Устройство для защиты асинхронного двигателя от перегрузки

Союз Советск нхСоцналнстнческнхРеспублнк Е 1 А АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУДата опубликования описа 3.09,8(72) Авторы изобретени А. Н. Борданов, В. Ф, Минаков, В, П. Сыщикои Е, Г. Тимченко 71) Заявктел тавропольский политехнический институт 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТ ОТ ПЕРЕГРУЗКИпителя, включенная после с ти. те истором.При номинальньолируе мой) цепиут, Это обеспечи х токах в главной (конт- контакт геркона разомк.вается стабилизацией напряо на катушку геркона; доуровня и подбором вели резистора так, чтобы сумпоток управляющей каей шины не достигал я магнитоуправляемого ения, подаваем оответствующегчины переменно марныи магнитныитушки и токоведущпорога срабатывани контакта.По мере увел ка (аварийный ре рующей намагничи ков срабатывания мыкается, подава ное управляющее тура последнего о целителя автомата а. иет силовую цеп Однако устрой ость работы, об механическим изнсловливаемую ускоренным сом контактных пластин очника соедин оме того, катушка(22) Заявлено 28,10,80 (21) 2997196/24 с присоединением заявки М Изобретение относится к электротехнике,в частности к устройствам релейной защиты электродвигателей переменного тока.Известно устройство для защиты источника тока от анормальных режимов. Данное устройство содержит измеритель тока, выполненный на магнитоуправляемом контакте, который помещен в магнитный экран и располо. жен непосредственно на токоведущей шине источника питания. Магнитоуправляемый кон 1 О такт установлен в катушке, соединенной последовательно с двумя постоянными и одним переменным резисторами. Названная последовательная цепочка включена параллельно первому стабилитрону, а также последователь 15 но соединенным второму стабилитрону и резистору, шунтирующему управляющий переход тиристора. При этом параллельно второму ст билитрону подключен геркон, соединенный последовательно с ограничительным резистором. Анод первого стабилитрона непосредствен. но, а катод через резистор подключен к источнику постоянного тока. С зажимами исичения контролируемого тожим) и достижения результи.ваюшей силой ампер-витгеркона, его контакт зана тиристор положительнапряжение. Силовая структкрывается, катушка расобтекается током и отклю(13.тво имеет ни адеж35 40 45 50 55 геркона, помещенных в переменное магнитное поле и совершающих периодическое движение определенной амплитуды с частотой переменного тока сети (например, 50 Гц в промышленных электроустановках), а также, низкую точность работы, определяемую раэбро сом ампер-витков срабатывания геркона, дохо дящим до 20 - 30% от величины магнитодвижущей силы срабатывания. Такая нестабильность замыкания обусловлена наличием немаг. нитного зазора между контактными пластина. ми геркона, незначительное изменение которого приводит к изменению магнитного потока в межконтактном зазоре при одной и той же величине магнитодвижущей силы. Кроме того, устройство имеет ограниченную область применения из-за воэможности ложного срабатывания при двигательном характере нагрузки, когда при пуске происходит кратковременное увеличение тока силовой цепи сверх номинального, При этом произойдет недопустимое отключение нагрузки устройством.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки, содержащее три последова. тельные цепочки, подключенные к источнику постоянного тока: исполнительный элемент и тиристор, резистор и времязадаю. .ций конденсатор, переменный резистор и управляющая катушка геркона. При этом параллельно упомянутому конденсатору подсое. динен магнитоуправляемый контакт с последовательно включенным вторым переменным резистором, а также. управляющий переход тиристора, шунтированный резистором и сое. дииенный последовательно с динистором,Результирующая магнитодвижущая сила (МДС), действующая на датчик устройства - геркон, выставляется .