Устройство для температурной защиты электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО, 16 271 ОМИТЕТТНРЫТИЯМ СУДАРСТВЕННЫО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР РЕТЕН ОПИСА з. 2 ий горн-металлургическийГ. Стройников ой и В 88.8) идетел 02 Н ьство СССР /04, 1987. Я ТЕМПЕРАТУРТРОДВ И ГАТЕЛ Я тся к электротехзовано для защиты гирующих на токоГ К АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ(71) Коммунарски нст итут(54) УСТРОЙСТВО ДЛ НОЙ ЗАШИТЫ ЭЛЕК (57) Изобретение относи нике и может быть исполь электрических машин, реа 51)5 Н 02 Н 5/04, 7 0 2на отклонения от нормаль- Целью изобретения явля- надежности путем обеспенализа теплового режима вигателя и оценки отклотного тока двигателя от заданный отрезок контрои работы. Цель достигаетния в устройство последонных второго сумматора 15, дратора 17, интегратора 18, и индикатора 20. При этом ходы второго сумматора 15 ричными обмотками ссют. го 2 и второго 3 трансфорвые перегрузки инои температуры ется повышение чения экспресс-а работы электрод нения эквивален номинального за лируемого времен ся за счет введе вательно соедине усилителя 16, ква второго ключа 19 первый и второй в соединены с вто ветственно перво маторов тока. 5 и45 50 Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, реагирующих на отклонение от нормальной температуры, а также на чрезмерное 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 зд 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 сосдицецы 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 термоддтчцка, причем первый из них подключен через резистор 9, а второй непосредственно. Пдрдллельцо выводам термодатчика из позисторов 1 подключены последовательно соединенные между собой диод О и конден. сдтор1. Параллельно конденсатору 11 подклнчец первый ключ 12, связанный с входом исполнительного оргдцд 13 и через него с коммутационным аппаратом 14. Устройство тдкжс содержит последовательно соединенные второй сумматор 15, усилитель 16, квддрдтор 17, интегратор 18, второй ключ 19, индикатор 20. Первый ц 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 импульсы прямоугольной формы, положительной цлярцости, стабильных частоты ц длигельц "ц (фиг. 2). Импульсы напряжения цодднлся с выхода генератора 7 на п цый вход регулятора 8 скважности. При эгм в термочувствительной цепи, состоящей ипоследовательно соеди нен ных поз истороц 1 ц резистора 9, подключенных к выходам регулятора 8 скважности, протекает импульсный ток (фиг. 3), который создает соответственно падение напряжения на поз ис тора х 1 и резисторе 9.Падецце напряжения, пропорциональное электрическому сопротивлению позистора 1, поддется ца конденсатор 11 через диод 10. Одцвременно цд второй вход регулятора 8 сквджцосгц цдается напряжение с перво 10 15 20 25 30 35 40 55 го 2 и второго 3 трансформаторов тока ссютветственно через первый 4 и второй 5 фильтры, пропорциональные сумме токов в фазныхобмотках защищаемого электродвигателя,что позволяет более точно формироватьуправляемый сигнал, поступающий на второй вход регулятора 8 скважности.Напряжение, поступающее с первогосумматора 6 на второй вход регулятора 8скважности, является для него управляющим и влияет на длительность импульсовтока, протекающего в термочувствительнойцепи, 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 2, когда скорость нарастаниятемпературы обмоток электродвигателя мала, по термочувствительной цепи-позисторам 1 и резистору 9 протекает импульсныйток, не вызывающий сдморазогрева позистора 1. Динамическая погрешность позисторов 1 вэтом случае практически отсутствует и их тепловое состояние и ссютветственно электрическое сопротивление определяются тепловым состоянием обмоток электродвигателя,При больших перегрузках, напримербольше 2(, когда скорость нарастания тем.пературы обмоток заметно увеличиваетсяи динамическая погрешность позисторатакже увеличивается, длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, возрастает пропорционально токовой нагрузке электродвигателя. За счетэтого происходит дополнительный нагревпозисторов 1, что обеспечивает их ускоренное срабатывание и компенсацию динамической погрешности (инерционности позисторов). Величина эквивалентного тока, про.текающего в термочувствительцой цепи,определяется выражением:Ои (нмп(= -й+й, Тгде (l - напряжение источников питания;Я - суммарное сопротивление позисторов;Й - сопротивление резистора 9;Т - длительность импульса тока, протекающего в термочувствител ьнойцепи (фиг. 3);Т - период импульса тока (фиг. 3).По достижении температуры срабатывания позисторов 1 вследствие их нагрева отобмоток электродвигателя (при небольшихперегрузках электродвигателя до 2 илиих комбинированного нагрева от обмотокэлектродвигателя и за счет тока, протекаю.