Пристрій захисту електродвигуна від перевантажень

Устройство относится к системам защиты электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором и может использоваться для защиты, как трехфазных, так и одно, двухфазных двигателей от перегрузок при их пуске, потере фазы и протекании через статорные обмотки токов превышающих номинальные. Известно устройство защиты электроустановок от аварийных режимов (А.с. СССР №1582252, опубл. 1990), содержащее датчик контролируемого сигнала, к выходу которого подключен резистивный делитель напряжения, соединенный через первый диод с входом интегрирующего звена в виде RC цепочки, выход которого через второй диод и пороговый элемент соединен со входом усилителя, в выходную цепь которого включена обмотка реле, причем параллельно конденсатору интегрирующего звена включена цепь разряда, включающая в себя ключевой элемент на транзисторе и резисторе, причем эмиттербазовый переход транзистора подключен параллельно первому диоду, а эмиттерколлекторный переход включен в цепь разряда, а параллельно исполнительному реле включен база-эмиттерный переход транзистора вновь введенного эмиттерного повторителя, коллектор которого соединен со входом усилителя. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность переключения порогового элемента на транзисторе, использование RC цепочки только как помехозащищающего звена, что снижает точность и надежность работы устройства. Известно также устройство защиты электродвигателя (Радио. - 1988. - №7. - С.24), содержащее автомат подачи напряжения в схему, три одинаковых трансформатора тока, первичными обмотками которых служат фазные провода подводящие электроэнергию к статорним обмоткам электродвигателя, три диодных выпрямительных моста, к которым подключены вторичные обмотки трансформаторов тока, сглаживающий конденсатор на выходе выпрямительных мостов, регулируемый стабилизатор напряжения на элементе 2И-НЕ и транзисторе, пороговый узел на втором элементе 2И-НЕ, переменный резистор установки тока срабатывания устройства, оптрон, тиристор и диодный мостик для управления катушкой магнитного пускателя, катушку магнитного пускателя с замыкающими контактами, подключающими электродвигатель к сети переменного тока, кнопку "Пуск", кнопку "Стоп" для управления электродвигателем, добавочные резисторы. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность срабатывания порогового устройства на элементе 2И-НЕ из-за наличия верхней зоны переключения и отсутствие защиты электродвигателя от протекания через статорные обмотки пусковых токов выше допустимых в течение времени превышающем время его разгона, что снижает точность, надежность работы устройства и увеличивает вероятность выхода электродвигателя из строя. Задачей предлагаемого устройства является исключение протекания через статорные обмотки электродвигателя пусковых токов выше допустимых, в течение времени, превышающем время его разгона и уменьшение верхней зоны переключения порогового элемента, что повышает точность и надежность работы устройства. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве защиты электродвигателя от перегрузок, содержащего автомат подачи переменного напряжения сети в схему, источник стабилизированного напряжения, первый и второй ограничивающие резисторы, первый резистивный делитель напряжения, состоящий из постоянного и переменного резистора установки напряжения срабатывания устройства защиты соединенными одними выводами в общую точку, транзистор, второй резистивный делитель напряжения, катушку выходного реле, включенную в коллекторную цепь транзистора, эмиттер которого соединен в общим проводом схемы, а база со вторым резисторным делителем напряжения, первый замыкающий контакт выходного реле, включенный в цепь управления магнитным пускателем электродвигателя, три одинаковых трансформатора тока, выполненные на кольцевых магнитопроводах из магнитного материала и включенных каждый в фазный провод электродвигателя, являющийся их первичной обмоткой, три одинаковых вторичных обмоток трансформаторов тока, три выпрямительных диода, кнопку "Пуск", кнопку "Стоп", катушку магнитного пускателя с одним замыкающим контактом, блокирующим кнопку "Пуск" и тремя замыкающими контактами, включенными каждый в фазный провод электродвигателя. Согласно изобретению в него введены компаратор, выполненный на операционном усилителе, с положительной обратной связью, RCR цепочка с постоянной времени большей времени разгона электродвигателя, состоящая из зарядного переменного резистора установки постоянной времени RCR цепочки, зарядной емкости, разрядного резистора и цепочки из последовательно соединенных второго замыкающего контакта выходного