Устройство для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус

ОП ИСАНИЕ ИЗЬЬРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11995193Опубликовано 07.02.83. Бюллетень5Дата опубликования описания 17.02,83 на делам изобретений и еткрмтий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПУСКОВОЙ ЗАШИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ОБРЫВА ЦЕПИ ОБМОТОК И ПРОБОЯ ИЗОЛЯЦИИ НА КОРПУСИзобретение относится к электротехнике и автоматике, в частности к устройствам защиты трехфазных . электродвигателей от анормальных режимов, и может быть использовано в устройствах автоматического контроля электродвигателей.Известно устройство для контроля изоляции обмоток электродвигателя, осуществляющее предварительный контроль изоляции, содержащее источник постоянного тока, магнитный пускатель с кнопочным постом, исполнительный орган, выполненный на реле, и пороговое устройство, выполненное на реле.Источник постоянного тока содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена к двум фазам питающей сети, а вторичная - к диагонали диодного выпрямительного моста. Один из выводов диагонали моста соединен с корпусом, а другой ее вывод - через обмотку реле порогового устройства и одну из пар контактов реле исполнительного органа - с одной из обмоток электродвигателя. Один из выводов обмотки реле исполнительного органа соединен с одним выводом вторичной обмотки трансформатора, а другой вывод - через вторую пару контактов реле исполнительного органа и кнопку Стоп магнитного пускателя с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора. Параллельно второй паре контактов реле исполни тельного органа включена цепь из последовательно соединенных контактов реле порогового устройства и кнопки Пуск магнитного пускателя. Цепь из последовательно соединенных обмотки магнитного пускателя и третьей пары контактов реле исполнительного органа подключена к выводам первичной обмотки трансформатора 111.Недостатками указанного устройства являются сравнительно невысокая надежность защиты за счет того, что устройство позволяет осуществлять лишь однократный контроль состояния изоляции, в результате чего повышается вероятность пробоя изоляции на корпус в промежуток времени между проверками, а также низкая точность срабатывания в результате того, что пороговое устройство выполнено на реле - элементе с большим разбросом параметров и низкой чувствительностью, вследствие чего погрешность установки уставки защитного отключения велика, что обусловливает низ 9959351 О кую точность срабатывания защитного устройства.Кроме того, в указанном устройстве невозможен контроль целостности цепей обмоток,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для предварительного контроля изоляции обмоток трехфазного электродвигателя, содержащее источник постоянного тока, выход которого соединен через резистор с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, пороговое устройство, два входа которого соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, а выход соединен с входом исполнительного органа. Пороговое устройство выполнено на тиратроне тлеющего разряда, анод и сетка которого через резисторы подключены к двум входам порогового устройства и через конденсаторы к корпусу, а катод через резистор подключен к корпусу. Исполнительный орган блока контроля выполнен на тиристоре, анод которого соединен с обмоткой реле, контакты которого включены в цепь обмотки магнитного пускателя. Управляющий электрод тиристора через резистор соединен с катодом тиратрона, а катод тиристора соединен с корпусом 2.Недостатками известного устройства являются сравнительно невысокая надежность защиты за счет того, что устройство позволяет осу ществлять лишь однократный контроль состояния сопротивления изоляции и цепей обмоток электродвигателя, в результате чего повышается вероятность проявления неисправностей контролируемых элементов в промежуток времени между проверками, а также низкая точность срабатывания устройства, так как.пороговое устройство выполнено на тиратроне тлеющего разряда - элементе с большим разбросом параметров, поэтому погрешность установки уставки велика, что обусловливает низкую точность срабатывания устройства.