Устройство для защиты электродвигателей

 

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении точности срабатывания устройства. Для этого устройство содержит датчик (3) тока для подключения в цепь питания электрической цепи, квадратор (5), тепловой имитатор (6) электрической цепи, компаратор (7) и исполнительное реле (8). При возникновении перегрузки в электрической цепи на выходе датчика (3) тока возникает сигнал, превышающий номинальный. На выходе квадратора (5) образуется сигнал, пропорциональный действующему току в обмотках электродвигателя (1), на выходе имитатора (6) образуется напряжение, по величине пропорциональное энергии нагрева электродвигателя. При превышении последнего напряжения некоторого значения, задаваемого опорным напряжением, замыкается электронный ключ компаратора (7), который подключает обмотку исполнительного реле (8) к источнику питания, и электрическая цепь отключается от напряжения сети. Квадратор (5) выполнен на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого включен полевой транзистор (9), имеющий квадратичную зависимость на начальном участке вольтамперной характеристики, за счет чего достигается повышение точности срабатывания устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для защиты электродвигателей от повреждения токами перегрузок и короткого замыкания, а также для отключения его от других аварийных режимов работы.

Известно устройство для защиты электродвигателя, содержащее датчик тока для подключения в цепь питания электродвигателя, тепловой имитатор электродвигателя, компаратор и исполнительное реле [1]. Недостатком известного устройства является то, что оно реагирует на среднее значение тока, протекающего через датчик, в то время как нагрев проводов и обмоток электродвигателя происходит по действующему (эффективному) значению тока, протекающего через провода и обмотки. Необходимо контролировать сигнал по действующему значению.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты электродвигателя, содержащее датчик тока для подключения в цепь питания электродвигателя, квадратор, входы которого подключены к выходам датчика тока, тепловой имитатор электродвигателя, входы которого подключены к выходам квадратора, а выходы - через компаратор ко входам исполнительного реле [2]. Известное устройство позволяет получать нелинейную зависимость сигнала на выходе квадратора от тока, протекающего через провода и обмотки электродвигателя, и тем самым позволяет получить повышение точности срабатывания устройства.

Однако в известном устройстве фактически не получают квадратичной зависимости между сигналом на выходе квадратора от величины тока, протекающего через провода и обмотки электродвигателя. Нелинейная зависимость получается зa счет р-n-переходов (диодов и переходов база-эмиттер транзисторов). Известно, что вольтамперная характеристика р-n имеет экспоненциальную, а не квадратичную зависимость.

Задача изобретения - повышение точности срабатывания устройства путем получения более точной квадратичной зависимости выходного сигнала квадратора от величины тока, протекающего через провода и обмотки электродвигателя.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве для защиты электродвигателя, содержащем датчик тока для установки в цепь питания электродвигателя, квадратор, входы которого подключены к выходам датчика тока, тепловой имитатор электродвигателя, входы которого подключены к выходам квадратора, а выходы через компаратор - ко входам исполнительного реле, квадратор выполнен на операционном усилителе, между выходной клеммой которого и его инвертирующим входом включен полевой транзистор с управляющим р-n-переходом, затвор и исток которого соединены между собой. Причем входные и выходные клеммы операционного усилителя являются, соответственно, входными и выходными клеммами квадратора. Такое выполнение квадратора в устройстве для защиты электродвигателя позволяет точнее получить квадратичную зависимость между выходным и входным сигналами.

Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, где показана электрическая схема устройства.

Электродвигатель 1 подключен посредством магнитного пускателя 2 к трехфазному источнику переменного тока с фазами А, В, С и нулевым проводом N. Устройство содержит датчик 3 тока с выпрямителем 4 для подключения в цепь питания электродвигателя 1, квадратор 5, входы которого подключены к выходам датчика 3, теплового имитатора 6 электродвигателя, входы которого подключены к выходам квадратора 5, а выходы через компаратор 7 - ко входам исполнительного реле 8, т. е. выходы имитатора 6 подключены ко входам компаратора 7, а обмотка исполнительного реле 8, в свою очередь, подключена в электронный ключ компаратора 7 к источнику питания. Квадратор 5 выполнен на операционном усилителе, между выходной клеммой которого и его инвертирующим входом включен полевой транзистор 9 с управляющим р-n-переходом, затвор и исток которого соединены между собой. Входные и выходные клеммы операционного усилителя являются, соответственно, входными и выходными клеммами квадратора.

