Устройство для тепловой защиты трехфазного электродвигателя

)5 Н 02 Н 7/08, 5/О ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1488910, кл. Н 02 Н 5/04, 1988,Авторское свидетельство СССРМ 1112472, кл, Н 02 Н 6/00, 1982,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Использование: электроаппаратостроение, в частности при выполнении тепловойзащиты электродвигателей переменного тока, Сущность изобретения: регулировка динамической характеристики нагреватерморезистора (ТР) и сердечника (С) транс,.Ж 1830166 А 3 1 МавыИЯ"щи явь.,Йлйбпщ форматора тока (ТТ) путем изменения величины магнитного потока в С ТТ. Устройство содержит намагничивающую первичную токовую обмотку 1, вторичную обмотку 2, размагничивающую обмотку 3, включенную на регулировочный резистор (Р) 4. Все три обмотки размещены на массивном (нешихтованном) С 5 иэ конструкционной стали, образуя ТТ с большими потерями электромагнитной энергии в С 5, ТР 6(обычно поэистор) встроен в массивный С 5, находится с ним в непосредственном тепловом контакте и соединен последовательно со вторичной обмоткой 2 ТТ, образуя термочувствительность цепь, Устройство обладает более высокой надежностью за счет устранения Я действия термодинамических разрушающих усилий на ТР 6 и обеспечивает возможность регулирования динамической характеристики нагрева ТР 6 и С 5 ТТ путем изменения величины магнитного потока. 1 ил. АуИзобретение относится к электроаппаратостроению, а именно к устройствам зациты, и может быть использовано привыполнении тепловой защиты электродвигателей переменного тока.Цель изобретения - повышение надежности и обеспечение возможности регулирования динамической характеристики:агрева терморезистора и сердечникатрансформатора тока путем изменения величины магнитного потока в сердечникетрансформатора тока.На чертеже показаны конструктивноевыполнение сердечника трансформаторатока и схема устройства для тепловой защиты электродвигателя,Устройство содержит намагничиваю-.щую первичную токовую обмотку 1, подключаемую последовательно в цепь фаэнойстаторной обмотки электродвигателя, вторичную обмотку 2 и размагничивающую обмотку 3, включенную на регулировочныйрезистоо 4, Все три обмотки размещены намассивном (нешихтованном) сердечнике 5из конструкционной стали, причем указанная совокупность элементов образуеттрансформато 1, тока с большими потерямиэлектромагнитной энергии в сердечнике 5,Вторичная обмотка 2 трансформатора токасоединена последовательно с терморезистором 6 (обычно в подобных устройствахиспользуется термореэисторы с положительным температурным коэффициентом -позисторы), образуя термочувствительнуюцепь. Терморезистор 6 встроен в массивныйсердечник 5 трансформатора тока и находится с ним в непосредственном тепловомконтакте.Свободными выводами термочувствительная цепь подключена соответственно кдвум входам выпрямительного моста 7, Помимо этого имеются первый 8 и второй 9резисторы, стабилитрон 10 и транзистор 11.Причем первый резистор 8 одним иэ выводов соединен последовательно с анодомстабилитрона 10, образуя стабилизирующую цепь, свободный вывод первого резистора 8 подключен к минусовому выводу, акатод стабилитрона 10 - к плюсовому выводу выпрямительного моста 7. Зммитер транзистора 11 соединен с катодомстабилитрона 10, база транзистора 11 черезвторой резистор 9 соединена с анодом стабилитрона 10, а коллектор транзистора 11 иминусовый вывод выпрямительного моста 7подсоединяются к исполнительному Органу12,Характерной особенностью применяемог,. трансформатора тока в устройстве тепловой защиты является то, что в процессе50 55 массивного сердечника 5, для конкретного защищаемого электродвигателя,Наличие вновь введенной размагничивающей обмотки 3 в трансформаторе тока, включенной на регулировочный резистор 4, позволяет исключить насыщение массивного сердечника 5 трансформатора тока в широком диапазоне изменения тока нагрузки защищаемого электродвигателя 1 дв, что .обеспечивает устойчивую пропорциональную связь магнитной индукции в массивном работы в результате имеющихся во введенном массивном сердечнике 5 значительных потерь электромагнитной энергии на вихревые токи происходит его нагрев. Величина 5 потерь и температура нагрева массивногосердечника 5 определяются значением магнитной индукции в нем, которая в свою очередь пропорционально связана с величиной тока в первичной обмотке 1 трансформатора тока, т,е, с током нагрузки электродвигателя 1 дв. Такое утверждение правомерно, так как вихревые токи в сердечнике 5 создают мощное размагничивающее поле, которое можно заменить размагничивающим 15 полем, созданным эквивалентной короткозамкнутой обмоткой, в результате действия которого совместно с полем, созданным первичной обмоткой 1 трансформатора тока, значение величины индукции в стали сердечника 5 находится в пределах линейного участка ее кривой намагничивания.