Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)5 Н 02 Н 7/085, 5 ГОСУДАРСТВЕН ПО ИЗОБРЕТЕНИ ПРИ ГКНТ СССР И КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(088.8)видетель02 Н 7/ОБесконтак ик тво СССР 1976,тные токо(54) ДВИГ (57) ройс от п игате фца / АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4647531/0707.02.89 28,02.91, В.Л,Савчен 621,316,92Авторское 142, кл. Н перно Л,Б. ащиты элекгоиэдат, 19 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИИзобретение относится к уствам для защиты электродврегрузки и может быть использовано для защиты преимущественномаломощных электродвигателей, например электродвигателей пассажирскихлифтов. Цель изобретения - повышение эффективности тепловой защитыэлектродвигателя, Цель достигаетсятем, что в устройство введены сумматор 14 и компаратор 15, причемпервый выход квадратора 4 соединенс первым входом сумматора 14. Второй вход его соединен с первымвыходом источника 13 опорных напряжений, а выходы сумматора 14 соединены с входами первого 5 и второго6 преобразователей напряжения в частоту. 3 ил.Изобретение относится к устройствам для защиты электродвигателя от перегрева и может быть использована для зашиты преимущественно маломощных электродвигателей в различных отраслях промышленности.Цель изобретения - повышение эффективности тепловой защиты злек= тродвигателя путем повышения точности моделирования теплового процесса и сокращения количества пускоО вых циклов.На Фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства," на Фиг,2 - кривые зависимости времени срабатывания устройства защиты ат величины пагрузки; на Фиг.З - кривая процесса охлаждения электродвигателя,Устройство цля защиты электро двигателя ат перегрузки содержит соединенные последовательна линейный преобразователь 1 входного тока во входное напряжение,. выпрямитель 2, сглаживающий контур 3 и квадратар 4, 25 два преобразователя 5, б напряжения в частоту, дна ключа 7, О, реверсивный счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь О, реагирующий орган 11 (кампаратор), выходное исполнительное реле 12 защиты, источник 13 опорных напряжений, сумматор 14, компаратор 5 и стабилитрон 16, причем первый выход квадратора 4 соединен с первым входом сумматора 14, второй вход которого соединен с первым выходом источника 13 опорных напряжений, а выходы сумматора 14 соединены с входами первого и второго преобразователей 5, 6 напряжения в частоту, второй выход квадратара 4 соединен с первым входом кампаратора 15, а третий выход квадратора 4 соединен с входом стабилитрона 16, выход первого преобразователя 5 напряжения в частоту соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика 9, а выход второго аналогичного преобразователя 6 соединен с информационным входам первого ключа 7, вы 50 ход которого соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика 9, второй вход ключа 7 - управляющий - соединен с выходом компаратора 15, выходы реверсивного счетчика 955 соединены с входами цифроаналогового преобразователя 10 тай разрядности чта н счетчик 9, а вход опорного напряжения цифроаналогового преабразователя 10 соединен с вторым выходом источника 13 опорных напряжений, выход цифроаналогового преобразователя 10 соединен с вторым входом компаратора 15 и первым входом реагирующего органа 11, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом стабилитрона 16 и выходом второго ключа 8, первые два входа (информационные) которого соединены с третьим и четвертым выходами источника 13 опорных напряжений, а третий вход второго ключа 8 соединен с первым выходом выходного исполнительного реле 12 защиты, второй выход которого является выходом устройства.Устройство работает следующим об" разом.