Устройстро для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 2 8 3 0 51)4 Н 02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Го%о К 1сердечнико виде трансформатора с магнетика, квадратор именением двух транзи оводимости, тепловой т узлы имитации нагреыполне ой тор содертродвискин институтго хозяйства ле е нии и гателя при его заклин имитации нагрева элек технологических перег двигателя при ках, резистор тво СССР 1967,о СССР 1976 ОЙ ЗАЩИТЬ ЙНЫХ РЕЖИ хлаждения электродвигател огических перегрузках, ре имитациипри техн я электро- а также уст тации охлажде при отключени сторигате итации отда реду работа ри работе с датчика й аналог,лок им ющую с лем, П игналы одержит в окруж роиство чи тепл щим эле одвиг относится к электрбыть использовано в сколектродвигателя ступают в тепло ток отраслях народного ер в сельском хозя ения электродвигат ичных хоэяйстигежиме выд вариино орыи п алвп ва, на стве,ля приов раб овьп элеме лок стабил ания и испо нт, деиствуюизированног для отклю возникнов ий чер варииных режи льно точник ты, Целью шение над теля, Для етения является по ле на отключение электродвигателя ности защиты электого датчик тока одв,п, ф-лы, 2 ил и,ьполне Изобретение относиехнике и может быть я к электропользовано ическа ем ои защиты элек ых режимов раб стФри(фиг. 1 инитного п Электродвиг а телключен посредством тключен электродвигател варийных режимо а- еозникновении а теля 2 к трехфазному именного тока с фазамилевым проводом М, датчквадратор 4 подключен сточникуА, В, С иик 3 тока рты.Цель изобретеости защиты элеие точности. Уерез повышение ше родвигателя тепловому еля, связанлогу 5 электродвига посредством порогов На фиг устройствого устроистительного релесточник 8 посто катушкои исполилизирован 1 й ва двигател ты; на ф принципиальная екГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРНОВ РАБОТЫ(57) Изобретениетехнике и может различных отраслях народного хо ва, например в сельском хозяйст риведена блочная схема я токовой защиты электро аварийных режимов рабоустройства для токо- ау родвигателя от аварийты,1 Ь10 ный контакт которого соединен с затвого аналога 5 электродвигателя 1 и входу квадратора 4.35 Квадратор 4 выполнен на двух транзисторах 18 и 19 с разной проводимостью, у которых эмиттер транзистора 18 и коллектор транзистора 19 соединены между собой, с шиной а подключе -40 ния входа теплового аналога 5 электродвигателя и со средней точкой делителя напряжения, выполненного из выходного резистора 20 и цепочки из по"следовательно включенных первого раэвязывающего диода 21 и резистора 22начального участка параболы, которыйсоединен с эмиттером транзистора 19,одним из выводов резистора 23 изме"нения наклона параболы и через на 45 50 груэочный резистор 24 с базой транэис 55 янного тока подключен между нулевым проводом Ю и контролируемой фазой С через контакты 9 исполнительного реле 7.Датчик 3 тока содержит трансформатор 10 тока, выполненный на сердечнике иэ изоляционного материала, например текстолита, являющегося магнетиком, первичная обмотка Ъ, которого является токопроводом фазы С, а один иэ выводов вторичной обмотки У сое 2 динен с плюсом стабилитрона 11 стабилизированного источника 8 постоянного тока, содержащего также выпрями- тельный мост 12, параллельно которому подключены конденсатор 13 и цепочка иэ последовательно включенных катушки 14 исполнительного реле 7 и стабилитрона 11 для обеспечения чувствительности схемы к изменению напряжения питания, причем анод стабилитрона 11 соединен с минусом выпрями- тельного моста и общим минусом схемы, К диагонали переменного тока выпрями- тельного моста 12 подключен балластный конденсатор 15, параллельно вторичной обмотке Ы трансформатора 10 тока включен потенциометр 16, подвижром полевого транзистора 17, подклоченного истоком к плюсу стабипитрона 11, а стоком к шине Ь входа тепловотора 19 и коллектором транзистора 18, база которого связана со средней точкой ре зи с тора 23 измене ния наклона параболыВторой вывод резистора 23 изменения наклона параболы через резистор 25 и второй рдзвязывающий диод 26 подключен к стоку транзистора 17 датчика 3 то 5 15 20 25 ка, выходному резистору 20 квадратора и шине Ь