Цель изобретения - повышение надежности защиты и точности срабатывания устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для предпусковой защиты трехфазных электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус, содержащее источник постоянного тока, выход которого через резистор соединен с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, в состав которого входит тиристор, первый выход исполнительного органа включен в цепь обмотки магнитного пускателя, пороговый блок, в 15 20 25 зо 35 4 О 45 50 55 состав которого входят резисторы и конденсатор, одна обкладка которого подключена к корпусу, два входа порогового блока соответственно соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, снабжено формирователем сигнала управления и элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового блока, второй вход - с выходом формирователя сигнала управления, а выход - с входом исполнительного органа, причем вторая обкладка конденсатора порогового блока подключена к выходу порогового блока и к первым объединенным выводам трех резисторов порогового блока, при этом вторые выводы двух резисторов соответственно подключены к двум входам порогового блока, а второй вывод третьего резистора подключен к третьему входу порогового блока, соединенному с вторым выходом исполнительного органа, причем к одной из фаз питающей сети подключены второй вывод обмотки магнитного пускателя, вход источника постоянного тока и вход формирователя сигнала управления, который выполнен на резисторе, один вывод которого через выключатель соединен с входом формирователя сигнала управления, другой вывод резистора подключен к точке соединения двух согласно включенных диодов, катод первого диода соединен с корпусом, анод второго диода подключен к выходу формирователя сигнала управления, а параллельно этим диодам подключен конденсатор, при этом исполнительный орган выполнен в виде диодного моста, входная диагональ которого включена между первым выходом исполнительного органа и корпусом, а в выходную диагональ включен тиристор, управляющий электрод которого соединен с точкой соединения транзистора и первого резистора, подключенных параллельно тиристору, база которого через второй резистор и диод соединена с входом исполнительного органа, катод тиристора соединен с вторым выходом исполнительного органа.Наличие в предлагаемом устройстве фо, мирователя сигнала управления, элемента ИЛИ, порогового блока, состоящего из трех резисторов и конденсатора, соединенных между собой и с ранее известными элементами, как указано выше, позволяет осуществлять контроль состояния изоляции и цепей обмоток в течение нерабочего периода непрерывно, мгновенно реагировать на выход параметров из нормы, что повышает надежность защиты.Такое выполнение устройства позволяет устранить влияние колебаний тока источника постоянного тока на уровень срабатывания порогового устройства, благодаря заданию уставки порогового блока и токов, протекающих по обмоткам от общего источника. Поэтому при изменении тока источника одновременно изменяются величины уставки и токи в обмотках, и срабатыва ние порогового блока происходит при постоянном значении контролируемых параметров, что повышает точность срабатывания устройства. Кроме того, выполнение порогового устройства на резисторах и конденсаторе, т. е. на элементах с малым разбросом параметров по сравнению с электровакуумными приборами, позволяет уменьшить погрешность установки порога срабатывания, что также повышает точность срабатывания. устройства.На чертеже йредставлена принципиальная электрическая схема устройства для предпусковой защиты трехфазного электродвигателя от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус,Предлагаемое устройство для предпуско вой защиты трехфазных электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус содержит источник 1 постоянного тока,пороговый блок 2, исполнительный. орган 3, магнитный пускатель, состоящий из обмотки 4 и контактов 5 - , формирователь 8 сигнала управления, элемент ИЛИ 9.Источник 1 постоянного тока выполнен в виде диода, анод . которого подключен к фазе А питающей сети-, а "катод через резистор 10 подключен к обмотке 11 защищаемого электродвигателя.