С датчика тока (на фиг.1 обозначен пунктиром) сигнал поступает на линейный преобразователь 1 входного тока в напряжение, с выхода которого напряжение поступает на вход выпрямителя 2, выпрямляется и поступает на вход сглаживающего контура 3, где уменьшается величина пульсаций выпрямленного напряжения. Напряжение с выхода сглаживающего контура 3 поступает на вход квадратора 4, в которого величина этого напряжения возводится в квадрат и с первого вьг"хода квадратора 4 сигнал поступает на первый вход сумматора 14, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода источника 13 опорных напряжений. С второго выхода квадратора 4 сигнал поступает напервый вход компаратора 15, а с тре- тьего выхода квадратора 4 сигнал поступает на вход стабилитрона 16. На выходах сумматора 14 формируется о разностькб 1 одгде Б - выходной сигнал с квадратора 4, пропорциональныййквадрату тока 18 электродвигателя;11 и - сигнал с первого выходаисточника 13 опорных напряжений,пропорциональныйквадрату номинального тока1электродвигателя,2причем с первого вьпсода сумматора 14 сигнал поступает на вход первого преобразователя 5 напряжения в частоту, с второго выхода сумматора 14инверсный сигнал поступает на вход5 16316 второго преобразователя 6 напряжения в частоту.На выходе первого преобразователя 5 формируются импульсы частотой1 = П к - Ноп,если Пкь Поп5 а на выходе второго преобразователя 6 импульсы появляются при условииОке Попи их частота102 11 опл 11 кьС второго входа источника 13 опорных напряжений сигнал поступает на вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 10. В устройстве реализуется следующий алгоритм работы А1 - 1+где А - постоянная величина, зависящая от вида защищаемогообъекта (для электродвигателей А = 80);1 а1 =- ток через защищаемый элек+тродвигатель в относительных единицах;время срабатывания защиты,При нагревании электродвигателя на вход прямого счета счетчика 9 с ,выхода первого преобразователя 5 напряжения в частоту (ПНЧ) поступают импульсы с частотой Г , пропорциональной аналоговому сигналу на входе первого ПНЧ 5, т.е.р1 ЯН 20 30 35 П ри заполнении счетчика 9 до числа А должны сработать реагирующий орган 11 и последовательное выходное 40 исполнительное реле 12.Реагирующийорган 11 представляет собой компаратор, на третий вход которого через второй ключ 8 поступает с третьего выхода источника опорных напряжений 13 опорный сигнал, пропорциональный заданной предельной температуре перегрева электродвигателя о. При заполнении счетчика 9лОдо числа А величина выходного сигнала с цифроаналогового преобразователя 10 достигает величины опорного сигнала реагирующего органа 11 и последний срабатывает, после чего срабатывает исполнительное реле 12, кото рое воздействует (например, контак,том) на коммутационную аппаратуру и тем самым отключает электродвигатель от питающей сети (или сигнализирует о перегреве двигателя или и то, и другое вместе).Кроме того, исполнительное реле 12 своим выходным сигналом (например, замыканием контакта) воздействует на второй ключ 8, который переключает свой выход на второй вход, т,е, на четвертый выход источника 13 опорных напряжений, сигнал с которого пропорционален температуресо причемло о,кь п.Это позволяет уменьшить число повторных включений при повышенной статической нагрузке электропривода. В этом случае двигатель остывает до температуры сС сп , что позволяетло лопри повторном включении выполнить некоторую работу, например осуществить подъем груза (лифта) до промежуточного или конечного пункта. Еслил же температура электродвигателяло не достигла предельной с п и затем нагрузка уменьшилась или электродвигатель отключили по технологическим соображениям от сети, то с выхода сумматора на входы первого и второго ПНЧ 5, б поступает сигнал1-10.Первый ПНЧ (5) должен реагировать только на положительный сигнал, т.е.при21 - 10,второй ПНЧ (б) должен реагироватьтолько на отрицательный сигнал, т.е.при1 - 1 (О. Это соответствует режиму охлаждения электродвигателя,В режиме охлаждения импульсы свторого ПНЧ (6) частотои й постугпают на вход обратного счета счетчика 9, уменьшая записанное в счетчике9 число до величины, определяемойсигналом с выхода квадратора 4. Дей.