Устройство для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя от аварийного режима

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 191 И 7 5 1)4 НО 08 ЕТ СССР ОТНРЫТИ ПИСАН ОБРЕТ 24-07 механизации йш о СССР1977.СССР1983. ноль, Вментов ИЛИют логичмента 2на выход Т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3892259/ (22) 05.05.85 (46) 29,02,88 (71) Белорусс сельского хоз (72) В.В. Гур (53) 621.316, (56) Авторско Кф 543084, кл.Авторское У 993378, кл. Бюл. В 8кий институтяйстваин и А.А, Ге925 (088.8)е свидетельсН 02 Н 7/08свидетельствН 02 Н 7/08(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ,ЗАЩИТЫ ТРЕХФНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯАВАРИЙНОГО РЕЖИМА(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей путем обеспечения защиты от обрыва фазы и режима заторможенного ротора. При обрыве фазы, например А, закрывается транзисторный ключ .39 и наего выходе появляется уровень логической единицы, Выходы ключей 37 и 38 обеспечивают по-прежнему логическийсвязи с этим на выходах эле 40 и ЗИ-НЕ 41 присутствуеские единицы, на выходе эле-,И-НЕ 42 - логический ноль, ае элемента 43 - логическаяединица, С некоторой выдержкой времени, обусловленной элементом 44, наЯ-входе КЯ триггера 45 появляется логический ноль, Триггер 45 переключается, индикатор 46 срабатывания све 1377955тится, на элемент ИЛИ исполнительногооргана поступает уровень логическойединицы. Выходное реле 23 включаетсяи отключает электродвигатель от сети.5 з,п. ф-лы, 2 ил.15 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты электродвигателей от аварийного режима работы.Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей путем обеспечения защиты от работы на двух фазах и режима заторможенного ротора.На фиг. 1 приведена .принципиальная схема устройства защиты; на фиг. 2 - схемы отдельных блоков устройства защиты: блока защиты от перегрузки с индикацией и памятью срабатывания, блока защиты от работы на двух фазах с индикацией и памятью срабатывания, блока защиты от работы в режиме заторможенного ротора с индикацией и памятью срабатывания, блока питания.Устройство состоит из малогабарит ного насыщающегося трансформатора тока 1 (фиг. 1), нагруженного на резистор 2, усилителя, переменного тока 3 на базе операционного усилителя, коэффициент усиления которого изменяется резистором 4, выпрямительного блока 5 узла 6 контроля степени нагрузки, включающего в себя компараторы 7-9, усилители 10-12, нагруженные на индикаторы 13-15. Элементы 7, 10 и 13 образуют блок контроля нагрузки, выше номинальной, элементы 8, 11 и 14 блок контроля номинальной нагрузки, элементы 8, 11 и 14 - блок контроля нагрузки ниже номинальной. При чем, неинвертирующий вход компаратора 9 присоединен к движку потенцио-. метра 16, подключенного между неинвертирующим входом компаратора 8 и общей точкой схемы, а положение движ ка потенциометра 1 6 градуировано в процентах от номинального тока. Устройство содержит также оптотиристор 17; блок защиты от перегрузок с индикацией и памятью срабатывания 18, 45 2блок защиты от работы на двух фазах с индикацией и памятью срабатывания 19, блок защиты от работы в режиме заторможенного ротора с индикацией и памятью срабатывания 20, элемент ИЛИ 21 исполнительного органа 22 с выходным реле 23.Блок защиты от перегрузки 18 (фиг. 2) содержит преобразователь напряжение - сопротивление 24, включенный на входе блока. Преобразова- . тель выполнен на базе резнсторной оптопары 25. Блок содержит также элемент интегрирования 26 с интегрирую, щим конденсатором 27 переменными резисторами 28 и 29, пороговый эле- мент 30, КБ-триггер 31 и элемент индикации срабатывания 32.Блок защиты от работы электродвигателя на двух фазах 19 (фиг. 2) содержит малогабаритные быстронасыщающиеся трансформаторы тока 33 и 34, ограничители-формирователи постоянного напряжения 35 и 36, транзисторные ключи 37-39, элементы ИЛИ 40, ЗИ"НЕ 41, 2 И-НЕ 42, инвертор 43, элемент задержки времени 44, КБ-триггер 45, элемент индикации срабатывания 46.Блок защиты от работы электродвигателя в режиме заторможенного ротора 20 (фиг. 2) содержит пороговый элемент с задержкой на срабатывание 4, инвертор 48, одновибратор 49, длительность сигнала которого регулируется цепочкой 50, элемент ИМПЛИКАТОР 51, триггер 52, элемент индикации срабатывания 53. Блок питания 54 устройства защиты содержит трансформатор 55, промежуточное реле 56 с переключающим контактом 57, Выпрямительные и стабилизирующие цепи питания на чертеже не показаны.