Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки

 

Изобретение относится к устройствам для защиты электродвигателя от перегрузки и может быть использовано для защиты преимущественно маломощных электродвигателей, напри мер электродвигателей пассажирских лифтов. Цель изобретения - повышение эффективности тепловой защиты электродвигателя. Цель достигается тем, что в устройство введены сумматор 14 и компаратор 15, причем первый выход квадратора 4 соединен с первым входом сумматора 14. Второй вход его соединен с первым выходом источника 13 опорных напряжений , а выходы сумматора 14 соединены с входами первого 5 и второго 6 преобразователей напряжения в частоту . 3 ил. s &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (g1)g Н 02 H 7/085, 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фца 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4647531/07 (22) 07.02.89 (46) 28,02,91. Бюл, 1(- 8 (75) В.Л,Савченко и Ю.П.Зориков (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 660142,,кл. Н 02 Н 7/08, 1976, Паперно Л.Б. Бесконтактные токовые защиты электроустановок. N„:

Энергоиэдат, 1983, с. 72, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Изобретение относится к устройствам для защиты электродвигателя от перегрузки и может быть использовано для защиты преимущественно маломощных электродвигателей, например электродвигателей пассажирских лифтов. Цель изобретения — повышение эффективности тепловой защиты электродвигателя, Цель достигается тем, что в устройство введены сумматор 14 и компаратор 15, причем первый выход квадратора 4 соединен с первым входом сумматора 14. Второй вход его соединен с первым выходом источника 13 опорных напряжений, а выходы сумматора 14 соединены с входами первого 5 и второго

6 преобразователей напряжения в частоту. 3 ил.

1631654

Изобретение относится к устройствам для защиты электродвигателя от перегрева и может быть использована для зашиты преимущественно маломощных электродвигателей в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение эффективности тепловой защиты злек= тродвигателя путем повышения точности моделирования теплового процесса и сокращения количества пуско10 вых циклов.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства," на фиг.2— кривые зависимости времени срабатывания устройства защиты ат величины пагрузки; на фиг.3 - кривая процесса охлаждения электродвигателя, Устройство цля защиты электродвигателя ат перегрузки содержит соединенные последовательна линейный преобразователь 1 входного тока во входное напряжение,. выпрямитель 2, сглаживающий контур 3 и квадратар 4, 25 два преобразователя 5, б напряжения в частоту, дна ключа 7, 0. реверсивный счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь 10, реагирующий орган

11 (кампаратор), выходное исполнительное реле 12 защиты, источник 13 опорных напряжений, сумматор 14, компаратор 15 и стабилитрон 16, причем первый выход квадратора 4 соединен с первым входом сумматора 14, второй вход которого соединен с первым выходом источника 13 опорных напряжений, а выходы сумматора 14 соединены с входами первого и второго преобразователей 5, 6 напряжения в частоту, второй выход квадратара 4 соединен с первым входом кампаратора 15 а третий выход квадратора 4 соединен с входом стабилитрона 16, выход первого преобразователя 5 напряжения в частоту соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика

9, а выход второго аналогичного преобразователя 6 соединен с информационным входам первого ключа 7, вы50 ход которого соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика

9, второй вход ключа 7 - управляющий — соединен с выходом компаратора

15, выходы реверсивного счетчика 9

55 соединены с входами цифроаналогового преобразователя 10 тай разрядности,, чта н счетчик 9, а вход опорного напряжения цифроаналогового преабразователя 10 соединен с вторым выходом источника 13 опорных напряжений, выход цифроаналогового преобразователя 10 соединен с вторым входом компаратора 15 и первым входом реагирующего органа 11, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом стабилитрона 16 и выходом второго ключа 8, первые два входа (информационные) которого соединены с третьим и четвертым выходами источника 13 опорных напряжений, а третий вход второго ключа 8 соединен с первым выходом выходного исполнительного реле

12 защиты, второй выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

С датчика тока (на фиг.l обозначен пунктиром) сигнал поступает на. линейный преобразователь l входного тока в напряжение, с выхода которого напряжение поступает на вход выпрямителя 2, выпрямляется и поступает на вход сглаживающего контура 3, где уменьшается величина пульсаций выпрямленного напряжения. Напряжение с выхода сглаживающего контура 3 поступает на вход квадратора 4, в которого величина этого напряжения возводится в квадрат и с первого вьгхода квадратора 4 сигнал поступает на первый вход сумматора 14, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода источника 13 опорных напряжений. С второго выхода квадратора 4 сигнал поступает на .первый вход компаратора 15 а с тре- тьего выхода квадратора 4 сигнал поступает на вход стабилитрона 16.