ствительно, сигнал с выхода квадра-тора 4 и сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 10 поступаютна входы компаратора 15, причем когдасигнал с выхода цифроаналоговогопреобразователя 10 окажется меньшесигнала с квадратора 4 (пропорциональ 2ного 1 ), на выходе компаратора 15появляется сигнал, который закрываетинформационный канал первого ключа 7,и уменьшение числа, записанного всчетчике 9, прекращается, Таким об 1631654разом, на выходе счетчика 9 фиксируется число, соответствующее 1 а последнее, в свою очередь, соответ-ствует установившейся температуре электродвигателя, т,е.ло сс я 1Процесс нагрева электродвигателя можно описать дифференциальным уравнением первого порядка (при пред-. ставлении его как оцномассовой системы)роТ - + =(,й 1 1(2) где сп - время достижения заданногопредельного значения температуры электродвигателя;ло- установившееся значениетемпературы электродвигателя при заданной нагрузке;лос и - заданное предельное значение температуры электродвигателя (допустимый перео грев) 1лоначальная температураэлектродвигателя;Т - постоянная времени нагреваэлектродвигателя. Установившееся значение температуры электродвигателя определяется по зависимости= 0,4 - 1,0 и для двигателей постоянного тока а =1,0 - 1,5 ; в дальнейшихрасчетах для удобства примема=1,0);1 - ток электродвигателя;1 - номинальный ток электродвигателя; С учетом принятого значения коэффициента потерь ро В 1 Л 1+(-)" 1 н(4) При 1 = 1 установившееся значение температуры электродвигателя будет55С =Сн егде 6 - номинальная температура элекИтродвигателя, а из выражения (4)имеем(5) Для сравнительных расчетов примем: с 20 С, ь 110 С, Т 100 снтогда по формуле (2) определяем время достижения предельной температуры для следующих значений установившейся температуры: ь = 112, 115, 120,, ло130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 С.Результаты расчета сведены в табл.1. График зависимости сот с, соотВо ветствующий табл.1, приведен на фиг.2. Как видно из табл.1 и графиков на фиг.5, на рабочем участке контроля защиты погрешность в определении времени срабатывания устройства защиты электродвигателя от перегрева при использовании зависимости (7) опоеделяется: Времятоковые: характеристики защит от тепловой перегрузки определяются, кроме прочих (например, зависимостью (2, выражениемАо о 1 о - 1 ф"й (8)йоткуда находим соответствующие установившимся значениям темпетатуры лос значения 1 и заносим в табл.1,йПо двум значениям сп и 1 из табл.1 определяем величину А .А = (1 - 1) е.д = (1,24-1)кх 382,7 91,848 еА = (1,6 - 1)170 = 102 и выбираем среднее значениеА + Аг,92 + 102г гПо формуле (7) определяем значения времени срабатывания защиты Сс о при значениях 1 , принятых в табл.1.Рассчитанные значения С при А = 80; 92; 97; 100 эанесейй в табл.1, а графики зависимости й от 1 приведены на фиг.4.= О, 17%,т.е. не превьппает двух процентов0В диапазоне перегрузок до125 С погрешность не превышаето200 - 191 4ещщффщ.щ.щщ ф 100 = 4 у 3%е200 ф 100= 100= 1 О 50 Й о ъоХ 1 с " "о у" (10) где Т - постоянная времени охлажоХдения электродвигателя; Известно, что устройства защитыэлектродвигателей от перегрузки, реализующие зависимость (7) , эффективнытам, где не требуется контроля охлаждения электродвигателя, т.е. каждыйрабочий цикл электродвигателя начинается с одной и той же начальнойтемпературы (например, температурыокружающей среды), В тех случаях,когда требуется контроль и режимохлаждения электродвигателя, указан-.ные устройства защиты неприемлемы.В предлагаемом устройстве реализуется зависимость (7) и контролируется режим охлаждения, т.е. устройство более универсально,30Как было описано выше, при1- 1(0сигнал с суиматора 14 поступает навторой ПНЧ 6 и импульсы через первыйключ 7 поступают на вход обратного 35счета счетчика 9. Вычитание произво. дится до тех пор, пока сигнал с выхода .цифроаналогового преобразователя 10не достигнет уровня сигнала с выходаквадратора 4. Это соответствует при 40величине сигнала с цифроаналоговогопреобразователя, соответствующейустановившейся температуре электродвигателя. Компаратор 15 срабатываети закрывает первый ключ 7.