подключения входа теплового аналога 5,Тепловой аналог 5 выполнен в видесоединенных последовательно резистора27 имитации охлаждения электродвигателя при отключении, узла 28 имитации нагревания электродвигателя приотключении, узла 28 имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузках и резистора 29, соединенного с плюсом накопительногоконденсатора 30. Параллельно резистору 27 подключен первый тиристор 31,соединенный анодом через резистор 32с шиной Ъ входа теплового аналога 5,а катодом с настроечным резистором33 теплового аналога 5 электродвигателя и через резистор 34 и третийразвязывающий диод 35 с общим минусом схемы. Управляющий электрод тиристора 31 через резистор 36 соединен с анодом тиристора 31, Узел 28имитации нагревания электродвигателя при технологических перегрузкахсодержит два включенных последовательно резистора 33 и 37. Резистор 37является ограничителем скорости нарастания заряда накопительного конденсатора 30. Параллельно резисторам 33и 37 включены второй тиристор 38 иузел 39 имитации нагревания электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидывании. Управляющий переход тиристора 38 подключен ксредней точке делителя напряжения, составленного из стабилитрона 40 и резистора 41, При этом анод тиристора38 соединен с катодом тиристора 31, акатод через резистор 42 и четвертыйразвязывающий диод 43 - с общим минусом схемы, Узел 39 содержит конденсатор 44 и резистор 45, Управляющий переход тиристора 38 через резистор 41связан с катодом тиристора 38, резисторами 37, 29 и 42.Накопительный конденсатор 30 соединен плюсом с резистором 29 теплового аналога 5 электродвигателя и резистором 46 входного КС-контура 47порогового устройства 6, а минусом -с шиной а подключения теплового аналога, минусом конденсатора 48 входного КС-контура 47, резистором 49блока 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду работающим электродвигателем и одним иэ выводов импульссного трансформатора 51 пороговогоустройства 6, Резистор 49 через переменный резистор 52 соединен с эмиттером однопереходного транзистора 53и через замыкающий слаботочный кон 5такт 54 магнитного пускателя 2 сосредней точкой входного КС-контура47, Первая база однопереходноготранзистора 53 через резистор 55 соединена с вторым выводом импульсноготрансформатора 51, вторичная обмоткакоторого через диод 56 соединена суправляющим переходом третьего тиристора 57, Вторая база однопереходноготранзистора связана с плюсом стабилитрона 11 и катодом тиристора 57,анод которого через резистор 58 соединен с плюсом выпрямительного моста 12 стабилизированного источника 8постоянного тока. Катушка магнитного 20пускателя 2 включена в сеть посредством кнопки "Пуск" 59 и кнопки "Стоп"60,Параллельно резисторам 27, 33и 37 включена кнопка с замыкающим контактом 61,Устройство работает следующим образом,При нажатии на кнопку "Пуск" 59 катушка магнитного пускателя 2 получает питание, замыкаются его силовыеконтакты в цепи электродвигателя 1,Одновременно на выходе стабилизированного источника 8 постоянного тока появляется напряжение, в результате чего катушка 14 полуЧает питание.Геркон 9 исполнительного реле 7 замыкается и шунтирует кнопку Пуск, аэлектродвигатель включается в сеть,При э гом по первичной катушке Итрансформатора 10 тока потечет пусковойток защищаемого электродвигателя,причем синусоидальный первичный переменный ток любой величины передается во вторичную обмотку без искажений, так как сердечник из магнетикапрактически невозможно насытить, Спомощью потенциометра 16 осуществляется настройка теплового аналога электродвигателя, В результате воздействия потенциала, снимаемого с потенциом тря 1 б на затвор транзистора 17,пос,.едний открывается и сигнал, изменяющийся по величине пропорционального току статора электродвигателя,поступает на квадратор 4,При малых значениях сигнала, поступающего с транзистора 17, оба транзистора 18 и 19 квадратора закрыты и ток проходит по ц.пи: сток транзистора 17 - выходной резистор 20 - первый раэвязывающий диод 21 - резистор 22 начального участка параболы - общий минус стабилизированного источника 8 постоянного тока. С выходного резистора 20 на шину Ь подключения входа теплового аналога 5 электродвигателя подается напряжение, Одновременно открывается тиристор 31, обеспечивая прохождение сигнала с квадратора мимо резистора 27 через резисторы 33, 37 и 29 на плюс накопительного конденсатора 30 и его зарядку.