Имея в виду несколько типоразмеровтрансформаторов тока и рекомендации по их применению, можно подобрать соответ ствующий массивный сердечник 5, в идеальном случае являющийся тепловым аналогом защищаемого электродвигателя.Регулирование величины индукции вмассивном сердечнике 5 трансформатора 30 тока, т.е. его нагрева, осуществляется благодаря вновь введенной дополнительной размагничивающей обмотке З,.включенной на регулировочный резистор 4, Увеличивая или уменьшая величину сопротивления регули ровочного резистора 4, т.е. изменяя величи-.ну тока в размагничивающей обмотке 3, однозначно увеличивается или уменьшается величина индукции в массивном сердечнике 5 трансформатора тока и температура 40 его нагрева. Зто дает возможность в известных пределах осуществлять как оперативное регулирование динамической характеристики нагрева терморезистора би массивного сердечника 5 трансформатора 45 тока при вводе в эксплуатацию защитногоустройства, так и подстроечное регулирование параметров срабатывания защитного устройства при эксплуатации с целью повышения адекватности теплового аналога 1830166ски релейная зависимость величины сопротивления от температуры, причем резкое увеличение сопротивления наблюдается при достижении так называемой классификационной температуры срабатывания, в большинстве случаев соответствующей общепринятым классам нагревостойкости изоляции. Применение таких позисторов в заявляемом устройстве позволяет исключить влияние температуры окружающей среды, обеспечивает достаточно высокий коэффициент возврата и существенно упрощает схемуисполнительных органов.При встройке в тепловой аналог-массивный сердечник 5 трансформатора тока терморезистора (позистора) 6 с фиксированной классификационной температурой срабатывания, появляется возможность ограничить температуру нагрева сердечника 5 во времени, т,е. ограничить температуру нагрева обмоток защищаемого электродвигателя. В данном случае массивный сердечник 5 трансформатора тока выполняет роль преобразователя электрической энергии входного сигнала (тока электродвигателя) в тепловую, а термореэистор (пози- стор) б выполняет роль преобразователя тепловой энергии в энергию выходного сиг; нала, т.е. в совокупности они обраэукт термоэлектрический преобразователь тока электродвигателя,Чем больше кратность перегрузочноготока электродвигателя по сравнению с номинальным значением, тем меньше время нагрева массивного сердечника 5 трансформатора тока до классификационной температуры срабатывания встроенного в него терморезистора (позистора) б, выражающееся в скачкообразном увеличении его электрического сопротивления и последующемотключении перегретого электродвигателя исполнительной цепью от источника питания, Так как до срабатывания терморезисторов (позисторов) 6 типа СТ 14-2 в холодном состоянии их электрические со- Э 1520 2530 35 40 4550 сердечнике 5 с величиной тока нагрузкидви более высокую точность в контроле теплового состояния обмоток электродвигателя.Размагничивающим действием вторичной обмотки 2 указанного трансформатора тока можно пренебречь, так как суммарноесопротивление подключенных к ней элементов достаточно велико и протекающий вней ток очень мал. В.качестве терморезистора 6 целесообразно использовать, например, позитронытипа СТ 14-2, применяемые для встроенной температурной защиты обмоток электродвигателей. Для них характерна практичепротивления примерно одинаковы, то это дает воэможность встраивать в массивный сердечник 5 трансформатора тока несколько терморезисторов (поэисторов) с различной классификационной температурой срабатывания и подключать их в схему защиты электродвигателей, например, с одним и тем же номинальным током. но с разным классом нагревостойкости изоляции обмоток без замены защитного устройства,Закрепление термореэистора (поэистора) б в теле массивного сердечника 5 трансформатора тока осуществляется. например, с помощью эпоксидного компаунда, в состав которого для повышения коэффициента теплопроводности вводят графит и оксид алюминия, что существенно уменьшает динамическую погрешность термореэистора при незначительных перегрузках электродвигателя.