Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормального режима

 

Изобретение может быть использовано для защиты электродвигателей от обрыва фаз сети, неправильного чередования фаз и асимметрии питающей трехфазной сети. Сущность изобретения заключается в конкретной принципиальной схеме устройства защиты, позволяющей отключить защищаемый электродвигатель от сети при возникновении аварийного режима работы. Использование приведенной схемы устройства защиты от анормального режима работы позволяет повысить надежность и помехоустойчивость устройства защиты, что является техническим результатом. 1 ил.

Изобретение относится к электротехническим устройствам для защиты трехфазных двигателей.

Известны устройства для защиты трехфазных двигателей, содержащие активно-емкостной фильтр напряжений обратной последовательности (авт. св. N 1127036, кл. H 02 H 07/08, приоритет изобретения 10 июня 1983 г., опубл. 30 ноября 1984 г., бюл. N 44). Недостатком данного устройства является недостаточная надежность в работе. Причинами этого являются, во-первых, низкая помехоустойчивость при появлении несуносоидальности и помех в питающей сети. Помехоустойчивость также снижается вследствие отсутствия возможности регулирования порога срабатывания (уставки защиты). Во-вторых, не обеспечивается надежное срабатывание устройства при пуске двигателя в условиях отсутствия напряжения в фазах A и C.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству защиты трехфазного электродвигателя от анормального режима является устройство защиты по авт. св. N 1721696, кл. H 02 H 07/08, приоритет изобретения 11 сентября 1989 г., опубл. 23 марта 1992 г., бюл. N 11. Устройство защиты содержит активно-емкостный фильтр напряжения обратной последовательности (ФНОП), входом присоединенный к фазным клеммам электродвигателя, а выходом к входу активного фильтра нижних частот (ФНЧ), выход которого подключен к оптронному переключателю (ОП).

Недостатком данного устройства также является недостаточная надежность в работе. Причинами этого является, во-первых, нахождение элементов защиты устройства под высоким потенциалом относительно нейтрали, т.к. корпус устройства защиты подключен к выводу ФНОП, имеющему высокий потенциал, относительно нейтрали. Это предъявляет жесткие требования к качеству изоляции корпуса устройства относительно нейтрали сети. Ухудшение изоляции вследствие старения, особенно в тяжелых условиях эксплуатации (агрессивная среда, высокие значения температуры и влажности), приведут к отказу устройства. Во-вторых, в плечах ФНОП для его регулировки необходимо использовать подстроечные элементы (например, переменные резисторы). В ФНОП, подключенном к линейным напряжениям, выделяется значительная мощность. Поэтому наличие в составе ФНОП подстроечных элементов, у которых большие температурные коэффициенты, снижает стабильность балансировки ФНОП, а следовательно, надежность устройства защиты, В-третьих, на выходах ФНОП наводятся синхронные помехи при работе электродвигателя, которые неподавляются в ФНОП и вызывают срабатывание оптронного переключателя.

Техническим решением задачи данного изобретения является повышение надежности и помехоустойчивости защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов.

Задача достигается тем, что устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормального режима, содержащее активно-емкостный фильтр напряжения обратной последовательности, входом присоединенный к клеммам для подключения к фазам питания электродвигателя, активный фильтр нижних частот и оптронный переключатель, выходная цепь которого через электромагнитное реле подключена к источнику питания, контакты электромагнитного реле включены в цепь отключения магнитного пускателя, снабжено каскадом с дифференциальным входом, выполненным на операционном усилителе с регулируемой отрицательной обратной связью и подключенным входами к выходу активно-емкостного фильтра напряжения обратной последовательности, а выходом к входу активного фильтра нижних частот, при этом между двумя входами операционного усилителя, каскада с дифференциальным входом, включена схема защиты входов от превышения допустимого напряжения, состоящая из четырех диодов, соединенных по мостовой схеме выпрямления, входами подключенная к входам операционного усилителя, с выходом "плюс" соединен катод первого стабилитрона, а анод подключен к корпусу устройства защиты, с выхода "минус" соединен второй стабилитрон анодом, а катод подключен к корпусу схемы защиты.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что по сравнению с известными за счет введения нового элемента каскада с дифференциальным входом с элементами защиты входов, а также новых связей между элементами обеспечивается повышение надежности и помехозащищенности устройства защиты электродвигателей. При включении каскада с дифференциальным входом корпус устройства защиты соединяется с нейтралью сети, т.е. зануляется. Балансировка соединения ФНОП-каскад с дифференциальным входом осуществляется маломощной цепью отрицательной обратной связи в каскаде с дифференциальным входом и тем самым обеспечивается высокая стабильность регулировки. Кроме этого, каскад с дифференциальным входом подавляет синфазные помехи, поступающие на их входы. Данная схема подключения каскада с дифференциальным входом к активно-емкостному ФНОП не имеет аналогов в известных нам устройствах.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема устройства защиты электродвигателя от анормальных режимов работы.