Устройство защиты содержит также переключатель 58 режима работы (фиг.1).Устройство защиты работает следу" ющим образом.Перед включением в работу производят настройку устройства на номинальный ток защищаемого электродвигателя, Для этого переключатель 58 устанавливают в положение Настройка". НаматыО вают на сердечник трансформатора тока 1 обмотку (трансформаторы тока 1, 33 и 34 тороидальные и не имеют своей первичной обмотки). Пропускают по ней переменный ток такой величины, чтобы 15 МДС была равна МДС обмотки, которуюнамотают на сердечник при вводе устройства защиты в эксплуатацию, если 1 .по ней будет протекать номинальный ток защищаемого электродвигателя. 20 Например, при номинальном токе электродвигателя 110 А при вводе в эксплуатацию устройства предполагают иметь 1 виток первичной обмотки. Тогда МДС рабочая номинальная равна 110 Ампер витков. При настройке устройства защиты наматывают, например 55 виткови пропускают ток 2 А. Тогда МДС настройки будет равна 110 Ампервитков. При этих условиях изменяют коэффи циент усиления усилителя 3 и добиваются, чтобы засветился индикатор 14 канала номинальной нагрузки. Если движок потенциометра 16 установлен в верхнем положении (фиг. 1), то одновременно засветится индикатор 15.35 На этом настройка устройства закончена. Установка индикатора 13 на срабатыванке и регулировки других блоков производится при изготовлении устройства. Эти регулировки производят относительно номинального тока любого защищаемого электродвигателя, поскольку на выходе выпрямительного блока 5 устанавливают один и тот же 45 уровень напряжения для всех номинальных токов защищаемых электродвигателей. Установка порога срабатывания защиты, производимая при настройке устройства, может быть выполнена в процессе эксплуатации. При этом, с50 помощью резистора 4 (фиг. 1) можно установить порог срабатывания устройства относительно любого не номинального тока.При вводе устройства защиты в эксплуатацию наматывают первичные обмотки трансформаторов тока 1, 33 и 34 проводом питающей электродвигатель сети, причем трансформатора 1строго по МДС настройки, а трансформаторов 33 и 34 примерно таким жечислом витков, поскольку эти трансформаторы быстронасыщающиеся, и дляних достаточно обеспечить некотороеминимальное значение МДС,Предположим, устройство подготовлено к защите, т,е. подключен блокпитания, намотаны трансформаторы тока, а переключатель 58 установлен вположении Защита включена",Если электродвигатель имеет ток,меньший номинального, то индикаторы13 - 15 не светятся. Можно установить степень нагрузки электродвигателя, если перемещать ползунок потенциометра 16 ВНИЗ (фиг. 1). Перемещаяего добиваются, чтобы индикатор 15сработал. Это положение по шкале потенциометра 16 отсчитывают процентзагрузки электродвигателей по отношению к номинальному току.Предположим, электродвигатель работает при токе, превьппающем номи-,нальный, В этом случае светятся индикаторы 13-15 срабатывает, с частотой 50 Рц, оптотиристор 17 (фиг. 1).Одновременно увеличивается ток навходе опторезистора 25 (фиг. 2), отчего его сопротивление уменьшается.Интегрирующий конденсатор 27 заряжается однополупериодным выпрямленным током. С увеличением тока электродвигателя увеличивается освещенность резистора оптопары 25, его сопротивление уменьшается, а зарядныйток интегрирующего конденсатора 27увеличиваетсяПри достижении наконденсаторе 27 напряжения порогасрабатывания элемента 30 происходитподача нулевого уровня напряжения наЯ-вход триггера 31, отчего на прямомвыходе его появляется логическая единица, которая через элементы 21 и 22(фиг. 1) воздействует на выходное ре-ле 23. Происходит отключение электродвигателя от сети, Одновременно наинверсном выходе триггера 31 появляется логический ноль и элемент индикации 32 светится. Отключение электродвигателя от сети или уменьшениенагрузки до номинальной вызывает закрытие оптотиристора 17 и постепенныйразряд интегрирующего конденсатора27. После срабатывания устройствазащиты электродвигатель нельзя включить в сеть до тех пор, пока пере 1377955ключатель 58 не будет установлен в положение "Сброс", При этом на К- вход триггера 31 подан логическийноль и триггер 31 возвращается в исходное положение.