реле и размыкающего контакта магнитного пускателя, причем неинвертирующий вход компаратора через первый ограничивающий резистор соединен с общей точкой первого резисторного делителя напряжения, второй вывод постоянного резистора которого соединен с положительным потенциалом источника питания, а второй и средний вывод переменного резистора соединен с общим проводом схемы, а инвертирующий вход компаратора через второй ограничивающий резистор соединен с одним выводом зарядной емкости, разрядного резистора, переменного резистора установки постоянной времени RCR цепочки и одним выводом второго замыкающего контакта выходного реле, вторые выводы зарядной емкости и разрядного резистора соединены с общим проводом схемы, а второй вывод замыкающего контакта выходного реле соединен с одним выводом размыкающего контакта магнитного пускателя, второй вывод которого соединен с общим проводом схемы, а второй вывод переменного резистора установки постоянной времени RCR цепочки соединен с катодами каждого из трех выпрямительных диодов, диоды которых соединены каждый с выводами начал каждого из трех вторичных обмоток трансформаторов тока, а выводы концов каждого и трех вторичных обмоток трансформаторов тока соединены между собой и с общим проводом схемы, а выход компаратора через второй резисторный делитель напряжения соединен с базой транзистора и через резистор обратной связи с неинвертирующем входом компаратора. В заявляемом изобретении повышается точность и надежность работы устройства благодаря исключению протекания пусковых токов выше допустимых через статорные обмотки электродвигателя в течение времени, превышающем время его разгона и исключения транзисторно-логических элементов в пороговом устройстве, имеющих широкую верхнюю зону переключения за счет использования компаратора, выполненного на операционном усилителе с положительной обратной связью. На чертеже (фиг.) представлена электрическая схема устройства защиты. Устройство содержит автомат подачи переменного напряжения сети в схему 1, источник постоянного стабилизированного напряжения 2, первый резисторный делитель напряжения на постоянном резисторе 3 и переменном резисторе 4 установки напряжения срабатывания устройства защиты, первый ограничивающий резистор 5, компаратор 6, выполненный на операционном усилителе 6 с положительной обратной связью через резистор обратной связи 7, компаратор имеет неинвертирующий вход 8 и инвертирующий вход 9, катушку выходного реле 10, транзистор 11, эмиттер которого соединен с общим проводом схемы 12, реле имеет первый 13 и второй 14 замыкающие контакты, выход компаратора через второй резистивный делитель напряжения на резисторах 15, 16 соединен с базой транзистора, трансформатор тока 17 с первичной обмоткой 18 и вторичной обмоткой 19, трансформатор тока 20 с первичной обмоткой 21 и вторичной обмоткой 22, трансформатор тока 23 с первичной обмоткой 24 и вторичной обмоткой 25, все трансформаторы тока одинаковы, выполнены на кольцевых магнитопроводах из магнитного материала и их первичными обмотками являются фазные провода, подводящие переменное напряжение сети к статорным обмоткам электродвигателя, выпрямительные диоды 26, 27, 28, аноды которых каждый соединен с одними выводами, например, с каждым началом вторичных обмоток трансформаторов тока, а вторые выводы, например каждый конец, вторичных обмоток трансформаторов тока соединены между собой и с общим проводом схемы, катоды выпрямительных диодов соединены между собой и с крайним выводом переменного резистора 29 установки постоянной времени RCR цепочки, средний вывод этого резистора соединен с одним из выводов зарядной емкости 30, разрядного резистора 31, второго ограничивающего резистора 32, второго замыкающего контакта выходного реле, другой вывод зарядной емкости и разрядного резистора соединены с общим проводом схемы, а второй вывод второго ограничивающего резистора соединен с инвертирующим входом компаратора; электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором 33, катушку магнитного пускателя 34 с замыкающим блоком контактом 35, блокирующим кнопку "Пуск" 36 и замыкающими контактами 37, 38, 39, включенными в фазные провода для подач напряжения сети на статорные обмотки электродвигателя кнопку "Стоп" 40, размыкающий контакт 41 магнитного пускателя, одним своим выводом соединенный с общим проводом схемы, вторым с другим выводом второго замыкающего контакта выходного реле. Устройство работает следующим образом. При включении автомата 1, переменное напряжение с фазы C и нулевого провода подводится к источнику постоянного стабилизированного напряжения 2. С источника положительный потенциал напряжения подается на первый