Дополнительно динамическая погрешность терморезистора (поэистора) 6 при значительных перегрузках электродвигателя и токах КЗ компенсируется эа счет его саморазогрева током, протекающим во вторичной обмотке 2 трансформатора тока, оптимальные значения которого выставляются с помощью первого резистора 8 при вводе защитного устройства в эксплуатацию,Устройство для тепловой защиты электродвигателя работает следующим образом.При включении электродвигателя в работу коммутационным аппаратом по его обмоткам .и соответственно по намагничивающей первичной токовой обмотке 1 трансформатора тока, подключенной в одну из фаз электродвигателя, протекает ток нагрузки 1 дв Напряжение, создаваемое во вторичной обмотке 2 трансформатора тока, через термореэистор (поэистор) 6, включенный последовательно с вторичной обмоткой 2 и образующий совместно с ней термочувствительную цепь, подается на входы выпрямительного моста 7, к выходам которого подключена стабилизирующая цепь, состоящая из последовательно соединенных первого резистора 8 и стабилитрона 10, В результате по термочув. ствительной и стабилизирующей цепям протекает ток 12, величина которого ограничивается в основном суммарным сопротивлением терморезистора (позистора) 6 и первого резистора 8, При протекании тока 2 через стабилитрон 10 на нем создается падение напряжения, являющееся управляющим для транзистора 11, эмиттер которого подсоединен к катоду стабилитрона 10, а база - к аноДу стабилитрона 10 через второй5 10 15 20 25 ЗО 40 45 резистор 9, ограничивающий базовый ток. С этого момента времени транзистор 11 находится в открытом состоянии и обеспечивает как ключ через исполнительный орган 12 управление коммутационным аппаратом независимо от величины тока нагрузки электродвигателя и характера нагружения, включая режим и холостого хода.При протекании тока нагрузки электродвигателя 1 дв по намагничивающей первичной обмотке 1 трансформатора тока происходит нагрев массивного сердечника 5 в результате значительных потерь электромагнитной энергии на вихревые токи. Температура нагрева массивного сердечника 5 - теплового аналога, однозначно определяет температуру нагрева обмоток электродвигателя,Параметры трансформатора тока рассчитываются так, что при протекании номинального тока массивный сердечник 5 нагревается до температуры, соответствующей температуре нагрева обмоток защищаемого электродвигателя при данном токе, но не превышающей классификационную температуру срабатывания встроенного в него терморезистора (поэистора) 6. Выбор классификационной температуры срабатывания теряюрезистора (позистора) 6 в свою очередь Согласуется с классом нагревостойкости изоляции статорных обмоток защищаемого электродвигателя таким образом, чтобы более полно использовать его перегрузочные возможности в пределах, не превышающих длительно допустимых температур.Если,пЬ обмоткам электродвигателя протекают перегрузочные токи, то массивн й сердечник 5 трансформатора тока нагревается до температуры, приводящей к срабатыванию термореэистора (поэистора) 6. При этом его сопротивление резко увеличивается на несколько порядков, ток 12 во вторичной цепи трансформатора тока резко уменьшается и практически все напряжение, создаваемое во вторичной обмотке 2 при данном токе нагрузки, оказывается приложенным к терморезистору (позистору) 6; Падение напряжения на стабилитроне 10 становится практически равным нулю, транзисторн;й ключ 11 закрывается и Исполнительный орган. 12 разрывает цепь управления коммутационного аппарата. В результате перегретый электродвигатель отключается от питающей сети.При незначительных перегрузках электродвигателя (до 21 ном) термореэистор (пози- стор) 6 успевает следовать за изменением температуры массивного сердечника 5 грансформатора тока беэ динамической погрешности, или в равной степени за изменением температуры обмоток электродвигателя, и ее компенсация не требуется.При значительных перегрузках электродвигателя (более 21 ном) массивный сердечник 5 трансформатора тока нагревается (так же как и обмотки электродвигателя) достаточно быстро и встроенный в него терморезисто р (поз исто р) 6 может проявлять динамическую погрешность из-за теплового сопротивления изоляции между терморезистором (поэистором) 6 и массивным сердечником 5. В этом случае начинает работать механизм компенсации динамической погрешности, заложенный в схему устройства, который сводится к дополнительному нагреву (саморазогреву) терморезистора (позистора) 6 током 2, протекающим во вторичной цепи и пропорционально зависящим от тока нагрузки электродвигателя 1 дв В результате этого до момейта срабатывания тепловой защиты терморезистор (пози- стор) 6 нагревается комбинированно: за счет тепла, передаваемого от массивного сердечника 5 трансформатора тока, и за счет возрастающих собственных потерь, что и компенсирует динамическую погрешность. Оптимальные значения тока 12 во вторичной цепи устанавливаются первым. резистором 8 при вводе в эксплуатацию защитного устройства, согласно разработанным рекомендациям, и частично подстраиваются регулировочным резистором 4, изменяющим размагничивающее поле от обмотки 3 трансформатора тока, для конкретного защищаемого электродвигате-ля.