таким образом, чтобы минимальное ее значение превосходило намаг ничивающую силу его возврата, Тогда при номинальном токе защищаемого электродвигателя геркон замкнут, шунтируя вместе с последовательно включенным вторым переменным резистором времязадающий конденсатор, Это обусловливает низкий уровень заряда названного конденсатора, недостаточный для включения динистора, а следователь. но, и отпирания тиристора. Исполнительный элемент при этом обесточен.Появление перегрузки двигателя сопровож. дается увеличением контролируемой герконом переменной МДС, В отрицательный ее полупериод при вычитании из постоянной подмагничивающей МДС мгновенное значение результирующего магнитного поля становится меньше уровня возврата геркона. 4Последний размыкается, дешунтируя время.задающий конденсатор. Разность потенциаловна его обкладках начинает возрастать. В положительный полупериод МДС достигает порога срабатывания - геркон замыкается.Процессы коммутации геркона и заряда конденсатора повторяются ежепериодно. Устройством отрабатывается установленная выдерж.ка времени, по истечении которой включается динистор, создавая цепь прохождениятока управления тиристора. Отпирание последнего обусловливает подачу напряженияна исполнительный элемент устройства, который отключает перегруженный двигатель отсети 21Однако известное устройство обладает невысокой чувствительностью, связанной с за.вышением МДС, действующей на геркон, доуровня замыкания, Для возврата герконав разомкнутое состояние может потребоваться значительная контролируемая переменнаянамагничивающая сила, в отрицательную полуволну вычитаемая из постоянной (так каккоэффициент возврата геркона невелик). Приналичии данной защиты двигатель, следовательно, может подвергаться перегрузкам,на которые не реагирует устройство. Оно необеспечивает, таким образом, достаточногоуровня надежности защиты электрическогодвигателя,Целью изобретения является повышениечувствительности и точности работы устройства, а также надежности защиты двигателя.Цель достигается тем, что в предлагаемомустройстве, содержащем датчик тока на магнитоуправляемом контакте, размещенном внутри управляющей катушки, расположенноймежду токоведущей шиной и магнитнымэкраном, и тиристор, управляющий переходкоторого, зашунтированный резистором, подсоединен через динистор к конденсаторувремязадающей ВС-цепочки, причем тиристор,соединенный последовательно с обмоткой исполнительного элемента, подключен к источнику постоянного тока, к которому присо.единены магнитоуправляемый контакт и егоуправляющая катушка, соединенный после.довательно с резисторами, тем, что к фазе,близ которой расположен геркон, подключена его вторая введенная управляющая катушка, соединенная последовательно с резистором и диодом, катод которого подключенк следующей по чередованию, по отношениюк упомянутой фазе, а времязадающая цепочка шунтирована размыкающим контактом исполнительного элемента и присоединена через диод к указанному магнитоуправляемо.му контакту,ч= 60Е На фиг, 1 представлена принципиальнаяэлектрическая схема устройства для защитыасинхронного двигателя от перегрузки; нафиг. 2 - диаграмма изменения магнитодвижущих сил Е,Устройство содержит датчик на магнитоуправляемом контакте 1, снабженном катушками управления 2 и 3, Катушка 2,соединенная последовательно с переменнымрезистором 4 (резистором регулировки тока срабатывания устройства), подключенак источнику постоянного тока О. Датчикрасположен между токоведущей шиной фазы А и магнитным экраном 5. Катушка 3 споследовательно включенными резистором 6и диодом 7 присоединена к фазам А и Систочника питания. К геркону 1 через диод 8подсоединена времязадающая ВС.цепочка 9и 10, Конденсатор 10 последней через динис.тор 11 подключен к управляющему переходутиристора 12, катод которого соединен с отрицательным, а анод - через исполнительныйэлемент 13 - с положительным зажимом источника постоянного тока. Времязадающая ВСцепочка 9, 10 шунтирована размыкающимконтактом 14 магнитного пускателя защищаемого двигателя 15. Анод диода 8 присоеди.