При дальнейшем увеличении тока нагрузки электродвигателя 1 возрастает величина напряжения, поступающего через второй развяэывающий диод 26, резистор 25 и резистор 23 изменения наклона параболы, посредством которого осуществляется настройка квадратора 4, на базу транзистора 18, При напряжении между стоком транзистора 17 и общим минусом схемы от 0,4 до 1,0 В начинает открываться транзистор 18, входная характеристика которого близка к параболической, По мере приближения первого транзистора 18 к зоне насьпцения со - противление его эмиттер-коллекторного перехода значительно уменьшается и его выходная характеристика начинает приближаться к прямой линии.Однако потенциалом, снимаемым с нагруэочного резистора 24, открывается второй транзистор 9, выходная характеристика которого на начальном участке также близка к параболической, Поэтому на выходном резисторе 20 закон изменения напряжения продолжает оставаться близким к гиперболе, При полностью открытом транзисторе 19 происходит шунтирование транзистора 18, резисторов 22 и 24 и первого развязывающего диода 21На выходной резистор 20 при полностью открытом транзисторе 17 подается фактически полное напряжение стабилизированного источника 8 постоянного тока, т,е. во всем диапазоне изменения первичного тока квадратор воспроизводит параболу, Наклон параболы изменяется резистором 23, причем очень легко получать закон1 = ахВ зависимости от потенциала, снимаемого с резистора 20, конденсатор30 может зарядиться до разных значений,Одновременно с конденсатором 30по цепи: резистор 32 - тиристор 315резистор 45 осуществляется заряд конденсатора 44 узла 39 имитации нагрева электродвигателя 1 при пуске, заклинивании или опрокидывании. Емкостьконденсатора 44 более чем на поря-.док меньше емкости конденсатора 30,поэтому его заряд осуществляется эна"чительно интенсивнее заряда конденсатора 30. Если пуск электродвигателя недопустимо затянулся, или рабочаямашина была заклинена или электродвигатель по какой-либо причине опрокинулся и работает в режиме короткогозамыкания,. то зарядом конденсатора 44открывается тиристор 38 и заряд кон"денсатора 30 осуществляется напрямую,минуя резисторы 33 и 37, Потенциалконденсатора интенсивно повышается,следом за ним практически беэ отставания следует потенциал конденсатора 2548 выходного КС-контура 47 .(так какемкость конденсатора 48 более чем натри порядка меньше емкости конденсатора 30). Одновременно через замкнутыйслаботочный контакт 54 магнитного 30пускателя 2 часть заряда стекаетчерез резисторы 46, 52 и 49, имитируяотдачу тепла в окружающую среду работающим электродвигателем.При достижении напряжения на кон 5денсаторе 48 порога срабатывания порогового устройства 6 транзистор 53открывается, по трансформатору 51 потечет ток разряда конденсатора 48,трансформатор 51 вырабатывает импульс,40который через диод 56 поступает науправляющий переход тиристора 57, который открывается и шунтирует катушку 14 исполнительного реле 7, Геркон9 размыкается, что приводит к отключению электродвигателя от сети.Если пуск электродвигателя прошелнормально и он нормально функционирует, то потенциал конденсаторов 30и 48 не достигнет порога срабатывания транзистора 53, так как ток заряда конденсатора 30 ограничивается резисторами 33, 37 и 29, а через резисторы 46, 52 и 49 стекает ровно столько заряда, сколько его получает кон 55денсатор 30 с выходного резистора 20,т,е, в электродвигателе закончилсяпереходной процесс нагревания и болееего температура не повышается,При отключении электродвигателя кнопкой "Стоп" 60 или в результате аварийного срабатывания порогового устройства и исполнительного реле 7 замыкающий слаботочный контакт 54 магнитного пускателя размыкается, отключая цепь 50 имитации отдачи тепла в окружающую среду при работающем электродвигателе, по трансформато" ру 1 О тока не протекает первичный ток, транзистор 17 закрывается, тиристор 31 закрывается. В результате создается цепь разряда конденсатора 30 через резисторы 29, 37, 33, 27 и 20. Сопротивление резистора 27 примерно в 4 раза больше суммы сопротивлений резисторов 29, 37, 33 и 20, Поэтому разряд конденсатора 30 осуществляется примерно в 5 раэ медленнее заряда. Такж путем учитывается разница в постоянных времени нагревания и охлаждения электродвигателя при работе и отключении от сети.