Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателей. Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигателя в напряжение, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 4, переменный нагрузочный резистор 5, параметрический стабилизатор 6, диод 7, конденсатор 8, аппроксиматор 27, стабилитрон 46, блок 47 защиты электродвигателя от перегрузки и блок 48 контроля последовательности импульсов (контроля фаз). При возникновении аварийного режима перегрузки, например режима заторможенного ротора, включается в работу аппроксиматор 27, одновременно пробивается стабилитрон 46 и с небольшой задержкой времени включается исполнительный орган и двигатель отключается от сети. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК

А1

О91 (1j) (5l) 5 H 02 H 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4289882/24-07 (22) 27.07.87 (46) 07.0 1.90. Бюл. Н 1 (71). Белорусский институт механизации сельского хозяйства (72) В.В ° Гурин и A.А.Гелейша (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tf 928511, кл. Н 02 Н 7/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 836717, кл. Н 02 Н 7/08, 1979.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

И ОБРЫВА ФАЗЫ (57) Изобретение относится к электро технике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов работы и может найти применение во всех отраслях народного хозяйства, Цель изобретения - по; вышение надежности и точности согла1534608 сования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателей. Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электро5 двигателя в напряжение, трехфазный двухполупериодный выпрямитель 4, переменный нагрузочный резистор 5, параметрический стабилизатор 6, диод 7, конденсатор 8, аппроксиматор 27, ста- 10 билитрон 46, блок 47 защиты электроИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийных режимов работы, и может найти применение во всех отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродви" 25 гателей.

На Фиг.1 приведена принципиальная

Схема предлагаемого устройства; на

Фиг ° 2 - характер изменения напряжений в различных точках устройства. 30

Устройство содержит преобразователи 1-3 тока электродвигателя в напряжение, концы вторичных обмоток ко.торых соединены звездой и образуют общую точку устройства, а начала об- 35 моток поданы на вход трехфазного двухполупериодного выпрямителя 4, выходы которого являются выходами источника питания устройства защиты.

Напряжение образованного таким обра- 40 зом двухполярного источника питания регулируется переменным нагрузочным резистором 5 Максимальное значение напряжения питания, возникающее при пуске двигателя, ограничено парамет- 45 рическим стабилизатором (блоком) 6, на выходе которого включен диод 7 в прямом направлении, а после диода 7 — конденсатор S фильтра и остальная часть схемы. До диода 7 напряжение питания не сглажено и имеет пульсирующий характер, а после диода

7 и конденсатора 8 содержит только постоянную составляющую. Опорный делитель 9 напряжения образован резистором 10 и стабилитроном 11 и подключен к катоду диода 7 и минусу источника питания, а резисторный делитель

12 напряжения образован резисторами двигателя от перегрузки и блок 48 контроля последовательности импульсов (контроля .Фаз) . При возникновении аварийного режима перегрузки, например режима заторможенного ротора, включается в работу аппроксиматор 27> одновременно пробивается стабилитрон

46 и с небольшой задержкой времени включается исполнительный орган и двигатель отключается от сети. 2 ил.

13 и 14 и подключен к аноду диода 7 и минусу источника питания. Таким образом, опорный делитель 9 питается постоянным (сглаженным) током, а резисторный делитель 12 - пульсирующим током, Средняя точка опорного делителя 9 подключена к инвертирующему входу операционного усилителя (компаратора 15), а средняя точка резисторного делителя 12 — к неинвертирующему входу компаратора 15. Между по-. люсом выпрямленного сглаженного напряжения и общей точкой устройства включены опорный делитель 16 напряжения, резисторный делитель 17 напряжения, Делитель 16 напряжения образован резистором 18 и стабилитроном 19, а делитель 17 — резисторами 20 и 21.

Средняя точка делителя 17 подключена к инвертирующему входу второго компаратора 22, а средняя точка делителя

16 - к неинвертирующему входу компаратора 22, образующего пусковой орган блока защиты от перегрузки ° Выход компаратора 22 подключен в.входам транзисторных ключей прямой проводимости 23 и обратной проводимости 24, Транзисторные ключи 23 и 24 нагружены соответственно световыми индикаторами