На выходах сумматора 14 формируется разность а Uon где U — выходной сигнал с квадратора 4, пропорциональный

2 квадрату тока Ig электродвигателя;

Uîë — сигнал с первого выхода источника 13 опорных напряжений,пропорциональный квадрату номинального тока

Т электродвигателя, а причем с первого выхода сумматора 14 сигнал поступает на вход первого преобразователя 5 напряжения в частоту, с второго выхода сумматора 14 инверсный сигнал поступает на вход

5 16316 второго преобразователя 6 напряжения в частоту.

На выходе первого преобразователя

5 формируются импульсы частотой

f 1 = U кб - Ноп„p есаН Пкь ) Uon

5 а на выходе второго преобразователя

6 импульсы появляются при условии

Uke + Uon и их частота

С второго входа источника 13 опорных напряжений сигнал поступает на вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 10. В устройстве реализуется следующий алгоритм работы

А

Т вЂ” 11

+ где А — постоянная величина, зависящая от вида защищаемого объекта (для электродвигателей А = 80);

Та

I = -- — ток через защищаемый элек+ тродвигатель в относительных единицах; время срабатывания защиты.

При нагревании электродвигателя на вход прямого счета счетчика 9 с .выхода первого преобразователя 5 напряжения в частоту (ПНЧ) поступают импульсы с частотой f, пропорциональной аналоговому сигналу на входе первого ПНЧ 5, т.е.

I2

Т2

20

30

П ри заполнении счетчика 9 до числа А должны сработать реагирующий орган ll и последовательное выходное 40 исполнительное реле 12.

Реагирующий орган 11 представляет собой компаратор, на третий вход которого через второй ключ 8 поступает с третьего выхода источника опорных напряжений 13 опорный сигнал, пропорциональный заданной предельной температуре перегрева электродвигателя ь „ . При заполнении счетчика 9 лО до числа А величина выходного сигнала с цифроаналогового преобразователя

10 достигает величины опорного сигнала реагирующего органа 11 и последний срабатывает, после чего срабатывает исполнительное реле 12, которое воздействует (например, контак,том) на коммутационную аппаратуру и тем самым отключает электродвигатель от питающей сети (или сигнализирует о перегреве двигателя или и то, и другое вместе).

Кроме того, исполнительное реле

12 своим выходным сигналом (например, замыканием контакта) воздействует на второй ключ 8, который переключает свой выход на второй вход, т,е. на четвертый выход источника 13 опорных напряжений, сигнал с котороro пропорционален температуре ло причем ло n,o ,А я < ь п

Это позволяет уменьшить число повторных включений при повышенной статической нагрузке электропривода.

В этом случае двигатель остывает до температуры с „ С с>» что позволяет ло ло при повторном включении выполнить некоторую работу, например осуществить подъем груза (лифта) до промежуточного или конечного пункта. Если л же температура электродвигателя î не достигла предельной с п и затем нагрузка уменьшилась или электродвигатель отключили по технологическим соображениям от сети, то с выхода сумматора на входы первого и второго ПНЧ 5, б поступает сигнал

Т -1 0.

Первый ПНЧ (5) должен реагировать только на положительный сигнал, т.е. при

Т„ — 1 > О, второй ПНЧ (6) должен реагировать только на отрицательный сигнал, т.е. при

1 (О.

Это соответствует режиму охлаждения электродвигателя.

В режиме охлаждения импульсы с второго ПНЧ (6) частотои f посту2 пают на вход обратного счета счетчика 9, уменьшая записанное в счетчике

9 число до величины, определяемой сигналом с выхода квадратора 4. Дей-ствительно, сигнал с выхода квадратора 4 и сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 10 поступают на входы компаратора 15, причем когда сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 10 окажется меньше сигнала с квадратора 4 (пропорциональ2 ного I ), на выходе компаратора 15 появляется сигнал, который закрывает информационный канал первого ключа 7, и уменьшение числа, записанного в четчикв 9, прекращается, Таким об1631654 разом, на выходе счетчика 9 фиксиZ руется число, соответствующее Х„ а последнее, в свою очередь, соответ- ствует установившейся температуре электродвигателя, т.е. по Ус

c>== I

Процесс нагрева электродвигателя можно описать дифференциальным уравнением первого порядка (при пред-. ставлении его как оцномассовой системы)

dho

Т вЂ” + = (, dt (.1) 15 решая которое, получим по y -

t — Tln -- — -- — p

Д (2) где tn — время достижения заданного предельного значения температуры электродвигателя; ио

- установившееся значение температуры электродвигателя при заданной нагрузке; ло - - заданное предельное значение температуры электродвигателя (допустимый перео л начальная температура электродвигателя;

Т - постоянная времени нагрева электродвигателя.