резистивный делитель напряжения на постоянном резисторе 34 и переменном резисторе 4 установки напряжения срабатывания устройства защиты, компаратор 6 и катушку выходного реле 10. Нулевой потенциал источника питания соединен с общим проводом схемы. Предварительно переменным резистором 4 устанавливается напряжение (порог) срабатывания устройства защиты. Величина этого напряжения устанавливается такой, чтобы не происходило переключения компаратора при протекании через статорные обмотки электродвигателя номинальных токов. Это напряжение через первый ограничивающий резистор 5 подается на неинвертирующий вход 8 компаратора 6. Так как выход компаратора через резистор обратной связи 7 охвачен положительной обратной связью, то при подаче напряжения питания компаратор переключается так, что на его выходе устанавливается высокий положительный потенциал, который через второй резистивный делитель напряжения на резисторах 15, 16 подается на базу транзистора 11 npn структуры. В результате этого транзистор открывается и через катушку выходного реле 10 протекает ток. Реле, срабатывая замыкает свой первый замыкающий контакт 13 в цепи управления магнитным пускателем 34 электродвигателя 33, и второй замыкающий контакт 14 в цепи разряда зарядной емкости 30. Так как электродвигатель отключен от сети переменного тока из-за того, что разомкнуты контакты 37, 38, 39 магнитного пускателя 34, через первичные обмотки 18, 21, 24 трансформаторов тока 17, 20, 23 токи протекать не будут и на их вторичных обмотках 19, 22, 25 напряжение будет равно нулю. В результате этого напряжение на зарядной емкости 30 также будет равно нулю. Так как и еще дополнительно замкнуты второй замыкающий контакт 14 выходного реле и размыкающий контакт 41 магнитного пускателя, которые включены между собой последовательно и параллельно зарядной емкости 30. Один вывод зарядной емкости 30 соединен с общим проводом схемы 12, а второй через переменный резистор 29 установки постоянной времени RCR цепочки соединен с катодами выпрямительных диодов 26, 27, 28, аноды которых соединены с началами вторичных обмоток 19, 22, 25 трансформаторов тока 17, 20, 23. Концы вторичных обмоток 19, 22, 25 трансформаторов тока 17, 20, 23 соединены с общим проводом 12 схемы. Кроме того второй вывод зарядной емкости 30 соединен с одним выводом разрядного резистора 31, второй вывод которого соединен с общим проводом 12 схемы, и с одним выводом второго ограничивающего резистора 32, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом 9 компаратора 6. Как уже упоминалось при отключенном электродвигателе напряжение на зарядной емкости будет равно нулю и компаратор переключается так, что на его выходе установится высокий положительный потенциал. Пуск электродвигателя осуществляется кнопкой "Пуск" 36. При этом напряжение сети с фазы C через замкнутый первый замыкающий контакт 13 выходного реле 10, замкнутую кнопку "Стоп" 40 и замкнутую кнопку "Пуск" 36 будет подано на один вывод катушки 34 магнитного пускателя. Так как второй вывод катушки 34 соединен с нулевым проводом, магнитный пускатель срабатывает. При этом замыкается его контакт 35, блокируя кнопку "Пуск" 36. Кроме этого, замыкаются контакты 37, 38, 39 магнитного пускателя, подключая статорные обмотки электродвигателя 33 к питающей сети переменного тока и размыкается замыкающий контакт 41 в цепи разряда зарядной емкости 30. С этого времени начинается разгон электродвигателя 33. При разгоне пусковые токи электродвигателя протекающие через его статорные обмотки в 5 - 8 раз превышают номинальные. Эти токи будут протекать через первичные обмотки 18, 21, 24 трансформаторов тока 17, 20, 23. При этом на вторичных обмотках 19, 22, 25 трансформаторов тока 17, 20, 23 появится напряжение пропорциональное величине пусковых токов. Это напряжение будет выпрямляться диодами 26, 27, 28 и через переменный резистор 29 заряжать зарядную емкость 30. С помощью резистора 29 устанавливается постоянная времени RCR цепочки, состоящей из переменного резистора 29, зарядной емкости 30 и разрядного резистора 31, такой чтобы она была больше времени нормального разгона электродвигателя 33. Если время разгона электродвигателя 33 не превышает времени его нормального пуска, а пусковые токи не превышают допустимых, напряжение на зарядной емкости 30 не успевает достигнуть величины напряжения переключения компаратора 6, устанавливаемое переменным резистором 4 и электродвигатель 33, включившись, продолжает работать. В противном случае, если время разгона электродвигателя затягивается, или пусковые токи превышают допустимые, зарядная емкость 30 успевает зарядится до напряжения переключения компаратора 6. Это напряжение через