Если в процессе работы электродвигателя его нагрузка на валу изменяется в сторону уменьшения от ио 3,минального значения, то по первичнойобмотке трансформатора 10 потечетменьший ток. Квадратор 4 вырабатываетменьший потенциал на резисторе 20,поэтому потенциал плюсового выводаконденсатора 30 окажется выше потенциала вины Ь, Поэтому тиристор 31 закрывается. Таким образом обеспечивается уменьшение на 15207 постояннойвремени нагревания электродвигателяпри его работе на холостом ходу, Этопроисходит вследствие того, что параллельно цепь 50 имитации отдачитепла в окружающую среду работающимэлектродвигателем подключаются резисторы 27, 20 и увеличивают ток разрядаконденсатора 30 на 1520 . При этомцепь разряда конденсатора 30 черезрезисторы 46. 52 и 49 сохраняется,В процессе работы электродвигателя с производственными механизмами возможна ситуация, когда необходимо заставить перегреть электродвигатель поработать еще некоторое время для предотвращения развития более тяжелой аварии, которая может быть связана с выходом из строя технологического оборудования, порчей продукции, производственными травмами, В этой случае в схеме предусмотрена кнопка1, Устройство для токовой защиты 20 электродвигателя от аварийных режимов работы, содержащее датчик токадля установки в цепи электродвигателя, первый вывод которого подключен к первому выводу квадратора, вто рой вывод квадратора подключен к первому выводу теплового аналога электродвигателя, второй вывод которогоподключен к первому выводу пороговогоэлемента, второй вывод которого и 30 второй вывод датчика тока объединеныме:кду собой и подключены к первомувыводу блока стабилизированного источника питания и исполнительного реле, второй вывод которого подключенк третьему выводу квадратора, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности, третий ичетвертый выводы теплового аналогаэлектродвигателя подключены к третьему выводу квадратора, четвертый вы -вод которого подключен к пятому вы -воду теплового аналога электродвигателя, третьему выводу порогового элемента и первому выводу блока имита ции отдачи тепла в окружающую средуработающим электродвигателем, второйвывод которого через слаботочныйзамыкающий контакт магнитного пускателя подключен к четвертому выводупорогового элемента, пятый и шестойвыводы которого подключены соответственно к первому и третьему выводамблока стабилизированного источникапитания и исполнительного реле, междуслаботочным контактом магнитного пускателя и вторым выводом блока имитацииотдачи тепла работающим электродвигателем включен седьмой вывод порогового элемента, а датчик тока выпол 9152761 с замыкающим контактом ускоренияразряда накопительного конденсатора30,При нажатии на кнопку 61 создается цепь разряда конденсатора 30 через резистор 29, контакт кнопки 61 ирезистор 20, После полного разрядаконденсатора 30 или частичного довеличины, соответствующей температуре электродвигателя ниже предельнодопустимой величины для данного класса изоляции, электродвигатель можетбыть включен для завершения прерванной технологической операции,Развязывающие диоды 21, 26, 35 и43 предназначены для предотвращениявозникновения ложных цепей токов впроцессе работы теплового аналога,Например, при отключении электродвигателя от сети конденсатор 30 должен разряжаться через резисторы 29,37, 33, 27 и 20, Если не поставитьразвязывающие диоды, то создается ложная цепь разряда через резисторы 29,42 и 22. При нормальной работе электродвигателя под нагрузкой тиристор31 открыт и ток заряда конденсатора30 должен проходить по цепи: резистор 32 - тиристор 31 - резисторы 33,37 и 29, При отсутствии развязывающих диодов заряд конденсатора 30 могосуществляться по цепи: резистор 32 -тиристор 31 - резистор 34 - общийминус схемы - резисторы 42 и 29, Этомогло привести к изменению значенияпостоянной времени нагревания