нен к источнику питания устройства черезрезистор 16, Управляющая цепь упомянутоготиристора 12 шунтироваиа резистором 17.На фиг. 2, где дана диаграмма изменениямагнитодвижушихся сил Е воздействующихна геркон 1 (фиг. 1) устройстваЕср и Ев - магнитодвижушие силы срабатывания геркона и возвратасоответственно;Е, - МДС катушки 2 (фиг, 1);Ез - МДС катушки 3 (фиг. 1);Е, - контролируемая МДС токоведушего проводника фазы А;лЕз и Ез - отрицательные полупериодыконтролируемой МДС приграничных значениях фаз;оЧ:-30 - граничный сдвиг фазы Е, от.носительно Е, в сторону опережения;- то же, в сторону отставания;- суммарная МДС, воздействующая на геркон;со - круговая . частота переменноготока сети;- момент времени размыканиягеркона при перегрузке;- момент замыкания герконапри перегрузке,Устройство работает следующим образом, На геркон воздействуют три поля: постоянное магнитное поле катушки 2; поле поло 5 10 15 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 жительных полупериодов тока, пропорционального линейному напряжению ОАС создаваемое катушкой управления 3; контролируемое переменное поле токоведущегопроводника фазы А. Величина первой упомянутой магнитодвижушей силы Е, регулируется переменным резистором 4 и выставляется несколько большей МДС возвратагеркона Ев (фиг, 2), чем обеспечиваетсянахождение замыкающего геркона 1 в замкнутом состоянии после кратковременногопревышения намагничивающей силой порогасрабатывания Еср. Амплитуда МДС второйкатушки Е, устанавливается большей разности Еср-Ев. Это обеспечивает срабатывание геркона под действием намагничивающей силы Е, + Ез. Контролируемая синусоидальная МДС Ез (как и ток разы А)отстает от напряжения этой фазы (Од )на угол Р=О - 90 . В свою очередь, Од.сдвинуто относительно ОА в сторону опережения на 30 эл. град, Следовательно,сдвиг фаз МДС Е, и Ез ограничиваетсядиапазоном углов -30 ( ЧЮ, В этомслучае амплитуда отрицательной полуволныдвух граничных по фазе кривых Ез и Езкак и любой промежуточной Ез попадаетв интервал отсутствия МДС Е, (фиг. 2).Тем самым обеспечивается стабильностьсуммы мгновенных значений Е = Ез + Ез++ Енеобходимой для размыкания геркона (т.е. достижения уровня Ев). Инымисловами, размыкание магнитоуправляемогоконтакта 1 происходит при одном и томже значении контролируемого тока независимо от его фазы,При совпадении фаэ МДС Е, и Ез(простейший случай), если амплитуда Езпревышает величину разности Е, - Ев (сум.марная МДС - сплошная кривая на фиг, 2),то в момент времени т, происходит размы.канне геркона (Е ( Ев), а в момент тзвозвращение в исходное состояние, т.е.замыкание (Е ) Еср). Такой периодическийпроцесс коммутации геркона имеет местов режиме перегрузки защищаемого двигателя. В нормальном режиме амплитуда Ез непревышает разность Е, - Ев. Установкой величины Е, резистором 4 может быть получена любая требуемая уставка тока срабатывания устройства. Если превышение конт.ролируемым током его номинального значения кратковременно, то процесс коммутации геркона, заканчивается и он переходит в замкнутое состояние (например, призавершении пуска двигателя), С целью исключения влияния на датчик устройства - геркон 1 с управляющими катушками 2,3внешних магнитных полей, а также полейтаким образом, обеспечивает любой, наперед заданный уровень чувствительности.Исключением начального заряда времязадающего конденсатора при номинальном то.ке двигателя может быть снижена. емкость указанного. конденсатора, необходимая для создания той же .выдержки времени, Кроме того, повышается точность работы устройства, так как при одном и том же времени срабатывания предлагаемого устройства и включение динистора в первом происходит на более крутом участке кривой зяряда времязадающего конденсатора, а следовательно, разброс параметров динисторов не 15 приводит к заметной погрешности, как вовтором из перечисленных, Последний фактор обусловливает повышение надежности за.