Устройство для температурной защиты электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических машин, реагирующих на токовые перегрузки и на отклонения от нормальной температуры. Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения экспресс-анализа теплового режима работы электродвигателя и оценки отклонения эквивалентного тока двигателя от номинального за заданный отрезок контролируемого времени работы. Цель достигается за счет введения в устройство последовательно соединенных второго сумматора 15, усилителя 16, квадратора 17, интегратора 18, второго ключа 19 и индикатора 20. При этом первый и второй входы второго сумматора 15 соединены с вторичными обмотками соответственно первого 2 и второго 3 трансформаторов тока. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Н 5/04, 7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 В С иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1415316 (21) 4723175/07 (22 ) 26.07.89 (46) 23.06.91. Бюл. № 23 (71) Коммунарский горно-металлургический и нст итут (72) Н. Я. Портной и В. Г. Стройников (53 ) 621.316.925 (088.8 ) (56) Авторское свидетельство СССР № 1415316, кл. Н 02 M 5/04, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОА ЗАШИТЪ| ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических машин, реагирующих на токо„„SU, 1658271 A 2

2 вые перегрузки и на отклонения от нормальной температуры. Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения экспресс-анализа теплового режима работы электродвигателя и оценки отклонения эквивалентного тока двигателя от номинального за заданный отрезок контролируемого времени работы. Цель достигается за счет введения в устройство последовательно соединенных второго сумматора 15, усилителя-lб, квадратора 17, интегратора 18, второго ключа 19 и индикатора 20. При этом первый и второй входы второго сумматора 15 соединены с вторичными обмотками ссютветственно первого 2 и второго 3 трансформаторов тока. 5 ил.

1658271

50

Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, реагирующих на отклонение от нормальной температуры, а также на черезмерное повышение температуры, вызванное токовыми перегрузками, и другие возмущающие воздействия.

Целью дополнительного изобретения является повышение надежности путем обеспечения экспресс-анализа теплового режима работы электродвигателя и оценки отклонения эквивалентного тока двигателя от номинального за заданный отрезок времени работ ы.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — 5 — диаграммы работы устройства.

Устройство состоит из термодатчика, выполненного на последовательно соединенных позисторах 1, которые установлены в лобовых частях обмоток двух трансформаторов тока 2 и 3, вторичные обмотки которых сосдинены соответственно с входами первого 4 и второго 5 фильтров, выходы которых соединены с входами первого сумматора 6.

Импульсный генератор 7 соединен с первым входом регулятора 8 скважности, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 6. Выходы регулятора 8 скважности подключены к позисторам 1 термодатчика, причем первый из них подключен через резистор 9, а второй непосредственно.

Параллельно выво,ldM термодатчика из поз исторов 1 подкл ючен ы последовательно соединенные между собой диод !О и конденсатор 1. Параллельно конденсатору 11 подклн>чен первый ключ 12, связанный с входом неги>лннтельного органа 13 и через него с коммутационным аппаратом 14. Устройство такжс содержит последовательно соединенные второй сумматор 15, усилитель 16, квадратор 17, интегратор 18, второй ключ 19, индикатор 20. Первый и второй входы второго сумматора 15 соединены с вторичными обмотками соответственно первого 2 и второго 3 трансформаторов тока.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный генератор 7 вырабатывает

Ilb1llульсы прямоугольной формы, положительной»<>лярности, стабильных частоты и д>нгельно "»> (фиг. 2). Импульсы напряжения подан>тся с выхода генератора 7 на п l.hlé вход регулятора 8 скважности. При эг«м в термочувствительной цепи, состоящей и > последовательно соеди нен ных поз исторов 1 и резистора 9, подключенных к выходам регулятора 8 скважности, протекает импульсный ток (фиг. 3), который создает соответственно падение напряжения на позисторах 1 и резисторе 9.

Падение напряжения, пропорциональное электрическому сопротивлению позистора 1, подается на конденсатор 11 через диод 10.

Одновременно на второй вход регулятора 8 сква кноеги подается напряжение с перво!

О

55 го 2 и второго 3 трансформаторов тока ссютветственно через первый 4 и второй 5 фильтры, пропорциональные сумме токов в фазных обмотках защищаемого электродвигателя, что позволяет более точно формировать управляемый сигнал, поступающий на второй вход регулятора 8 скважности.