Пороговый блок 2 состоит из трех резисторов 12 - 14 и конденсатора 15. Одна обкладка конденсатора 15 подключена к корпусу, а вторая - к одним из выводов резисторов 12 - 14, причем эта точка соединения является выходом порогового блока 2. Выход порогового блока 2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 9, выполненного с возможностью пропускания сигнала отрицательной полярности, Выход эле-.мента ИЛИ 9 соединен с входом исполнительного органа 3.Вторые выводы резисторов 2 и 13 являются соответственно двумя входами порогового блока 2 и соединены соответственно с обмотками 16 и 17 электродвигателя. Второй вывод резистора 4 является третьим входом порогового блока 2 и соедияеи с вторым выходом исполнительногооргана 3.Исполнительный орган 3 содержит выпрямительный . диодный мост, состоящий из диодов 18 - 21, в одну диагональ которого включен тиристор 22, управляющий электрод которого подключен к эмиттеру транзистора 23 и через резистор 24 - к аноду тиристора 22. Катод тиристора 22 подключен к коллектору транзистора 23 и к одному из выводов конденсатора 25 и является вторым выходом исполнительного органа 3,. Другой вывод конденсатора 25 подключен к аноду диода 26 и через резистор 27 к базе транзистора 23. Катод диода 26 является входом исполйительного органа 3. 995193бОдин из выводов второй диагонали выпрямительного моста подключен к корпусу, авторой ее вывод является первым выходомисполнительного органа 3, с которым соединен один из выводов обмотки.4 магнитного пускателя. Второй вывод обмотки 4магнитного пускателя соединен с фазой Апитающей сети.Сопротивление резистора 24 выбранобольшим, не менее 1 МОм.Главные контакты 5 - 7 магнитного пускателя включены соответственно междуобмотками 11, 16 и 17 электродвигателячерез рубильник 28 с фазами А, В, С питающей сети,Резистор 29 соответствует эквивалент 15ному сопротивлению изоляции линии связимежду пускателем и электродвигателем иобмоток 11, 16 и 17 электродвигателя поотношению. к корпусу. Второй вход элемента ИЛИ 9 соединен с выходом формировао тели 8 сигнала управления, вход которогосоединен с фазой А питающей сети. Формирователь 8 сигнала управления содержитвыключатель 30, один вывод которого является входом формирователя 8 сигналауправления, а второй вывод через резистор:25 31 соединен с катодом диода 32 и анодомдиода 33. Катод диода 33 подключен к корпусу. Анод диода 32 соединен с одной изобкладок конденсатора 34 и является выходом формирователя 8 сигнала управле-:ния. Вторая обкладка конденсатора 34 под 30ключена к корпусу.Источник 1 постоянного тока служитдля питания устройства защиты током. Пороговый блок 2 предназначен для восприятия токов, протекающих по обмоткам 16 иЗ 5 17 электродвигателя, сравнения их с. пороговым значением, устанавливаемым исполнительным органом 3 и резистором 14,и формирования сигнала об отсутствии илиналичии повреждения цепей обмоток илипробоя их изоляции на копус.40 Магнитный пускатель предназначен длявключения электродвигателя, Исполнительный орган 3 служит для создания в целиобмотки 4 магнитного пускателя тока, достаточного для замыкания главных контактов 5 - 7 магнитного пускателя, при наличиииа входе исполнительного органа 3 .напряжения, равного нулю, что соответствует целостности контролируемых элементов.Формирователь 8 сигнала управленияпредназначен для управления включением5 устройства предпусковой защиты и электродвигателя. -Элемент ИЛИ 9 служит для подачи сигналов от порогового блока 2 и формиро, вателя 8 сигнала управления иа исполнительный орган 3.Предлагаемое устройство работает следующим образом.В исходном состоянии выключатель 30замкнутглавные контакты 5 - 7 магнит 99519310 Кге- лап,20 ного пускателя разомкнуты. При включе.нии рубильника 28 под действием напряжения фазы А через замкнутый выключатель30 и резистор 31 протекает ток, отрицательная полуволна которого выпрямляется диодом 32 и заряжает конденсатор 34 такимобразом, что на его обкладке, соединеннойс анодом диода 32, появляется отрицательный потенциал. Положительная полуволцатока протекает через диод 33, катод которого подключен к корпусу.На второй вход элемента ИЛИ 9, соединенный с обкладкой конденсатора 34,поступает небольшой отрицательный потенциал, который подается на вход исполнительного органа 3. Под действием этогопотенциала по цепи: диод 26, резистор 27,база транзистора 23 протекает ток, и транзистор 23 открывается. Сопротивление открытого транзистора 23 намного меньшесопротивления переходов тиристора 22 между управляющим электродом и катодом,1 оэтому через управляющий электрод тири;тора 22 протекает очень маленький ток,е .