шиты асинхронного двигателя от перегрузок,20 фаэ В и С, он размещается в магнитномэкране 5,Необходимая величина и форма тока уп.равления катушки 3 обеспечиваются включением в схему устройства (фиг, 1) резис.тора 6 и диода 7,В отключенном состоянии защищаемогоасинхронного электродвигателя (АД) схемаобесточена (источник = О подключается припуске двигателя),В нормальном режиме работы АД, когдав схему подано напряжение, геркон 1 шунтирует цепь 8, 9, 10 заряда конденсатора10. Динистор 11, следовательно, заперт, токуправления тиристора 12 отсутствует - последний закрыт. Исполнительный элемент 13при этом обесточен, Блокировочньгй контакт14 пускателя двигателя разомкнут,При перегрузке двигателя происходит периодическое размыкание геркона 1 и дешунтирование цепи заряда конденсатора10. Через резистор 16, диод 8, резистор 9происходит его заряд. В момент достижения напряжением конденсатора 10 порогавключения динистора 11 появляется управляющий ток тиристора 12, Его отпираниеприводит к срабатыванию исполнительногоэлемента 13 и отключению защищаемогодвигателя магнитным пускателем, контакт14 которого замыкается; Одновременно обес- ЗОточивается вся схема.Предлагаемое устройство обеспечивает обратнозависимую от тока выдержку времени,Действительно, с увеличением контролируемого тока и намагничиваюшей силы Г, за.мыкание геркона происходит раныце и интервалы времени ежепериодного заряда конденсатора увеличиваются. Напряжение последнего, следовательно, достигает уровня включеиия динистора 11 быстрее. Время срабатывания устройства в целом уменьшается.Резистор 16 повышает стабильность работы тиристора 12. Введение контакта 14 исключает срабатывание устройства при частыхпусках защищаемого двигателя, когда токпревышает номинальный и происходит зарядконденсатора 10, Время одного пуска недостаточно для срабатывания устройства, апри каждой остановке двигателя замыкается контакт 14 и через резистор 9 происхо 50дит разряд конденсатора 10,В предложенном устройстве за счет перно.дического подмагничивающего поля 2 дос.тигается любая степень сближения Е, и Рв,т.е; для срабатывания устройства достаточномалое изменение контролируемой МДС, а сле.55довательно, и тока двигателя. Устройство,Формула изобретения Устройство для зашиты асинхронного двигателя от перегрузки, содержащее датчик тока на магиитоуправляемом контакте, размещенном внутри управляющей катушки, расположенной между токоведущей шиной и магнитным экраном, и тиристор, управляюший пе. реход которого, зашунтированный резистором, подсоединен через динистор к конденсатору времязадающей ЯС-цепочки, причем тиристор, соединенный последовательно с обмоткой исполнительного элемента, подключен к источ. нику постоянного тока, к которому присое. динены магнитоуправляемый контакт и его управляющая катушка, соединенные последовательно с резисторами, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности работы устройства, а также надежности защиты двигателя, к фазе, близ которой расположен геркон, подключена его вторая введенная управляющая катушка, соединенная последовательно с резистором и диодом, катод которого под. ключен к следующей по чередованию, по отношению к упомянутой фазе, а времяза дающая цепочка шунтирована раэмыкающим контактом исполнительного элемента и присоединена через диод к указанному магниточправляемому контакту. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 377936,кл. Н 02 Н 7/12, 1972.2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ио 2939275/24-07, кл. Н 02 Н 7/085,13.06.80.961027 андо р едакт Подпиитета ССкрытийнаб д. 4 Тираж 669 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 3035, Москва, Ж - 35, РаущскаяЗаказ 7307 ПП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная Фили Составитель С. КурбингалиеваТехред Е.Харитончик Корректор А, Ференц