25 и 26, Кроме того, выход транзис-. торного ключа 23 соединен с входом стабилитронно-резисторного аппроксиматора: 27, выход которого соединен с входом интегратора 28 на операционном усилителе и через резистор 29 с выходом транзисторного ключа 24, Выход интегратора 28 через первый диод 39 элемента ИЛИ 3 1 соединен с исполнительным органом 32, имеющим на входе пороговый элемент (стабилитрон) 33, а на выходе - указательное реле. Выход первого компаратора 15 через элемент

34 задержки времени соединен с вторым диодом 35 элемента ИЛИ 3 1. An5

5

153 проксиматор 27 имеет стабилитроны

36-39 и резисторы 40-43, причем стабилитроны имеют возрастающие пороги срабатывания (U 36 с U 37 U,38

U, 39), а резисторы имеют сопротивления K40 ) R41 > F42 ) K43. Элемент

34 задержки времени имеет регулировочный резистор 44 и через резистор

45 и стабилитрон 46 соединен также с минусом питания. Делители 16 и 17, компаратор 22, транзисторные ключи

23 и 24, индикаторы 25 и 26, аппроксиматор 27 и интегратор 28 образуют блок 47 защиты двигателя от перегрузки.

Делители 9,и 12, компаратор 15 образуют блок 48 контроля последовательности импульсов (контроля фаз).

На фиг.2е приведен характер изменения напряжения Б и U g делителей

9 и 12 блока 48 защиты от работы на двух фазах при разных положениях нагрузочного резистора 5 в процессе настройки при номинальном токе на фиг.2ь - изменения напряжения U« на выходе компаратора 15 в процессе настройки и схема блока 48 с указанием контрольных точек; на фиг,20 - изменение напряжения U и U в процессе настройки блока 48 защиты от перегрузки и схема порогового органа этого блока; на фиг.2г - изменение напряжения U 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 магнитопровод, на котором размещены два каркаса для обмоток. В последнем случае на одном каркасе наматывается вторичная обмотка при изготовлении устройства, на другом - первичная обмотка при вводе устройства в эксплуатацию.

Число витков первичной обмотки опреИДС ном деляется из выражения И где МДС ном - номинальная магнитодвижущая сила преобразователя; Т 1 ном " номинальный ток электродвигателя. Чис ло витков вторичной обмотки выбирается таким, чтобы обеспечить при холостом ходе электродвигателя напряжение питания схемы, достаточное для работы схемы и срабатывания исполнительного органа 32.

Стабилитроны ll и 19 устройства имеют примерно Одинаковые пороги сра4608

6 батывания, а стабилитроны аппроксиматора — возрастающие пороги срабатывания. Они обеспечивают совместно с резисторами в их цепи и интегратором 28 оптимальную защитную характеристику для двигателей всех мощностей, Стабилизатор 6 ограничивает питающее напряжение на уровне, в 2,0 раза превышающем напряжение питания при номинальном токе нагрузки, а стабилитрон 46 имеет порог срабатывания на уровне 2, 5-3,0 раза большем, чем напряжение питания при номинальнои нагрузке. Стабилитрон 33 имеет порог срабатывания, примерно равный 0,20 3 от напряжения питания при номиt нальной нагрузке.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, требуется защитить от перегрузки и работы на двух фазах электродвигатель мощностью 5,5 кВт, номинальный ток которого 11 А. Номинальная ИДС преобразователей 1-3 сос" тавляет 90 ампервитков и они выполнены разборными. Перед монтажом устройства наматывают их первичные об30 мотки (по 8 витков /90/11 = 8/ провода соответствующего диаметра) . Сопротивление нагрузочного резистора 5 уменьшают до нуля. Далее производят настройку, устройства на номинальный

35 тОк Для этОГО пропускают по первич ным обмоткам номинальный ток и, увеличивая сопротивление нагруэочного резистора 5, поднимают напряжение питания схемы. При этом сначала напря4р жение на инвертирующем входе компаратора 15 больше, чем на неинвертирующем входе, отчего на его выходе существует минус (фиг.2а и Ь ) . Одно. временно напряжение на неинвертирую4 щем входе компаратора 22 больше, чем на его инвертирующем входе, отчего на выходе компаратора 22 существует плюс (фиг.2 и 2 .1. Под действием этого напряжения транзисторный ключ 24 отgp крыт, индикатор 26 светится и инвертирующий вход интегратора 28 соединен с минусом питания. При дальнейшем увеличении сопротивления нагрузочного резистора 5 напряжение питания

55 достигает сначала значения напряжения стабилизации стабилитрона 19, а потом такого значения, что напряжение

Ug ) U (фиг.2а и E ), Отчего компаратор 15 переключается, а на его выходе

1534608 появляется плюс источника питания.