Устройство защиты трехфазного электродвигателя включает ФНОП, собранный из резисторов 1, 2 и конденсаторов 3, 4, входы 5, 6, 7 которого подключены к линейным проводам фаз, A, B, C и клеммам питания электродвигателя 8. Выход 9 этого фильтра соединен с конденсатором 10 и резистором 11, который подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 12, а выход 13 - к конденсатору 14 и резистору 15, который подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 12. На диодах 16, 17, 18, 19 собран выпрямительный мост. К выходу 20 выпрямительного моста подключен анодом стабилитрон 21, катод которого подключен к корпусу 22 устройства защиты. К выходу 23 выпрямительного моста подключен катод стабилитрона 24, а анод соединен с корпусом 22 устройства защиты. Выпрямительный мост, состоящий из диодов 16, 17, 18, 19, и стабилитроны 21 и 24 составляют устройство защиты входов операционного усилителя 12 от превышения допустимого напряжения на его входах. Резистор 25 служит для регулировки баланса ФНОП и каскада с дифференциальным входом при симметрии трехфазных напряжений сети. К неинвертирующему входу операционного усилителя 12 подключен резистор 26. Операционный усилитель 12 с конденсаторами 10, 14, резисторами 11, 15, 25, 26 образуют каскад с дифференциальным входом. Далее выход каскада с дифференциальным входом подключен к ФНЧ 27, состоящему из конденсаторов 28, 29 и 30, резисторов 31, 32, 33 и 34 и операционного усилителя 35. Выход ФНЧ 27 соединен с оптронным переключателем 36, состоящим из диода 37, резисторов 38, 39, 40, 41, конденсатора 42, оптронного динистора 43, однопереходного транзистора 44 и электромагнитного реле 45. Переменный резистор 38 служит для установки порога срабатывания ОП. Устройство защиты запитывается от фазы напряжений AN и BN через трансформатор 46 и двухполярный блок питания (БП) 47. Схема управления электродвигателем 8 состоит из размыкающей кнопки 48, замыкающей кнопки 49, электромагнитного пускателя 50, его блокирующего контакта 51, теплового реле 52, его размыкающего контакта 53, размыкающего контакта 54 электромагнитного реле 45, замыкающих контактов 55 электромагнитного пускателя 50. Нейтраль N соединена с корпусом 22.

Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом.

Трехфазный двигатель 8 включается в работу с помощью электромагнитного пускателя 50 при нажатии замыкающей кнопки 49. При этом двигатель 8 подключается к питающей трехфазной сети A,B,C замыкающими контактами 55 электромагнитного пускателя 50. После отпускания кнопки 49 электромагнитный пускатель 50 остается подключенным к сети через размыкающую кнопку 48, блокирующий контакт 51, размыкающий контакт 53 теплового реле 52. В остальном работа схемы включения двигателя известна и не требует дальнейших пояснений.