Определим кривую процесса охлаждения по зависимости, полученной прирешении дифференциального уравненияэтого процесса лоь - установившаяся температураэлектродвигателя послеЛоохлажденияда- начальная температура электродвигателя.Аналогично (2) находим- Т 1 п --- -(1 1)оХ оХ ло лон-уоЗадаваясь значениямио = 40130; 20; 10; 0 С,рассчитаем время охлаждения электро"двигателя при следующих исходных данныхТ о Х = 200 С 1О= 100 Се(, = 50 С,огде 1 и - конечная температура охлаждения электродвигателя,до которой контролируется"нПо зависимости (13) определяем;1 для принятых значенийи результаты расчетов заносим в табл,2, апо зависмостиА(14)ОХ = К 1 х фФгде А - константа;К = 1,5,определяем время охлаждения электродвигателя для заданных условий,Результаты расчетов заносим втабл.2 и строим график зависимостис от 1 (фига 3) вПогрешность в определении времениохлаждения колеблется около 1 и непревышает Е = 3,1 ,Использование предложенного устройства позволяет повысить точностьтепловой зашиты, так, в прототипепогрешность достигает 18-50 , в предлагаемом устройстве погрешность модели теплового процесса не превышаетпри нагревании 2,1-4,3 Е,при охлаждении - 3,1% (для одних и тех жепринятых условий),и уменьшить количество пусковых циклов. В результатепрвьппается эффективность тепловойзащиты электродвигателя.1631654 Т а б л и ц а 1 А= 9 112 382,7 115 300,0 120 230,0 130 170,0 140 138,7 150 117,0 160 104,0 170 91,0 180 84,0 190 76,0 200 70,2 404,2 323,3 242,5 161,7 121,3 97,0 80,869,3 60,6 53,9 48,5 416,7 333,3 250,0 166,7 125,0 100,0 83,3 71,4 62,5 55,6 50,0 382,7 306,2 229,6 153,1 114,8 91,8 76,5 65,6 57,4 51,0 46,0 333,3 266,7 2000 133,3 100,0 80,0 66,7 5 р 1 50,0 44,4 40,0 1,24 1,3 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Т а б л и ц а 2 А оСщфф 1 ф 138,6 163,1 198,0 252,0 347,0 00,10,20,30,4 0 138,610 162,О 20 196,0 30 250,040 358,0 Формула изобретения Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки, содержащее последовательно соединенные линейный преобразователь входного тока во входное напряжение выпрямитель, сглаживающий контур и квадратор, первый и второй преобразователи напряжения 10 в частоту, два ключа, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя соответствующей разрядности, реагирующий орган, выход которо го соединен .с входом исполнительного выходного реле защиты, источник опорных напряжений, второй выход которого соединен с входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, стабилитрон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем повышения точности моделирования теплового процесса и сокращения количества пусковых цик лов, дополнительно введены сумматор и компаратор, при этом первый выход квадратора соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом источника ЗО опорных напряжений, выходы сумматора соединены соответственно с входамипервого и второго преобразователейнапряжения в частоту, второй выходквадратора соединен с первым входомкомпаратора и третий выход квадратора соединен с входом стабилитрона, выход первого преобразователянапряжения в частоту соединен с входом прямого счета реверсивного счетчика, выход второго преобразователянапряжения в частоту соединен с информационным входом первого ключа,выход которого соединен с входомобратного счета реверсивного счетчика, управляющий вход ключа соединенс выходом компаратора, выход цифроаналогового преобразователя соединенс вторым входом компаратора и первымвходом реагирующего органа, второйи третий входы которого соединенысоответственно с выходом стабилитронаи выходом второго ключа, два информационных входа которого соединеныс третьим и четвертым выходами источника опорных напряжений, а третийвход второго ключа соединен с первымвыходом выходного исполнительногореле защиты, второй выход которогоявляется выходом устройства,А = 91,85 А = 100 А = 801631654 00 М 90 170 ОЮ 190 М 06 й 8 Уу пиаМОФ,7; И Ю га Корректор Н.Ревская Редактор М.Кел ираж 376 Подписно аз 552 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина, 10 10р цгюцр оставитель К.Шиехред А.Кравчук