При дальнейшем увеличении сопротивления резистора 5 U ) Бь (фиг ° 2 Б и g ), компаратор 22 переключается и на его выходе появляется минус. Транзисторный ключ 24 закрывается, а ключ 23 открывается, Загорается индикатор 25. Этот режим соответствует номинальному току электродвигателя, На этом режим настройки закончен.

Устройство для защиты можно настроить не только на номинальный ток любого электродвигателя, но и на любой ток рабочего режима, Для этого после намотки первичной обмотки (если преобразователи 1-3 раэборные), включения устройства и вывода двигателя на рабочий режим постепенно увеличивают сопротивление резистора 5 до тех пор, пока не засветится индикатор 25, после чего сопротивление резистора 5 незначительно уменьшают, При такой настройке надо быть уверенным, что рабочий режим двигателя имел мЕсто при токе ниже номинального.

После настройки монтируют устройство для защиты, включают первичные обмотки преобразователей 1-3 последова" тельно с обмотками защищаемого электродвигателя и включают двигатель в работу.

При токе электродвигателя меньше номинального светится индикатор 26, а при номинальном токе - индикатор

25. Если загрузка на валу электродвигателя возрастает выше номинальной (на 5-10/), пробивается стабилитрон

36 и включается в работу аппроксиматор 27 и интегратор 28. На выходе последнего отрицательное напряжение постепенно возрастает, Скорость роста напряжения на выходе интегратора 28 определяется сопротивлением резистора 40 и емкостью конденсатора интегратора 28. Если ток двигателя еще больше увеличивается, то включается в работу стабилитрон 37 и скорость интегрирования возрастает. Наиболее быстро происходит увеличение напряжения на выходе интегратора 28 .при включении в работу всех стабилитроиов аппроксиматора 27. В этом случае резисторы 40-43 оказываются включен. ными параллельно, результирующее сопротивление их уменьшается, следова" тельно, скорость интегрирования интегратора 28 увеличивается. При достижении на выходе интегратора 28 напряжения пробоя стабилитрона 33 происходит срабатывание исполнительного

5 органа 32 и отключение электродвигателя от сети.

При уменьшении тока ниже номинального транзисторный ключ 23 закрывается, а транзисторный ключ 24 открывается, Происходит интегрирование напряжения в обратную сторону, т.е. уменьшение отрицательного напряжения на выходе интегратора 28. Тем самым интегрируется охлаждение элек15 тродвигател

При пуске двигателя напряжение питания, поступающее от блока 4, становится больше напряжения стабилизации блока 6, отчего вся схема оказывается под стабильным напряжением

211„,„ (номинального режима) эа исключением стабилитрона 46, который имеет порог срабатывания больший, чем стабилитрон блока 6. Включается

25 в работу блок 47, Одновременно стабилитрон 46 пробивается и происходит быстрый заряд конденсатора блока 34 задержки времени. Время задержки регулируется резисторами 44 и 45 и выбирается незначительно большим, чем время пуска электродвигателя в нормальных условиях. Поэтому в нормальных условиях пуска отключение двигателя от сети не происходит.

При возникновении режима заторможенного ротора (предельный случай перегрузки) включается в работу аппроксиматор 27. Одновременно пробивается стабилитрон 46 и с небольшой

40 задержкой времени включается исполнительный орган, а двигатель отключается от сети, В режиме короткого замыкания цепей электродвигателя устройство работает

45 аналогично режиму заторможенного ротора с той лишь разницей, что срабатывание устройства происходит за меньшее время в связи с большим напряжением, поступающим на стабилитрон 46 от выпрямителя 4.

so.

При возникновении двухфазного режима работы напряжение Ug имеет провалы до нуля, следовательно, периодически возникает режим U0 >Ug (фиг.26), 55 отчего компаратор 15 периодически переключается и на его выходе появляются импульсы отрицательного напряжения. С небольшой задержкой времени отрицательное напряжение поступает

1534608 на вход элемента ИЛИ 31 и далее на исполнительный орган 32. При достижении напряжения срабатывания стабилитрона 33 исполнительный орган 32 включается и двигатель отключается от сети, Задержка на срабатывание регулируется резистором 44, Таким образом, снабжение блока перегрузки двумя транзисторными ключами разной проводимости, нагруженными световыми индикаторами, позволяет надежно проводить настройку устройства на номинальный (рабочий) ток разных по мощности электродвигателей. 15