Предположим, произошел обрыв фазы А питающей электродвигатель сети. В этом случае транзисторный ключ 39 закрыт, на выходе его логическая 10 единица. Выходы ключей 37 и 38 обеспечивают по-прежнему логический ноль. В связи с этим на выходе элементов ИЛИ 40 и ЗИ-НЕ 41 присутству- ют логические единицы, на выходе 15 элемента 2 И-НЕ 42 - логический ноль, а на выходе элемента 43 - логическая единица. С некоторой задержкой времени, обусловленной элементов 44 на 8-входе КЯ-триггера 45 появляется ло гический нуль. Триггер 45 переключается, светится индикатор срабатывания 46, а на элемент 21 (фиг,1) поступает напряжение логической единицы. Реле 23 включается и отключает 25 электродвигатель от сети. Для возвращения в исходное состояние устройства защиты переключатель 58 кратковременно переходят в положение "Сброс". Если произошел обрыв Фазы В, то в этом случае закрывается транзисторный ключ 38, а если произошел обрыв фазы С, то закрывается ключ 37 и блок защиты 19 срабатывает аналогично описанному. Однако, при обрыве Фазы С или В теряет питание катушка возбуждения реле 56 блока питания 54 (фиг. 2) отчего первичная обмотка входного трансформатора напряжений 55 подключается к фазе А питающей электродвигатель сети, тем самым обеспечивая надежное питание схемы защиты с индикацией и памятью срабатывания,При пуске электродвигателя напряжение на выходе выпрямительного бло ка 5 возрастает до величины, при котором срабатывает пороговый элемент 47. С некоторой задержкой времени на выходе элемента 47 появляется логический ноль, а на выходе элемента 48 - логическая единица, которая поступает на второй вход логического элемента ИМПЛИКАТОР 51. Одновременно на одновибратор 49 поступает логическая единица от элемента ЗИ-НЕ 41 блока 19, Одновибратор включается и вырабатывает сигнал логической единицы некоторой длительности, определяемой параметрами его К-С-цепи 50, Продолжительность этого сигнала выбирается несколько большей,чем время пуска электродвигателяв нормальном режиме. Поэтому, еслипроизошел нормальный пуск электродвигателя за время, меньшее, чем продолжительность сигнала одновибратора,то на выходе элемента ИМПЛИКАТОР 51будет логическая единица и блок 20 несработает; Если продолжительность .пуска больше установленной или произошло заклинивание рабочей машины,то на входе Х элемента 51 будет логический ноль, а на входе Хэлемента 51 - логическая единица, отчегона его выходе появляется логическийноль, сработает КЯ-триггер 52, индикатор срабатывания 53, а на элемент21 и 22 (фиг. 1) подается напряжение, вызывающее срабатывание реле 23и отключение электродвигателя отсети,Таким образом, снабжение устройства усилителем 3 переменного тока срегулируемым коэффициентом усиленияи узлом 6 контроля степени нагрузкиэлектродвигателя позволяет настраивать его на различный (номинальный)ток и использовать устройство длязащиты электродвигателей разной мощности, При этом, трансформаторы тока1, 33, 34, усилитель 4, блок индикации 6, блоки защиты 18-20 и другиеэлементы устройства остаются однимии теми же для всех защищаемых электродвигателей, независимо от их номинальной мощности.Включение компаратора 9 через потенциометр 16 позволяет определитьстепень нагрузки электродвигателей,разных мощностей относительно их номинальных значений в процессе эксплуатации,Использование преобразователя напряжение-сопротивление с регулируемым усилителем на базер реэисторной оптопары, резистор которой является основным зарядным резистором интегрирующей цепи К-С и переменных резисторов для цепи заряда - разряда, бесконтактного ключа на базе оптотирис-. тора, функционально связанного с каналом перегрузки блока индикации нагрузки позволяет наиболее близко обеспечить требуемую время-токовую защитную характеристику в широком диапазоне мощностей,Использование двух дополнительныхбыстронасыщающихся трансформаторовтока с двумя транзисторными ключами,а .также третьего транзисторного клю 5ча, функционально связанного с выпрямительным блоком через переключатель,а также блока логики позволила осуществить защиту электродвигателя отработы на двух фазах в широком диапа Озоне мощностей,Использование порогового элементафункционально связанного с выпрямительным блоком, одновибратора, функционально связанного с блоком защиты 15от работы на двух фазах и логическойсхемы позволило осуществить защитуот работы в режиме заторможенногоротора в широком диапазоне мощностей.