моделиэлектродвигателя,Следовательно, развязывающие диоды 21, 26, 35 и 43 обеспечивают нормальную работу теплового аналога электродвигателя,Таким образом, в предлагаемом устройстве для токовой защиты электродвигателя от аварийных режимов работы благодаря предложенному выполнению узлов и связей между ними появ"ляется возможность увеличения точнос"ти измерения тока статора электродвигателя и возведения его в квадрат,изменения наклона параболы квадратора, учета изменения значения постоянной времени нагревания электродвигателя при работе под нагрузкой и на хохолостом ходу, учета постоянной времени охлаждения электродвигателя приего работе в повторно-кратковременномноминальном режиме в периоды отключеиий от сети трехфазного переменного 686тока, аварийного отключения электродвигателя при его заклинивании, неправильном пуске или опрокидывании, увеличения экономичности схемы, уменьшения габаритов устройства, упрощения настройки порогов .срабатыванияустройства, измерения одним типоразмером датчика тока значений тока, потребляемых электродвигателями, впределах 0,1250 А, включения перегретого электродвигателя в работу,если этого требует технологическийпроцесс, что повьппает надежность устройства защиты в целом,Формула изобретения3, Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что тепловой аналог электродвигателя выполненсостоящим из резистора имитации охлаждения электродвигателя при отключении, первый вывод которого подключен к первому выводу первого резистора, первому выводу замыкающего кон О нен в виде трансформатора с сердечником иэ магнетика,2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью повышения точности,квадратор выполненна двух транзисторах разной проводимостй, эмиттер первого транзисторар-п-р-типа, коллектор второго транзистора и-р-п-типа и первый выводрезистора начального участка параболы объединены между собой и являются четвертым выводом квадратора, эмиттер первого транзистора подключен кпервому выводу первого резистора,второй вывод которого подключен кпервому выводу второго резистора и является первым и вторым выводами квадратора, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу потенциометра, второй вывод которогоподключен к базе первого транзистора,коллектор которого подключен к базевторого транзистора и первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к третьемувыводу потенциометра, эмиттеру второго транзистора, второму выводу резистора начального участка параболыи является третьим выводом квадратора 101525 такта кнопки и является первым выводом теплового аналога электродвигателя, второй вывод первого резистораподключен к аноду первого тиристора, между управляющим электродом ианодом которого включен второй резистор, катод первого тиристора подключен к аноду второго тиристора, катоду стабилитрона, первому выводу узлаимитации нагрева электродвигателя приего заклинивании, первым выводам узла имитации нагрева электродвигателя при технологических перегрузках ипервому выводу третьего резистора,анод стабилитрона подключен к управляющему электроду второго тиристораи первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключенк катоду второго тиристора, второмувыводу узла имитации нагрева электродвигателя при его заклинивании,второму выводу узла имитации нагреваэлектродвигателя при технологическихперегрузках, второму выводу замыкающего контакта кнопки и к первым выводам пятого и шестого резисторов, вторые выводы третьего и шестого резисторов подключены к анодам первого ивторого диодов соответственно, катоды которых являются соответственнотретьим и четвертым выводами теплового аналога электродвигателя, второйвывод пятого резистора подключен кпервому выводу накопительного конденсатора и является вторым выводом теплового аналога электродвигателя, второй вывод накопительного конденсатора является пятым выводом тепловогоаналога электродвигателя,1527686 В С Ф Фп Составитель С,Балашов Техред М.Ходвнич Корр ек тор Т, Пали дактор Н,Тупица роиэводственно-издательский комбинат "Патент",г, Уж л, Гагарина, 1 О Заказ 751655 Тираж 608ВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, Жбретен аушска исноеям и открытиям при ГКНТ СССРнаб., д, 4/5