Снабжение блока перегрузки стабилитронно-резисторным аппроксиматором, включенным на выходе транзисторного ключа, срабатывающего при нагрузке, равной или выше номинальной, и подключение этого аппроксиматора к инвертирующему входу интегратора на базе операционного усилителя, а также подключение инвертирующего входа к выходу транзисторного ключа, срабаты- 25 вающего при нагрузке, ниже номинальной, обеспечивают большую точность согласования защитных характеристик устройства и перегрузочной способнос" ти электродвигателей. 30

Наличие в устройстве диода, разделяющего напряжение питания на пульсирующее и выпрямленное, и снабжение блока контроля последовательности импульсов резисторным и опорным дели- j5 телями напряжения на входе операционного усилителя и питание одного делителя сглаженным, а другого пульсирующим напряжениями позволяют надежно выделить режим работы на двух фа- 4р зах, т.е. повысить надежность работы устройства.

Эффект от применения устройства связан с уменьшением эксплуатационных заTpBT прН испОльзОВании ОднотипнОГО 45 защитного устройства для всех электродвигателей, применяемых на предприятии.

Фор мула изобpeTеHHR5О

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы, содержащее три преобразователя тока в напряжение с выводами

55 первичных обмоток для включения в каждой фазе между клеммами сети и защищаемого электродвигателя, вторичные обмотки которых соединены 3ee3" дой, нейтраль которой соединена с клеммой для подключения к общей шине питания устройства, другие выводы вторичных обмоток соединены с входами трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выход которого зашунтирован переменным нагрузочным резистором, блок контроля последовательности импульсов, конденсатор фильтра, блок защиты электродвигателя от перегрузки, исполнительный орган с пороговым элементом на входе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и точности согласования защитной характеристики устройства и перегрузочной способности электродвигателя, оно дополнительно снабжено параметрическим стабилизатором, развязывающим диодом, элементом задержки времени, элементом

ИЛИ, а блок контроля последовательности импульсов выполнен в виде операционного усилителя, включенного в режиме компаратора, опорного делителя напряжения, образованного.последовательно включенными резистором и стабилитроном и подключенным между катодом развязывающего диода и минусом трехфазного двухполупериодного выпрямителя, резисторного делителя напряжения, подключенного между анодом раэвязывающего диода и минусом упомянутого выпрямителя, при этом инвертирующий вход компаратора соединен со средней точкой опорного делителя, неинвертирующий вход компаратора со средней точкой резисторного делителя, а выход компаратора соединен с входом элемента задержки времени, при этом развязывающий диод включен в прямом направлении между параметрическим стабилизатором и конденсато" ром фильтра, вход параметрического стабилизатора соединен с выходом упомянутого выпрямителя, блок защиты электродвигателя от перегрузки выполнен в виде второго резисторного и второго опорного делителей, второго компаратора, транзисторного ключа прямой проводимости и транзисторного ключа обратной проводимости, в коллекторную цепь каждого из которых включен световой индикатор, интегратора на операционном усилителе и стабилитронно-резисторного аппроксиматора, при этом второй резисторный и опорный делители напряжения подключены между катодом развязывающего диода

)1 1534608

12 и клеммой для соединения с общей ши- стабилитронно-резисторный аппроксиманОй питания устройства, инвертирую- тор, а выход ключа обратной проводищий вход второго компаратора соединен мости через ограничительный резистор со средней точкой второго реэисторно- соединены с инвертирующим входом ин-го делителя напряжения, а неинверти- тегратора, выполненного на операцион5 рующий. вход - со средней точкой вто- ном усилителе, выход которого соедирого опорного делителя напряжения, нен с первым входом элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен с второй вход которого соединен с выховходами транзисторных ключей прямой- и 10 дом элемента задержки времени, а выобратной проводимости, при этом вы- ход элемента ИЛИ соединен с пороговым ход ключа прямой проводимости через элементом исполнительного органа.

f5

И Ою

° фВФ «Ю

+ юг

tnzz

Щ

Ю,Ум )g

Й/у

6н

05К

71

Составитель 0.Орлов

Редактор И.Иулла Техред Л.Сердюкова Корректор И llapoeH

Тираж 464

Заказ 49

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям. при ГКНТ СССР

113035, Иосква, W-35, Раушская наб., д. 4/5

i Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101