щего в термочувствительной цепи (при небольших перегрузках электродвигателя и токах больше 2 У,), электрическое сопротивление позисторов 1 резко возрастает, что приводит к увеличению напряжения на конденсаторе 11 согласно выражению:И, УУР+РЕсли напряжение на конденсаторе 11 достигает порога срабатывания первого ключа 2, связанного с входом исполнительного органа 3, то срабатывает исполнительный орган 13, воздействующий на коммутационный аппарат 14, и перегретый электродвигатель отключается от источникд питания. Напряжение срабатывания ключа 12 определяется только сопротивлением позисторов и не зависит от величины тока в гермочувствительной цепи.В режиме нормальных пусков (что характерно для многих электроприводов), ког. да электродвигатель уже достаточно нагрет, за счет теплового действия эквивалентного тока Уу, протекающего в термочувствительной цепи, может произойти опережающее срабатывание цозисторов 1, хотя температура обмоток электродвигателя не превышает допустимой для данного класса изоляции.Для устранения опережающего срдбатывания позисзоров 1 фильтры 4 и 5 обепечивают нарастание управляющего сигцалд ца втором входе регулятора 8 сквджности, поступающего с первого сумматора 6, в здвисимости от времени действия пускового тока.Одцовременцо с указанным Осуществляется контроль эквивалентного тока, потребляемого электродвигателем, ца сравнительно небольших отрезках времени.При этом на выходе второго сумматора 15 формируется сигнал, пропорциональный сумме токов двух фаз статора электродвигателя. Посредством усилителя 16 с коэффициенточ усилеция 0,5 формируется сигнал, пропроциоцальный среднему току одной фазы статорд . электродвигателя, который через квадратор7 подается на вход интегратора 18. На выходе интегратора 18 образуется сигнал, пропорциональный интегралу квадрата тока одной фазы элект- родвигателя(УУ=У . Г.огде Т - заданныи отрезок контролируемоговремени работы электродвигателя (интегрирования), в течение которого определяется эквивалентный ток Одной фазы электродвигдтечя УИнтегратор 18 выполнен на базе операционного усилителя, который обладает свойством инвертирования. Начальное значение напряжения ( интегратора 18 равноУ/=7(КУ 1,т. е. пропорционально квадрату цоминаль.5 ного тока У электродвигателя.Коэффициент перегрузки по току К может быть принят равным 1,1, что соответствует 10 ф-ной перегрузке электродгцгдтелянд заданном отрезке контролируемого вречени работы привода (время интегрирования Т). Он также может иметь ц другие значения, Отличные от единицы или можт бытьравец единице, в зависимости от особенностей технологического процесса, окружающихусловий и соблюдения оператором правил15 эксплуатации электропривода. Напричер,при повышенной температуре окруждюгцейсреды и большой частоте включений этоткоэффициент целесообразно выбирать бли.же к единице.Время интегрирования Т (заданный отрезок контролируемого времени работыэлектродвигателя) также зависит от условийэксплуатации электропривода. Согласно известному положению электрическая машицдпри токе перегрузки 1,27 может работать25 в течение 1 ч, то есть Т может быть приняторавцым 60 миц. Однако в конкретных случаях эксплуатации, например, электропри.водов магнитно-грейферного крана на предприятиях ВПО Главторчермет, работающих с переменной нагрузкой в повторцо 30 кратковременном режиме при частых пускахи реверсах, Т может составлять не более10 -15 мин по условиям технологическогопроцесса. Исходя из этого, предельные значения К можно принимать даже больше,чем 1.2, учитывая равенство количества вы.З 5 деляемого тепла за заданный отрезок коцтролируечого времени Т рдботы электродвигателя и за время 1 ч:(КУ) Т=(1,2 и)з 7где Т 1=1 час=60 минут.40Интегратор 18 автоматически включается в работу с включением электроприводарабочего механизма. По мере возрастаниитекущего времени работы У в предела.х от 0до Т напряжение на выходе интеграторауменьшается. При времени У, равном 7, име 45 ет често равенство:,.- -7 У +Уl,= - и(+а,= В= - Т У +(КУ,).7=0или У =КУгде величина К однозначно определяется 5 заданием величины У/ в данных условиях 50эксплуатации электродвигателя.При нулевом напряжении на выходе интегратора 18 срабатывает ключ 19, который в свою очередь приводит к срдбатыванцкт индикатора 20 (напричер, светового). Если за заданный отрезок контролируемого времени Т индикатор 20 срабатывает, то это означает, что эквивалентный ток электро1658271 Формула изобретения Составитель К. ШиланРедактор Т. Куркова Техред А. Кравчук Корректор Л. ПатайЗаказ 2434 Тираж 390 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патентэ, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 двигателя в Кф 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 8 вновь автоматически включается в работу с заданным значением Оп, 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 20 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 Зо второй входы второго сумматора соеДиненыс выходами вторичных обмоток ссютветственно первого и второго трансформаторов тока.