Использование КБ-триггеров и эле Оментов индикации, а также промежуточного реле с переключающим контактом в блоке питания позволило обеспечить надежную память срабатыванияпри обрыве любой фазы питающей элек-, 25трьдвигатель сети.,Формула изобретения1, Устройство для защиты трехфаз ного асинхронного электродвигателя от аварийного режима, содержащее фаэные трансформаторы тока, при этом трансформатор первой фазы, зашунтированный нагрузочным резистором, вып рямительный блок, с которым функционально соединен блок защиты от перегрузки, усилитель мощности с исполнительным реле, источник питания переменного тока, о т л и ч а ю щ е е с я 4 О тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения защиты от обрыва фазы и режима заторможенного ротора, оно дополнительно снабжено усилителем переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления узлом контроля степени нагрузки, переключателем с замыкающим и размыкающим контактами, элементом ИЛИ, оптотиристором, блоком защиты от работы на двух фазах и блоком защиты от режима заторможенного ротора, при этом усилитель переменного тока включен между вторичной обмоткой трансформатора тока первой фазы и выпрямительным блоком, вход узла контроля степени нагрузки соединен с выходом упомянутого выпрямительного блока, а его выход с входом оптотиристора, анод которого соединен с источником питания переменного тока, а катод - с разрешающим входом блока защиты от перегрузки, первые входы блоков защиты от перегрузки, работы на двух фазах и режима заторможенного ротора соединены с выходом выпрямительного блока через замыкающий контакт переключателя, а вторые входы тех же блоков защиты соединены с общей точкой схемы через размыкающий контакт того же переключателя, при этом выход упомянутых блоков защиты через элемент ИЛИ подключены к входу исполнительного органа.2. Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что узел контроля степени нагрузки выполнен в виде трех блоков: блока контроля нагрузки выше номинальной, выход которого является выходом узла контроля блока контроля номинальной нагрузки, и блока контроля нагрузки ниже номинальной, при этом каждый из блоков состоит из последовательно включенных компаратора, усилителя мощности и индикатора, инвертирующие входы компараторов объединены и являются входом узла контроля степени нагрузки, при этом неинвертирующий вход компаратора блока контроля нагрузки ниже номинальной присоединен к подвижному контакту потенциометра, проградуированного в процентах от номинального ,тока, а вход потенциометра подключен между неинвертирующим входом компаратора блока контроля номинальной нагрузки и общей точкой схемы. 3. Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок.защиты от перегрузок снабжен КЯ-триггером, элементом индикации, при этом преобразователь напряжение - сопротивление с регулируемым коэффициентом усиления на базе резисторной оптопары включен на входе первого блока,4 ютореэистор, оптопары - последовательно с интегрирующим конденсатором, выход порогового элемента соединен с 8-входом КЯ-триггера инверсный выход которого соединен с элементом индикации, прямой выход соединен с выходом блока, а К-вход КЯ-триггера соединен с вторым входом блока, вход порогового элемента подключен к выходу делителя резисторной опто- пары.4. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок защиты. от работы на двух фазах снабжен КБ-триггером и элементом индикации причем выход усилителя блока защиты от работы на двух фазах соединен с Я-входом триггера, К-вход которого является вторым входом блока защиты, инверсный выход К 8-триггера соединен с элементом индикации, а прямой выход является выходом блока защиты.5. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем,. что блок защиты от работы в режиме заторможенного ротора снабжен пороговым элементом с задержкой времени, инвертором, одновибратором и элементом ИМПЛИКАТОР, КБ-триггером и элементом индикации, причем пороговый элемент установлен на входе блока, выход его через инвертор соединен с вторым входом элемента ИМПЛИКАТОР, прямой вход одновибратора соединен с выходом элемента 3 И-НЕ блока защиты от работы на двух фазах, а выход - с первым входом элемента ИМПЛИКАТОР, выход которого соединен с Б-входом КБ-триггера, К-вход которого соединен с общей точкой схемы через размыкающий контакт переключателя, инверсный вы" ход соединен с элементом индикации, 1 О прямой выход является выходом блоказащиты. 6, Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок пита ния снабжен промежуточным реле с переключающим контактом, причем один конец. первичной обмотки трансформатора напряжения блока питания эаземлен, второй присоединен через размы кающий контакт реле к первой фазепитающей сети, а через замыкающий контакт - квторой фазе питающей сети, и обмотка реле присоединена к второй и третьей фазе питающей сети.