Установившееся значение температуры электродвигателя определяется по зависимости

/ В «I г а+ (— ) (3) а1 ТН где а — коэффициент по„терь (для . асинхронных двигателей а =

= 0,4 — 1,0 и для двигателей постоянного тока а =

1,0 - 1,5 ; в дальнейших расчетах для удобства примем а= 1,0);

I — - ток электродвигателя;

I — номинальный ток электродвигателя;

С учетом принятого значения коэффициента потерь ре В I Л

1+(--) Тн (4) При I = I> установившееся значение температуры электродвигателя будет

55 е где - номинальная температура элекИ тр одвиг ат еля, а H3 выр ажения (4) имеем

В =2

К и окончательно (5) 3Л О (-") + 1 . (6)

Для сравнительных расчетов примем: с = 20 С. +(i 110 С. Т - =100 с н тогда по формуле (2) определяем время достижения предельной температуры для следующих значений установившейся температуры: ь|, = 112, 115, 120, . ло

130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 С.

Результаты расчета сведены в табл.l.

График зависимости t îò g соотг ветствующий табл.1, приведен на фиг.2.

Как видно из табл.1 и графиков на фиг.5, на рабочем участке контроля защиты погрешность в определении времени срабатывания устройства защиты электродвигателя от перегрева при использовании зависимости (7) опоеделяется:

Времятоковые: характеристики защит от тепловой перегрузки определяются, кроме прочих (например, зависимостью (2)), выражением

А

t с. (7)

М. где А - постоянная величина; и I

= (— )

Тн

Из формулы (6) определяем

2о

I = — - -1 (8) и откуда находим соответствующие установившимся значениям темпетатуры по 2 с значения I и заносим s табл. 1.

По двум значениям t„и I» из табл.1 определяем величину А:

А = (I+ 1) t,è = (1,24-1)» х 382,7 91,848;

А = (1 6 — 1) ° 170 = 102 и выбираем среднее значение

А А, + Аie 92 + 102 = 97

2 2

По формуле (7) определяем значения времени срабатывания защиты Сс y npu значениях I, принятых в табл. l .

Рассчитанные значения t npu

А = 80; 92; 97; 100 эанесейй в табл.I а графики зависимости t от I+ и приведены на фиг.4.

1631654 прис = 100 С, E=О

112 С, E = 0; ло о 306 2 300 ь = 115 С; Е

= 2,06Х; ло 230-229 6

120 С; Е

= 0,17 ., т.е. не превышает двух процентов лО

В диапазоне перегрузок до

125 С погрешность не превышает о

Ф

200 - 191 4

E = — — — — <- 100 = 4,3Х.

200

100=

100=

50

d0 ло ло ох,1 о о (9) откуда o„„ до с ло (, (1 - ln )+, ln — —, 55 о Т „ябан Т ,(10) где Т - постоянная времени охлажоХ дения электродвигателя;

Известно, что устройства защиты электродвигателей от перегрузки, реализующие зависимость (7), эффективны там, где не требуется контроля охлаждения электродвигателя, т.е. каждый рабочий цикл электродвигателя начинается с одной и той же начальной температуры (например, температуры окружающей среды), В тех случаях, когда требуется контроль и режим охлаждения электродвигателя, указан-, ные устройства защиты неприемлемы.

В предлагаемом устройстве реализуется зависимость (7) и контролируется режим охлаждения, т.е. устройство более универсально.

Как была описано выше, при т - 1 0 сигнал с суиматора 14 поступает на второй ПНЧ 6 и импульсы через первый ключ 7 поступают на вход обратного счета счетчика 9. Вычитание произво: дится до тех пор, пока сигнал с выхода . цифроаналогового преобразователя 10 не достигнет уровня сигнала с выхода квадратора 4. Это соответствует при 40 величине сигнала с цифроаналогового преобразователя, соответствующей установившейся температуре электродвигателя. Компаратор 15 срабатывает и закрывает первый ключ 7.

