формула изобретения !

Устройство для самонастраивающейся токовой защиты электродвигателя, содержащее блок отбора информации, вход которого имеет клеммы для подключения к сети питания электродвигателя, исполнительный орган, содержащий клеммы для подключения элект— родвигателя к сети питания, двухвходовую логическую схему И, триггер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения независимости срабатывания защиты от скорости нарастания тока, в него дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь сле.дящего типа (АЦП), содержащий аналоговый компаратор„ прямым входом являющийся входом АЦП, соединенный с выходом блока отбора информации, генератор импульсов стабильной часто- ЗО ты, реверсивный двоичный счетчик, реверсирующий вход которого соединен с выходом аналогового компаратора, счетный вход соединен с выходом генератора, а выходы разрядов соединены через усилитель сигналов с соответ— ствующими входами резистивной матрицы типа R — 2R, выходом соединенной с инвертирующим входом аналогового компаратора, делитель частоты, сум- 40 мирующий двоичный счетчик, цифровой компаратор, элемент обнуления схемы, трехвходовая логическая схема И, двухвходовая логическая схема ИЛИ и логический инвертор, при этом триггер выполнен в виде D-триггера, его тактоHbIH С-вход соединен с выходом логического инвертора, входом соединенного с выходом аналогового компаратора

АЦП, D-.âõîä и R-вход D-триггера соединены с нейтралью источника питания, прямой выход D — триггера соединен с первым входом двухвходовой логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора им. пульсов стабильной частоты АЦП, а выход соединен с тактовым входом де— лителя частоты, выход делителя частоты соединен со счетным входом суммирующего двоичного счетчика, разрядные выходы этого счетчика и разрядные выходы реверсивного двоичного счетчика АЦП соединены с соответствующими входами цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом трехвходовой логической схемы И,вто-. рым входом соединенной с инверсным выходом D-триггера, третьим входом соединенной с выходом аналогового компаратора АЦП, а выходом соединенной с первым входом двухвходовой логической схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом дешифратора, входами соединенного с соответствующими разрядными выходами реверсивного двоичного счетчика АЦП, выход двухвходовой логической схемы ИЛИ соединен с управляющим входом исполнительного органа, управляющий выход которого соединен с входом элемента обнуления схемы, выходом соединенного с установочным Я-входом D-триггера, установочным R-входом делителя частоты, установочным К-входом суммирующего двоичного счетчика и установочным R-входсм реверсивного двоичного счетчика АЦП.

1339735

Составитель К. Иилан

Редактор П.Гереши Техред В.Кадар Корректор К.Пожо

Заказ 4236/48 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4