Напряжение, поступающее с первого сумматора 6 на второй вход регулятора 8 скважности, является для него управляющим и влияет на длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, состоящей из последовательно соединенных позисторов 1 и резистора 9. С увеличением нагрузки электродвигателя потребляемый им ток увеличивается и одновременно увеличиваются управляющее напряжение и длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи (фиг. 4 и 5).

При минимальном токе в обмотках электродвигателя и небольших перегрузках (например, до 2I ), когда скорость нарастания температуры обмоток электродвигателя мала, по термочувствительной цепи-позисторам 1 и резистору 9 протекает импульсный ток, не вызывающий саморазогрева позистора 1. Динамическая погрешность позисторов 1 в этом случае практически отсутствует и их тепловое состояние и ссютветственно электрическое сопротивление определяются тепловым состоянием обмоток электродвигателя, При больших перегрузках, например больше 27», когда скорость нарастания температуры обмоток заметно увеличивается и динамическая погрешность позистора также увеличивается, длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, возрастает пропорционально токовой нагрузке электродвигателя. За счет этого происходит дополнительный нагрев позисторов 1, что обеспечивает их ускоренное срабатывание и компенсацию динамической погрешности (инерционности позисторов). Величина эквивалентного тока, протекающего в термочувствительной цепи, определяется выражением:

U»» >нмп

I =—

Rl+R Т где с>»» — напряжение источников питания;

Rl — суммарное сопротивление позисторов;

R9 — сопротивление резистора 9;

Т„„„ — длительность импульса тока, протекающего в термочувствител ьной цепи (фиг. 3);

7 — период импульса тока (фиг. 3).

По достижении температуры срабатывания позисторов 1 вследствие их нагрева от обмоток электродвигателя (при небольших перегрузках электродвигателя до 2/„) или их комбинированного нагрева от обмоток электродвигателя и за счет тока, протекающего в термочувствительной цепи (при небольших перегрузках электродвигателя и токах больше 2/»), электрическое сопротивление позисторов 1 резко возрастает, что приводит к увеличению напряжения на конденсаторе 11 согласно выражению:

R; U„„

/((+R

Если напряжение на конденсаторе II достигает порога срабатывания первого ключа 12, связанного с входом исполнительного органа 13, то срабатывает исполнительный орган 13, воздействующий на коммутационный аппарат 14, и перегретый электродвигатель отключается от источника питания.

Напряжение срабатывания ключа 12 определяется только сопротивлением позисторов 1 и не зависит от величины тока в гермочувствительной цепи.

В режиме нормальных пусков (что характерно для многих электроприводов), когда электродвигатель уже достаточно нагрет, за счет теплового действия эквивалентного тока /,>, протекающего в термочувствительной цепи, может произойти опережающее срабатывание позисторов 1, хотя температура обмоток электр(>двигателя не превып>ает допустимой для данного класса изоляции.

Для устранения опережающего срабатывания позисзоров фильтры 4 и 5 обеспечивают нарастание управляющего сигнала на втором входе регулятора 8 сква кности, поступающего с первого сумматора 6, в зависимости от времени действия пускового тока.

Одновременно с указанным осуществляется контроль эквивалентного тока, потребляемого электродвигателем. на сравнительно небольших отрезках времени.

При этом на выходе второго сумматора 15 формируется сигнал, пропорциональный сумме токов двух фаз статора электродвигате.,>я. Посредством усилителя 16 с коэффициенточ усилеция 0,5 формируется сигнал, пропроциональный среднему току одной фазы статора . электродвигателя, который через квадратор 17 подается на вход интегратора 18. На выходе интегратора 18 образуется сигнал. пропорциональный интегралу квадрата тока одной фазы электродвигателя

5 i dt=/ .: 7 . о где Т вЂ” заданныи отрезок контролируемого времени работы электродвигателя (интегрирования), в течение которого определяется эквивалентный одной фазы 3. >(>(Tp(>3BHt ателя

/,, Интегратор 18 выполнен на базе операционного усилителя, который обладает свойством инвертирования.

Начальное значение напряжения (интегратора 18 равно

U, =7(/х*l„>-, т. е. пропорционально квадрату номиналь»ог(> тока /(> электродвигателя.

Коэффициент перегрузки по току /(, * может быть принят равным 1,1. что соответствус т 10ф-ной перегрузке электродгигателя на заданном отрезке контролируемого вречени работы привода (время интегрирования T). Он также может иметь и другие з>качения, отличные от единицы или может быть равен единице, в зависимости от особенностей технологического процесса, окружающих условий и соблюдения оператором правил эксплуатации электропривода. Напричер, при повышенной температуре окружающей среды и большой частоте включений этот коэффициент целесообразно выбирать ближе к единице.