пицца которого недостаточна для вклю; цця гиристора 22. Тиристор 22 заперт,ца его катоде отрицательный потенциал, ко 1 орый поступает ца первый выход исполни:сльного органа 3. При положительной полуволце напряжения фазы А питаюшей сетигок протекает через обмотку 4 магнитногоц,. кагеля, диод 18, резистор 24, открытыйце 1 ц ход эмиттер - коллектор транзистора23, диод 21. При отрицательной полуволненапряжения фазы А ток протекает черезобмотку 4 магнитного пускателя, диод 19,переход эмиттер - коллектор транзистора23, резистор 24, диод 20. Вследствие большой величины сопротивления резистора 24,ток, протекающий через цепь обмотки 4магнитного пускателя, мал, и падение напряжения на обмотке 4 магнитного пускателя недостаточно для замыкания его главных контактов 5 - 7. Контакты 5 - 7 разомкнуты, и напряжение питания не подается на обмотки 11, 16 и 17 электродвигателя.Под действием отрицательного по отношению к корпусу напряжения на второмвыходе исполнительного органа 3 по резистору 14 протекает ток, который заряжает конденсатор 15 таким образом, чтона его обкладке, соединенной с резистором14, появляется отрицательный потенциал,Одновременно при включении рубильника 28 переменный ток с фазы А питающей сети поступает на вход .источника 1тока, где он выпрямляется диодом,Выпрямленный ток протекает по резистору 10, обмотке 11 и сопротивлению изоляции 29. Под действием этого тока насопротивлении изоляции 29 создается падение напряжения тем больше, чем большесопротивление изоляции. Это падение напряжения прикладывается к резисторам 12 25 ЗО 35 40 45 50 55 и 13, под действием него по этим резисторам поотекают токи, которые суммируются и заряжают конденсатор 15 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется положительный потенциал.Токи, протекаюшие через резисторы 12 и 13, направлены противоположно току, протеканэщему через резистор 14.Уставка выбрана так, что, если целостность цепей обмоток не нарушена, и сопротивление изоляции Кг не меньше допустимого Яд,я то величина суммы средних токов 1 1 протекающих по резисторам 12 и 13 соответственно, не меньше величины среднего тока уставки 1 у, протекающему по резистору 14. Л 1 г +1 я l 1 у (2)=ф=жения фазы А ток протекает через обмотку 4 магнитного пускателя, диод 19, тиристор 22,. диод 20 к корпусу. В обоих случаях, вследствие малой величины сопротивления тиристора 22, ток велик, и падение напря. жения на обмотке 4 магнитного пускателядостаточно для замыкания его главных контактов 5=7. Главные контакты 5 - 7 магнитного пускателя замыкаются, и напряжение с трехфазной питающей сети поступает яа обмотки 11, 16 и 17 электродвигателя, Напряжение на катоде тиристора 22 равно нулю, и ток через:резистор 14 не течет.При работе электродвигателя по резисторам 12 и 13 протекает переменный ток, среднее, значение которого равно нулюВ результате этого конденсатор 15 ие можетза-.рядиться, напряжение-на первом входе элемента ИЛИ 9 равно нулю, иа выходе.элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 тоже равно нулю, и контакты 5 - ,7 магнитного пускателя остаются замкнутыми.Таким образом, отключение электродвигателя во время работы возможно лишь- при замыкании выключателя 30.В случае, если при замкнутом выключателе 30 изоляция пробита на-корпус или повреждена так, что сопротивление изоляции Кд меньше допустимого Кд1 гч1 дои. Юто падение напряжения на сопротивлении изоляции 29 мало, и величина суммы средних токов, протекающих через резисторы 12 и 13 соответственно, меньше величины среднего тока, протекающего через резистор 14(12+1 зl 1 уКонденсатор 15 заряжается таким образом, что яа его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный .потенциал, напряжение яа первом входе элемента ИЛИ 9, соединенном с конденсатором 15, на выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 имеет отрицательную полярность, При этом, как указывалось ранее, контакты 5 - 7 магнитного пускателя. разомкнуты, и напряжениепитания не подается на обмотки 11, 16 и 17 электродвигателя.