В нормальном режиме при симметрии питающих напряжений на выходе фильтра напряжения обратной последовательности устанавливается минимальным (теоретически нулевое) напряжение небаланса фильтра, которое подается на вход каскада с дифференциальным входом. На выходе каскада с дифференциальным входом в этом режиме будет также нулевое напряжение. Далее напряжение подается на ФНЧ 27. Конденсатор 42 через резистор 39 и диод 37 заряжен до напряжения, равного амплитудному значению напряжения на выходе ФНЧ 27. Это напряжение значительно ниже напряжения переключения однопереходного транзистора 44. При этом однопереходной транзистор 44 и оптронный динистор 43 находятся в закрытом состоянии, электромагнитное реле 45 обесточено и устройство защиты не включается. Двигатель 8 работает в установленном режиме.

При обрыве одной из фаз со стороны источника (неполнофазный режим) на выходе ФНОП появится значительное напряжение, которое подается с выхода 9 на инвертирующий вход операционного усилителя 12 через конденсатор 10 и резистор 11, с выхода 13 на инвертирующий вход операционного усилителя 12 через конденсатор 14 и резистор 15. Если напряжения, подающиеся на входы операционного усилителя 12, превысят допустимые значения, сработает схема защиты входов от превышения допустимого напряжения на входах операционного усилителя 12.

Схема защиты работает следующим образом. При подаче на инвертирующий вход операционного усилителя 12 напряжения положительной полярности выше допустимого происходит электрический пробой стабилитрона 24 и через диод 17 протекает электрический ток. Этот ток создает повышенное падение напряжения на резисторе 11, равное разности входного напряжения и напряжения на стабилитроне 24. А на неинвертирующем входе происходят те же процессы, но со стабилитроном 21, диодом 19 и резистором 15. При смене полярности происходят аналогичные процессы для инвертирующего входа - со стабилитроном 21, диодом 16 и резистором 11, для неинвертирующего входа со стабилитроном 24, диодом 18 и резистором 15.

Далее операционный усилитель 12 производит математическую операции разности между напряжением на неинвертирующем и неинвертирующем входах. Разница этих напряжений подается на вход ФНЧ 27. После фильтрации напряжение подается на вход ОП 36, который срабатывает при превышении определенного напряжения, и электромагнитное реле 45 размыкающим контактом 54 отключает двигатель от сети.

Устройство защиты также срабатывает при изменении порядка чередования фаз питающей сети и при опрокидывании одной из фаз питающей сети (изменение фазы на 180^o).

При появлении в питающей сети асимметрии напряжения, превышающей допустимое для потребителей, на входе фильтра напряжения обратной последовательности появится напряжение и устройство защиты сработает. При этом порог срабатывания устанавливается потенциометром 38.

Таким образом, устройство защиты отличается повышенной надежностью и помехоустойчивостью и обеспечивает защиту трехфазного двигателя от неполнофазных режимов, опрокидывания фазы источника, от изменения порядка чередования фаз, а также от асимметрии питающего напряжения, превышающего установленную норму.

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от анормального режима, содержит активно-емкостной фильтр напряжения обратной последовательности, входом присоединенный к клеммам для подключения к фазам питания электродвигателя, активный фильтр нижних частот и оптронный переключатель, входная цепь которого через электромагнитное реле подключена к источнику питания, контакты электромагнитного реле включены в цепь отключения магнитного пускателя, отличающееся тем, что устройство снабжено каскадом с дифференциальным входом, выполненным на операционном усилителе с регулируемой отрицательной обратной связью и подключенным входами к выходу активно-емкостного фильтра напряжения обратной последовательности, а выходом - ко входу активного фильтра нижних частот, при этом между двумя входами операционного усилителя каскада с дифференциальным входом подключена схема защиты входов от превышения допустимого напряжения, состоящая из четырех диодов, соединенных по мостовой схеме выпрямления, входами подключенная к входам операционного усилителя, с ее выходом "Плюс" соединен катод стабилитрона, а его анод подключен к корпусу устройства для защиты, с выходом "Минус" схемы выпрямления соединен второй стабилитрон анодом, а его катод подключен к корпусу устройства для защиты, при этом корпус устройства для защиты соединен с нейтралью питающей сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1