Время интегрирования 7 (заданный отрезок контролируемого времени работы электродвигателя) также зависит от условий эксплуатации электропривода. Согласно и>вестному положению электрическая машина при токе перегрузки 1,2/» может работать

25 в течение 1 ч, то есть Т может быть принято равным 60 MHH. Однако в конкретных случаях эксплуатации, например, электроприводов магнитно-грейферного крана на предприятиях ВПО «Главторчермет», работающих с переменной нагрузкой в повторно30 кратковременном режиме при частых пусках и реверсах, Т может составлять не более

10 -!5 мин по условиям технологического процесса. Исходя из этого, предельные значения К* можно принимать даже больше, чем 1.2, учитывая равенство количества вы35 деляемого тепла за заданный отрезок к(>нтролируечого времени Т работы электродвигателя и за время 1 ч: (К*/,) Т=(1,2!и > 7 ( где Т(— — 1 час=60 минут.

Интегратор 18 автоматически включается в работу с включением электропривода рабочего механизма. По мере возрастании текущего времени работы t в предела.х от 0 до Т напряжение на выходе интегратора уменьшается. При времени t, равном 7, име45 (. T место равенство г — -7 /,,,+U(— — — (, dt+Ь =

В

7 ./, +(Кх/»)2. 7 =0 или I... =К*/», где величина К* однозначно определяется заданием величины U(в данных условиях

50 эксплуатации электродвигателя.

При нулевом напряжении на выходе интегратора 18 срабатывает ключ I9, который в свою очередь приводит к срабатываник> индикатора 20 (напричер, светового). F(.»> за заданный отрезок контролируемого времени Т индикатор 20 срабат ыва T, то эт(> означает, что эквивалентный т >к элс ктр(>1658271

Формула изобретения

Составитель К. Шилан

Редактор Т. Куркова Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ 2434 Тираж 390 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау ш сная наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат <Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 двигателя в К раз больше его номинального тока 1„и возможен недопустимый перегрев изоляции обмоток. Полученная информация за небольшой отрезок времени работы электродвигателя позволяет оператору выбрать такой режим работы механизма, при котором индикатор 20 не срабатывает, что гарантирует отсутствие недопустимого перегрева изоляции обмоток электродвигателя и способствует экспресс-анализу реального режима работы электродвигателя. Соблюдение указанного условия также способствует ритмичному режиму работы электродвигателей крана и увеличению срока службы электродвигателя.

При относительно длительных перерывах в работе механизма текущее значение напряжения на выходе интегратора 18 сбрасывается в ноль. В случае возобновления работы механизма интегратор 18 вновь автоматически включается в работу с заданным значением Uo, то есть с заданным значением коэффициента перегрузки по току К*.

Если оператор не принимает во внимание информацию, поступающую с индикатора 20 от системы экспресс-анализа теплового режима, то при срабатывании позисторов 1 электродвигатель будет отключен от источника питания.

Таким образом, в изобретении достигается относительно высокая точность срабатывания защиты в случае перегрева его обмоток благодаря протеканию по позисторам, встроенным в обмотку электродвигателя, импульсного тока, пропорционального величине тока в фазных обмотках, за счет чего обеспечивается компенсация динамической погрешности позисторов при любых скоростях нарастания температуры обмотки, зависящей от нагрузки электродвигателя. По сравнению с прототипом обеспечиваетс я экспресс-анализ теплового режима электродвигателя по эквивалентному току за заданный отрезок контролируемого времени его работы, что позволяет управлять режимом нагружения электропривода в пределах, допустимых перегревов изоляции обмоток электродвигателя, не вызывая его аварийных отключений.

Предлагаемое устройство может быть использовано для защиты от перегрева электродвигателей как общепромышленного, так и специального назначений.

Устройство для температурной защиты электродвигателя по авт. св. № 1415316, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения экспрессанализа теплового режима работы электродвигателя и оценки отклонения эквивалентного тока двигателя от номинального за заданный отрезок контролируемого времени работы, в устройство дополнительно введены последовательно соединенные второй сумматор, усилитель, квадратор, интегратор, второй ключ и индикатор, при этом первый и

З0 второй входы второго сумматора соединены с выходами вторичных обмоток ссютветственно первого и второго трансформаторов тока.