При указанном выше способе встройки терморезистора (позистора) 6 и массивный сердечник 5 трансформатора. тока обеспечивается более высокая надежность его в эксплуатации по сравнению с прототипом, так как имеющиеся тепловые деформации элементов конструкции устройства сглаживаются склеивающим слоем упомянутого эпоксидного компаунда, служащего и в качестве буфера для терморезистора,Кроме того, в предлагаемом устройстве в отличие от традиционных решений нет необходимости в специальном источнике питания для исполнительной цепи (эту роль выполняет вторичная обмотка 2 трансформатора тока, включенная на выпрямительный мост 7), что упрощает реализацию функции срабатывания терморезистора (позистора) 6.Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более высокой надежностью эа счет устранения действия термодинамических разрушающих усилий1830166 Составитель В. СтройниковТехред М.Моргентал Корректор Н. Милюкова Редактор Заказ 2494 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101 на терморезистор и обеспечивает всзможность регулирования динамической характеристики нагрева терморезистора и массивного сердечника трансформатора тока путем изменения величины магнитного 5 потока в сердечнике трансформатора тока для повышения адекватности теплового аналога-массивного сердечника трансформатора тока, конкретному защищаемому электродвигателю. 10Зкономическая целесообразность применения предлагаемого устройства определяется воэможностью увеличения срока службы электродвигателей между капитальными ремонтами, уменьшением общего чис ла отказов электрооборудования.Ф ор мула изобретенияУстройство для тепловой защиты трехфазного электродвигателя, содержащее датчики тока по числу фаз питающей сети, 20 выполненные в виде трансформаторов тока, терморезисторы, по числудатчиков тока, исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и обеспечения возможности регулирования 25 динамической характеристики нагрева термореэисторов и сердечников трансформаторов тока путем изменения величины магнитного потока в сердечниках трансформаторов тока, в устройство дополнительно 30 введены размагничивающие обмотки в каждом трансформаторе тока, регулировочный резистор, подключенный к выводам своей раэмагничивающей обмотки, а также для каждого датчика тока выпрямительные мос ты, первые и вторые резисторы, стабилитроны, транзистор, образуя фазные модули, при этом каждый терморезистор соединен последовательно со вторичной обмоткой своего трансформатора тока, образуя термочувствительную цепь, свободными выводами подключенную соответственно к двум входам своего выпрямительного моста. первый резистор одним из выводов соединен последовательно с анодом своего стабилитрона, свободный вывод каждого первого резистора подключен к минусовому выводу выпрямительного моста, катод каждого стабилитрона подключен к плюсовому выходу выпрямительного моста, эмиттер каждого транзистора соединен с катодом своего стабилитрона, база каждого транзистора через второй резистор - с анодом своего стабилитрона, при этом минусовый вывод выпрямительного моста первого фазного модуля соединен с коллектором транзистора второго фазного модуля, минусовый вывод выпрямительного моста второго фазного модуля соединен с коллектором транзистора третьего фазного модуля, минусовый вывод выпрямительного моста третьего фазного модуля и коллектор транзистора первого фазного модуля подсоединены к исполнительному органу, образуя общий источник питания с транзисторными ключами от каждого фазного модуля; при этом выводы движков всех регулировочных резисторов размагничивающих обмоток трансформаторов тока обьединены между собой, а трансформатор тока каждого фазного модуля выполнен с массивным сердечником и является тепловым аналогом защищаемого электродвигателя, образуя в совокупности со встроенным терморезистором термоэлектрическийпреобразовательтока электродвигателя,