Если оборвана цепь обмотки 11 электродвигателя, то по резисторам 29, 12- и 13 ток не течет, и конденсатор 15 заря; жается током, протекающем через резистор 14 при замкнутом выключателе 30 таким образом, что на его обкладке, соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал. Напряжение на первом вхо. де элемента ИЛИ 9, яа выходе элемента ИЛИ 9 и на входе исполнительного органа 3 имеет отрицательную полярность и.электродвигатель отключен от цепи питания.Ещи оборвана цепь одной из обмоток, например 16, электродвигателя, а: другая 17 цела, то через резистор 12 ток ие течет, 995193 а величина среднего тока 1 дз, протекающегочерез резистор 14 Л 1 з ( ду 1(5) 5 Конденсатор 15 заряжается таким,.образом, что на его обкладке,-соединенной с резистором 14, появляется отрицательный потенциал. Напряжение на первом входе элемента ИЛИ 9, иа выходе элемента 1 ОИЛИ 9 и иа входе исполнительного органа 3 имеет отрицательную полярность и электродвигатель отключен от цепи питания,Таким образом, при наличии хотя бы одной неисправности: обрыва хотя бы одной 15из цепей обмоток электродвигателя или пробое изоляции на корпус, устройство предотвращает включение в сеть защищаемого электродвигателя.Предлагаемое устройство для предпусковой защиты трехфазиых электродвигателей 2 о от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляциина корпус позволяет повысить надежность защиты и точность срабатывания устрой.ства по сравнению с известными устройствами. Формула изобретения Устройство для предпусковой защитытрехфазных электродвигателей от обрыва цепи обмоток и пробоя изоляции на корпус, содержащее источник постоянного тока, выход которого через резистор соединен с одной из обмоток электродвигателя, магнитный пускатель, главные контакты которого включены между трехфазной питающей сетью и обмотками электродвигателя, исполнительный орган, в состав которого входит тиристор, первый выход исполнительного органа включен в цепь обмотки магнитного пускателя, пороговый блок, в состав которого входят резисторы и коя 4 о денсатор, одна обкладка которого подключена к корпусу, два входа порогового блока соответственно соединены с двумя другими обмотками электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты и точности срабатывания устройства, оно снабжено формирователем сиг-.нала управления и элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом порогового блока, второй вход -с выходом формирователя сигиала управлеНия, а выход - 5 О с входом исполНительного органа, причемвторая обкладка конденсатора порогового блока подключена к выходу порогового блока и к первым объединенным выводам трех резисторов порогового блока, при этом вторые выводы двух резисторов соответственно подключены к двум входам порогового блока, а второй вывод третьего резистора подключен к третьему входу порогового блока, соединенному с вторым выходом исполни995193 коваКорректорПодата СССРрытийнаб д 4/5Проектная,ль,"1. Ваерес Составит Техред И. В Тираж 615 Государственно елам изобретен сква, Ж - 35, Р Патент, г. Ужст Редактор Л ВласенкоЗаказ 608/39ВНИИ го ком ит й и от аушская город, у 1 13035, МФилиал ППП тельного органа, причем к одной из фаз питающей сети подключены второй вывод обмотки магнитного пускателя, вход источника постоянного тока и вход формирователя сигнала управления, который выполнен на резисторе, один вывод которого через выключатель соединен с входом формирователя сигнала управления, другой вывод резистора подключен к точке соединения двух диодов, соединенных последовательно в одном направлении, катод первого диода соединен корпусом, анод второго диода подключен к выходу формирователя сигнала управления, а параллельно этим диодам подключен конденсатор, при этом исполнительный орган выполнен в виде диодного моста, входная диагональ которого включена между первым выходом исполнительного органа и корпусом, а в выходную диагональ включен тиристор, управляющий электрод которого соединен с точкой соединения транзистора и первого резистора, подключенных параллельно тиристору, база которого через второй резистор и диод соединена с входом исполнительного органа, катод тиристора соединен с вторым выходом исполнительного органа. 1 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шипунов Н. В. Защитное отключение.М., Энергия, 1968, с. 120.2. Авторское свидетельство СССР549854, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.