второй ограничивающий резистор 32 будет прикладываться к инвертирующему входу 9 компаратора 6. Компаратор 6 переключится так, что на его выходе будет низкий положительный потенциал. Этого потенциала, прикладываемого через второй резистивный делитель на резисторах 15, 16 к базе транзистора 11 будет недостаточно, чтобы удерживать его в открытом состоянии. В результате чего транзистор 11 закроется и обесточит катушку 10 выходного реле. Реле, обесточившись, разомкнет свой второй замыкающий контакт 14 в цепи разряда емкости 30 и первый замыкающий контакт 13 и цепи управления магнитным пускателем 34. При этом обесточится катушка 34 магнитного пускателя и он разомкнет свои контакты 37, 38, 39, отключая статорные обмотки электродвигателя 33 от питающей сети переменного тока. Кроме того, магнитный пускатель замкнет свой контакт 41 в цепи разряда зарядной емкости 30. С этого времени начинается разряд зарядной емкости 30 через разрядный резистор 31. Время разряда емкости выбирается из условий охлаждения электродвигателя для осуществления его повторного пуска и определяется величиной петли гистерезиса компаратора 6, устанавливаемой выбором номиналов резисторов обратной связи 7 и разрядно резистора 31. По мере разряда зарядной емкости 30 напряжение на инвертирующем входе 9 компаратора в прикладываемое через второй ограничивающий резистор 32 уменьшается. Наступает момент когда это напряжение уменьшится до напряжения переключения компаратора 6. При этом компаратор 6 переключится и на его выходе установится высокий положительный потенциал, который через второй резистивный делитель напряжения на резисторах 15, 16 будет подан на базу транзистора 11. При этом транзистор 11 откроется и сработает выходное реле 10. Реле, сработав, замкнет свой первый замыкающий контакт 13 в цепи управления магнитным пускателем 34 и второй замыкающий контакт в цепи разряда зарядной емкости 30. Так как при отключении электродвигателя 33 магнитный пускатель замкнул свой контакт 41, то происходит быстрый разряд зарядной емкости 30 через последовательно соединенные второй замыкающий контакт 14 выходного реле и размыкающий контакт 41 магнитного пускателя. Это необходимо чтобы снять остаточный заряд с зарядной емкости 30 и сохранить время ее заряда постоянным при повторном пуске электродвигателя, что повышает точность работы устройства. После разряда зарядной емкости 30 схема возвращается в исходное состояние. Таким образом осуществляется защита электродвигателя от длительного протекания пусковых токов превышающих допустимые и за счет высокой точности переключения компаратора повышаемся точность и надежность работы устройства защиты электродвигателя. Устройство защищает электродвигатель также от работы на токах превышающих номинальные и от потери им фазы. В этих случаях работа устройства осуществляется следующим образом. При работе электродвигателя 33 на токах превышающих номинальные, напряжение на вторичных обмотках 19, 22, 24 трансформаторов тока 17, 20, 23 будет таким, что оно зарядит зарядную емкость 30 через выпрямительные диоды 26, 27, 28 и переменный резистор 29 до напряжения переключения компаратора 6 которое будет прикладываться через второй ограничивающий резистор 32 к инвертирующему входу 9 компаратора 6. Время заряда зарядной емкости при этом не намного будет превышать время разгона электродвигателя. Компаратор, переключившись, будет иметь на своем выходе низкий положительный потенциал. Далее схема будет работать также, как и при отключении электродвигателя 33 при длительном протекании через его обмотки пусковых токов выше допустимых. При потери электродвигателем 33 фазы напряжения на одном из вторичных обмоток, оставшихся в работе трансформаторов тока будет выше напряжения на ней при протекании через статорные обмотки номинальных токов. При этом зарядная емкость 30 зарядится через выпрямительные диоды 26, 27, 28 до напряжения переключения компаратора 6, которое будет прикладываться через второй ограничивающий резистор 32 к инвертирующему входу 9 компаратора 6. При этом компаратор 6 так же переключится и на его выходе установится низкий положительный потенциал. Далее схема будет работать так же как и при отключении электродвигателя 33 при протекании через его статорные обмотки токов превышающих номинальные. Для защиты однофазных или двухфазных электродвигателей устанавливается один или два трансформатора тока соответственно, один или два выпрямительных диода, а остальная схема остается без изменений. Применение данного устройства для защиты электродвигателей за счет высокой точности и надежности его работы позволит уменьшить количество выходов их из строя и сократить расходы на их перемотку.