Питание операционных усилителей и компаратора 7 осуществляется от источника питания, который на чертеже не показан. Катушка магнитного пускателя 2 включена в сеть переменного тока посредством нормальноразомкнутой кнопки 10 "Пуск" и нормальнозамкнутой кнопки 11 "Стоп". Параллельно кнопке 10 "Пуск" включены нормальноразомкнутые контакты пускателя 2. Последовательно кнопке 11 "Стоп" включены нормальнозамкнутые контакты исполнительного реле 8.

Датчик 3 тока состоит из трансформатора 12 тока, выпрямителя 4 и шунтирующего резистора 13.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки 10 "Пуск" на катушку магнитного пускателя 2 подается напряжение сети. Замыкаются силовые контакты пускателя 2, напряжение сети подается к электродвигателю 1, одновременно замыкаются контакты, шунтирующие кнопку "Пуск", и поддерживается подача напряжения к катушке пускателя 2. При этом к электродвигателю 1 потекут токи. По первичной катушке трансформатора 12 потечет пусковой ток защищаемого электродвигателя. Во вторичной обмотке этого трансформатора будет индукцироваться напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации, падением напряжения на диодах выпрямителя 4 и величиной шунтирующего резистора 13. С выхода датчика 3 на вход квадратора 5 будет подаваться постоянное напряжение, величина которого определяется током электродвигателя 1 и сопротивлением резистора 13.

Ток резистора 14 квадратора 5 определяет рабочую точку полевого транзистора 9. Ток I_с стока транзистора 9 будет почти равен току резистора 14. При малых напряжениях U_си сток-исток полевой транзистор ведет себя как управляемый резистор, сопротивление R_си канала которого пропорционально абсолютному значению напряжения U_зи затвор-исток. Следовательно, полевой транзистор, затвор которого соединен с одним из электродов канала, имеет квадратичную зависимость U_cи=f(I_c)², так как ток стока определяет падение напряжения канала, которое в свою очередь определяет сопротивление канала.

Интеграл сигнала с выхода квадратора 5 имитирует величину энергии теплового нагрева асинхронного двигателя. Резистор, включенный параллельно конденсатору теплового имитатора 6, разряжает этот конденсатор. Величина напряжения, на которую разряжается конденсатор, имитирует энергию охлаждения электродвигателя. Отсюда выходное напряжение теплового имитатора 6 будет имитировать фактический нагрев с учетом охлаждения.

При достижении напряжения на выходе теплового имитатора порога срабатывания, устанавливаемого резисторами компаратора 7, замыкается его выходной электронный ключ, по обмотке исполнительного реле 8 потечет ток. После срабатывания реле 8 размыкаются его нормальнозамкнутые контакты, которые включены последовательно с кнопкой "Стоп", а размыкание этих контактов равносильно нажатию кнопки "Стоп". Через катушку магнитного пускателя 2 ток прекратится и его контакты разомкнутся. Электродвигатель отключается от сети.

Если через обмотки электродвигателя 1 ток протекал не выше установленного значения и его пуск произошел нормально и в дальнейшем электродвигатель нормально функционирует, то выходное напряжение теплового имитатора 6 не достигнет порога срабатывания компаратора 7.

При отключении электродвигателя от сети кнопкой 11 "Стоп" или в результате аварийного срабатывания устройства, токи через обмотки трансформатора 12 прекращаются, напряжение на выходе имитатора 6 падает, компаратор 7 приходит в первоначальное состояние, его ключ размыкается, обмотка исполнительного реле 8 обесточивается, его нормальнозамкнутые контакты замыкаются, т.е. устройство готово для повторного пуска.

Так как в квадраторе 5 контроль перегрузки осуществляется ближе к квадрату тока, то, следовательно, устройство срабатывает от перегрузки по действующему (квадратичному) значению тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора 12 тока. Тем самым повышается точность отключения электродвигателя от напряжения сети.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1457052, кл. Н 02 Н 7/08, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР 1527686, кл. Н 02 Н 7/08, Н 02 Н 3/08, 1994.

Формула изобретения

Устройство для защиты электродвигателя, содержащее датчик тока для подключения в цепь питания электродвигателя, квадратор, входы которого подключены к выходам датчика тока, тепловой имитатор электродвигателя, входы которого подключены к выходам квадратора, а выходы через компаратор - ко входам исполнительного реле, отличающееся тем, что квадратор выполнен на операционном усилителе, между выходной клеммой которого и его инвертирующим входом включен полевой транзистор с управляющим р-n переходом, затвор и исток которого соединены между собой, причем входные и выходные клеммы операционного усилителя являются соответственно входными и выходными клеммами квадратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1