Определим кривую процесса охлаждения по зависимости, полученной при решении дифференциального уравнения этого процесса по ь — установившаяся температура электродвигателя после ло охлаждения

1 др - начальная температура электродви га теля .

Аналогично (2) находим — Т ln — —— (1 1) оХ оХ по

< уо

Задаваясь значениями

= 40; 30; 20; 10; 0 С, рассчитаем время охлаждения электродвигателя при следующих исходных данных

Т og = 200оС;

М

100оС в ло = 50С, о где 0 — конечная температура охлаждения электродвигателя, до которой контролируется (рассчитывается) время процесса охлаждения.

Рассчитанные значения времени охлаждения to> занесены в табл.2.

Заметим, что в режиме охлаждения . ло ль I 2 (— ) (l2) н откуда и о ъо (13)

"н з

По зависимости (13) определяем

I для принятых значений а и результаты расчетов заносим в табл.2, а по зависмости

А

t (14)

ОХ =К1 - 1 °

Ф где А — константа;

К = 1,5, определяем время охлаждения электродвигателя для заданных условий.

Результаты расчетов заносим в табл.2 и строим график зависимости с от I „(фиг. 3) .

Погрешность в определении времени охлаждения колеблется около l и не превышает Е = З,l, Использование предложенного устройства позволяет повысить точность тепловой защиты, так, в прототипе погрешность достигает 18-50 в предлагаемом устройстве погрешность модели теплового процесса не превышает при нагревании 2,1-4,3Х, при охлаждении — 3,1Х (для одних и тех же принятых условий),и уменьшить количество пусковых циклов. В результате првьппается эффективность тепловой защиты электродвигателя.!

1631654

Т а б л и ц а 1

"ез "р"

А= 97

112 382,7

115 300,0

120 230,0

130 170,0

140 138ь7

150 117,0

160 104,0

170 91,0

180 84,0

190 76,0

200 70,2

404,2

323,3

242,5

161,7

121,3

97,0

80,8

69,3

60,6

53,9

48,5

416,7

333,3

250,0

166,7

125,0

100,0

83,3

71 4

62,5

55,6

50,0

382,7

306,2

229,6

153,1

114,8

91,8

76,5

65,6

57,4

51,0

46,0

333,3

266,7

200„0

133,3

100,0

80,0

66,7

57,1

50,0

44,4

40,0

1,24

1,3

1,4

),6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

Т а б л и ц а 2 о с „, С

С 0С р

А о

t ж

ОХ 1,5Х » — 1

138,6

163ь 1

198, О

252,0

347,0

О

0,1

0,2

0,3

0,4

О 138,6

10 162,0

20 196, О

30 250,0

40 358,0

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки, содержащее последовательно соединенные линейный преобразователь входного тока во входное напряжение, выпрямитель, сглаживающий контур и квадратор, первый и второй преобразователи напряжения в частоту, два ключа, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя соответствующей разрядности, реагирующий орган, выход которо- f5 го соединен .с входом исполнительного выходного реле защиты, источник опорных напряжений, второй выход которого соединен с входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, стабилитрон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем повышения точности моделирования теплового процесса и сокращения количества пусковых цик- 25 лов, дополнительно введены сумматор и компаратор, при этом первый выход квадратора соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом источпика 30 опорных напряжений, выходы сумматора соединены соответственно с входами первого и второго преобразователей напряжения в частоту, второй выход квадратора соединен с первым входом компаратора и третий выход квадратора соединен с входом стабилитрона, выход первого преобразователя напряжения в частоту соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика, выход второго преобразователя напряжения в частоту соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика, управляющий вход ключа соединен с выходом компаратора, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом компаратора и первым входом реагирующего органа, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом стабилитрона и выходом второго ключа, два информационных входа которого соединены с третьим и четвертым выходами источника опорных напряжений, а третий вход второго ключа соединен с первым выходом выходного исполнительного реле защиты, второй выход которого является выходом устройства, А = 91,85 А = 100 А = 80

1631654

f00

Z00

Составитель К.Шилан

Редактор М.Келемеш Техред А.Кравчук

Заказ 552

Тираж 376

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

t,ñ

400 т gg аюдаг а И|таатМЛМt, Ñ

РИ ЮМgagg84У8840 Д

10 Z0 Л .40 Э О У0 д0 90 аУ Ф02ДС

01 48 43 04 41,уФ

Корректор H.Ðåâñêàÿ

Ю «(«ВЮ

Подписное