Пристрій для температурного захисту групи електродвигунів

Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, реагирующих на отклонения от нормальной температуры, а также на чрезмерное повышение температуры, вызванное токовыми перегрузками и другими возмущающими воздействиями, и может быть использовано для защиты группы электродвигателей, связанных общим технологическим процессом, например, на кранах и других технологических установках, содержащих многодвигательный электропривод. Известно устройство для защиты электропривода переменного тока от перегрева, содержащее встроенные в обмотку электродвигателя последовательно соединенные датчики температуры - позисторы, подключенные к входу измерительного реле, электромагнитный коммутационный аппарат, в цепи катушки которого включены выход измерительного реле и командные аппараты, при этом группы позисторов всех электродвигателей многодвигательного электропривода соединены между собой последовательно и каждая из них зашунтирована цепью из последовательно соединенных резистора и размыкающего блок-контакта коммутационного аппарата соответствующего электродвигателя, причем к выходу упомянутого измерительного реле подключены соединенные параллельно катушки электромагнитных коммутационных аппаратов остальных электродвигателей многодвигательного электропривода [1]. Недостатками известного устройства являются отсутствие сигнализации (звуковой, световой и т.д.) о срабатывании тепловой защиты при перегреве соответствующего электродвигателя. Это усложняет правильные действия обслуживающего персонала при повторном включении перегретых электродвигателей в работу, если они находятся на значительном расстоянии от пульта управления, В случае короткого замыкания (закорачивания) в цепи одной из групп позисторов, которые встраиваются в обмотку соответствующего электродвигателя и соединяются с пультом управления проводами, измерительное реле защитного устройства продолжает нормально функционировать, перегретый электродвигатель без температурной защиты может беспрепятственно долго работать, так как уставка срабатывания реле рассчитана на увеличение суммарного сопротивления всей цепи позисторов. В случае применения устройства для защиты от перегрева многодвигательного электропривода с большим числом технологически взаимосвязанных электродвигателей требуется существенно увеличивать чувствительность измерительного реле, так как суммарное сопротивление всех групп позисторных цепей будет уже достаточно велико еще до срабатывания защиты и выделение полезного сигнала будет затруднено. Известно также устройство для защиты группы электродвигателей, содержащее термодатчики для установки в лобовых частях обмоток электродвигателей, соединенные последовательно с резисторами, вторые выводы которых объединены общей шиной, вторые выводы термодатчиков и первый вывод источника питания присоединены к заземленным корпусам электродвигателей, точки соединения термодатчиков с резисторами через пороговый элемент соединены с реагирующим органом, исполнительный орган, формирователь импульсов, RS-триггер, одновибратор, элемент И, последовательно соединенные первый и второй счетчики, первый и второй дешифраторы, первый и второй индикаторы, измерительный резистор, при этом реагирующий орган выполнен в виде параллельно соединенных автоколебательных мультивибраторов заданных частот и ключей по числу защищаемых электродвигателей, к выходам ключей подключены нагрузочные резисторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной, пороговые элементы выполнены на тиристорах, управляющие электроды которых подключены к точке соединения термодатчиков с резисторами, аноды - к заземленным корпусам электродвигателей, а катоды - к входам мультивибраторов, вторые входы которых подключены к общей шине, между вторым выводом источника питания и общей шиной включен измерительный резистор, к точке соединения которого с общей шиной подключен вход формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И и установочному входу RS-триггера, прямой выход триггера через одновибратор соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами первого и второго дешифраторов, выходы последних соединены с соответствующими входами первого и второго индикаторов, инверсный выход триггера соединен с исполнительным органом, а второй вывод источника питания через вновь введенную кнопку установки устройства в исходное положение соединен с входом сброса RS-триггера и входами установки нуля первого и второго счетчиков импульсов [2]. Недостатки известного устройства заключаются в том, что после срабатывания защитного устройства необходимо осуществлять возврат диспетчерского полукомплекта групповой защиты в исходное состояние нажатием соответствующей кнопки, В устройстве используются термодатчики термисторы, обладающие меньшей чувствительностью, чем термодатчики - позисторы. При использовании термисторов возникают дополнительные трудности, связанные с настройкой защиты на заданную температуру срабатывания. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для температурной защиты электродвигателя, содержащее термодатчик, выполненный в виде позисторов, предназначенных для установки в лобовых частях обмоток электродвигателя, параллельно выводам термодатчика подключены последовательно соединенные диод и конденсатор, два трансформатора тока, предназначенные для включения в соответствующие фазы питания электродвигателя, импульсный генератор, соединенный с первым входом регулятора скважности, первый выход которого через резистор, а второй - непосредственно подключены к выводам термодатчика, ко вторичным обмоткам трансформаторов тока подключены соответственно первый и второй фильтры, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого соединен со вторым входом регулятора скважности, первый ключ, выход которого соединен с входом исполнительного органа, усилитель, второй и третий резисторы, образующие делитель напряжения, второй ключ, второй исполнительный орган, при этом вход усилителя подключен параллельно конденсатору, выход - к последовательно соединенным второму и третьему резисторам, второй ключ подсоединен входами к второму резистору, первый ключ входами -к выходу усилителя, выход второго ключа соединен с входом второго исполнительного органа, а термодатчик выполнен состоящим из двух последовательно включенных цепей, содержащих каждая параллельно соединенные позисторы соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания, при этом каждая параллельная цепь. предназначена для установки на лобовых частях обмотки двух соседних фаз [3]. Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает защиту только одного однодвигательного электропривода, а при использовании таких устройств для группы электродвигателей возникают трудности в получении информации о тепловом состоянии обмоток каждого из защищаемых электродвигателей и оперативном контроле функционирования каждого защитного устройствамодуля. Задачей изобретения является повышение надежности защиты путем индикации перегрева изоляции обмоток каждого из группы электродвигателей и улучшение оперативного контроля исправного функционирования индивидуальных модулей при их использовании для температурной защиты группы электродвигателей. Поставленная задача достигается тем, что в устройство для температурной защиты группы электродвигателей, содержащее для каждого из них термодатчик, выполненный в виде позисторов, предназначенных для установки в лобовых частях обмоток электродвигателя, параллельно выводам термодатчика подключены последовательно соединенные первый диод и первый конденсатор, два трансформатора тока, предназначенные для включения в соответствующие фазы питания электродвигателя, импульсный генератор, соединенный с первым входом регулятора скважности, первый выход которого через резистор, а второй -непосредственно подключены к выводам термодатчика, ко вторичным обмоткам трансформаторов тока подключены соответственно первый и второй фильтры, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого соединен со вторым входом регулятора скважности, первый ключ, выход которого соединен с входом первого исполнительного органа, усилитель, второй и третий резисторы, образующие делитель напряжения, второй ключ, второй исполнительный орган, вход усилителя подключен параллельно первому конденсатору, выход - к последовательно соединенным второму и третьему резисторам, второй ключ подсоединен входами ко второму резистору, первый ключ - входами к выходу усилителя, выход второго ключа соединен с входом второго исполнительного органа, индивидуальный коммутационный аппарат, термодатчик состоит из двух последовательно включенных цепей, каждая из которых содержит параллельно соединенные позисторы соответственно на меньшую (упреждающую) и большую (аварийную) температуры срабатывания, при этом каждая параллельная цепь устанавливается на лобовых частях обмоток двух соседних фаз, при этом все перечисленные элементы с указанной взаимосвязью образуют индивидуальный модуль, в каждый индивидуальный модуль дополнительно введены светодиод исправной работы импульсного генератора, транзисторный оптрон, четвертый и пятый резисторы, второй диод и второй конденсатор, а также первый и второй общие исполнительные органы для группы модулей, табло индикации, состоящее из светодиода контроля исправности термодатчиков, светодиодов упреждающей сигнализации о перегретом электродвигателе и светодиода аварийного отключения, групповой коммутационный аппарат, при этом параллельно первому резистору в каждом модуле подсоединены последовательно соединенные второй диод и второй конденсатор, параллельно которому через ограничивающий четвертый резистор подсоединен светодиод исправной работы импульсного генератора, параллельно термодатчику каждого электродвигателя подсоединен через пятый резистор светодиод транзисторного оптрона, причем транзисторы оптронов всех индивидуальных модулей соединены последовательно между собой и со входами первого общего исполнительного органа, первый выход которого соединен со светодиодом контроля исправности термодатчиков на табло индикации, а второй выход - с первым входом второго общего исполнительного органа, выходные цепи первых исполнительных органов каждого модуля соединены со вторым входом второго общего исполнительного органа, первый выход которого соединен с групповым коммутационным аппаратом, подающим напряжение питания на индивидуальные коммутационные аппараты, а второй выход - со светодиодом аварийного отключения на табло индикации, выходные цепи вторых исполнительных органов каждого индивидуального модуля соединены последовательно с соответствующим светодиодом упреждающей сигнализации о перегретом электродвигателе на табло индикации. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2, 3, 4 и 5 диаграммы работы индивидуального модуля устройства; на фиг.6 - схема термодатчика; на фиг.7 - графики температур срабатывания термодатчика. Устройство содержит несколько индивидуальных модулей по числу защищаемых электродвигателей, каждый из которых состоит из термодатчика 1, выполненного из двух последовательно включенных цепей, содержащих параллельно включенные позисторы R1а и R1б, соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания, каждая последовательная часть цепи термодатчика устанавливается одновременно на лобовых частях обмотки двух соседних фаз. Благодаря такому размещению двух параллельных цепей удается в полном объеме получать информацию о тепловом состоянии всех обмоток электродвигателя. В двух фазах обмоток каждого защищаемого электродвигателя имеются клеммы для подключения соответственно первичных обмоток двух трансформаторов тока 2 и 3, вторичные обмотки которых соединены соответственно с входами первого 4 и второго 5 фильтров, выходы фильтров соединены с входами сумматора 6. Импульсный генератор 7 соединен с первым входом регулятора скважности 8, второй вход которого соединен с выходом сумматора 6. Выходы регулятора скважности 8 подключены к термодатчику 1, причем первый из них подключен через первый резистор 9, а второй -непосредственно. Параллельно выводам термодатчика 1 из позисторов подключены последовательно соединенные между собой первый диод 10 и первый конденсатор 11. Параллельно первому конденсатору 11 подключен вход усилителя 12, к выходу которого подсоединены последовательные соединенные второй резистор 13 и третий резистор 14. Второй ключ 15 подсоединен входами к входу второго резистора 13, первый ключ 16 - к выходу усилителя 12. Выход первого ключа 16 связан с входом первого исполнительного органа 17, а выход второго ключа 15 связан с входом исполнительного органа 18. Для включения в работу защищаемого электродвигателя используется индивидуальный коммутационный аппарат 19. Параллельно первому резистору 9 подключены последовательно соединенные между собой второй диод 20 и второй конденсатор 21. Параллельно второму конденсатору 21 подключены последовательно соединенные между собой четвертый резистор 22 и светодиод 23 исправной работы импульсного генератора 7. Параллельно термодатчику 1 подсоединен через пятый резистор 24 светодиод транзисторного оптрона 25. Транзисторы оптронов 25 всех индивидуальных модулей соединены последовательно между собой и с входами первого общего исполнительного органа 26, первый выход которого соединен со светодиодом 27 контроля исправности термодатчиков 1 на табло индикации 28, а второй выход - с первым входом второго общего исполнительного органа 29, второй вход которого соединен с выходами первых исполнительных органов 17 каждого индивидуального модуля. Первый выход второго общего исполнительного органа 29 соединен с групповым коммутационным аппаратом 30, подающего напряжение питания на индивидуальные коммутационные аппараты 19 группы электродвигателей, а второй - со светодиодом аварийного отключения 31 на табло индикации 28. Выходные цепи вторых исполнительных органов 18 каждого индивидуального модуля соединены последовательно с соответствующим светодиодом упреждающей сигнализации о перегретом электродвигателе на табло индикации 28. Устройство работает следующим образом. В каждом индивидуальном модуле импульсный генератор 7 вырабатывает импульсы прямоугольной формы положительной полярности, стабильной частоты и длительности (фиг.2). Импульсы напряжения подаются с выхода генератора 7 на первый вход регулятора скважности 8, при этом в термочувствительной цепи, состоящей из термодатчика (позисторов) 1 и первого резистора 9, подключенных к выходам регулятора скважности 8, протекает импульсный ток (фиг. 3), который создает соответственно падение напряжения на термодатчике 1 из позисторов и первом резисторе 9. Падение напряжения, пропорциональное электрическому сопротивлению термодатчика 1, подается на первый конденсатор 11 через первый диод 10. Одновременно на второй вход регулятора скважности 8 подается напряжение с сумматор 6, поступающее с вторичных обмоток первого трансформатора тока 2 и второго трансформатора тока 3 соответственно через первый фильтр 4 и второй фильтр 5, пропорциональное сумме токов в фазных обмотках защищаемого электродвигателя, что позволяет более точно формировать управляющий сигнал на втором входе регулятора скважности 8. Напряжение, поступающее с сумматора 6 на второй вход регулятора скважности 8. является для него управляющим и влияет на длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, состоящей из термодатчика 1 и первого резистора 9. С увеличением нагрузки электродвигателя потребляемый им ток увеличивается и одновременно увеличивается управляющее напряжение и длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи (фиг.4, 5). При минимальном токе в обмотках электродвигателя и небольших перегрузках (например, до когда скорость нарастания температуры обмоток электродвигателя мала, по термочувствительной цепи - термодатчику 1 и первому резистору 9 - протекает импульсный ток, не вызывающий саморазогрев позисторов термодатчика 1. Динамическая погрешность позисторов в этом случае практически отсутствует и их тепловое состояние, а соответственно и электрическое сопротивление, определяются тепловым состоянием обмоток электродвигателя. При больших перегрузках, например, больше когда скорость нарастания температуры обмоток заметно увеличивается и динамическая погрешность позисторов термодатчика также увеличивается, длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи, возрастает пропорционально токовой нагрузке электродвигателя и за счет этого происходит дополнительный нагрев позисторов термодатчика 1, что обеспечивает их ускоренное срабатывание и компенсацию динамической погрешности (инерционности позисторов). Величина эквивалентного тока, протекающего в термочувствительной цепи, определяется выражением где - напряжение источника питания; суммарное сопротивление позисторов, (см. фиг.6); параллельно включенные позисторы одной из цепей соответственно на меньшую и большую температуры срабатывания; - сопротивление первого резистора 9; - длительность импульсов тока, протекающего в термочувствительной цепи; - период импульсов тока. Таким образом, нагрев позисторов и до температуры срабатывания может происходить вследствие их нагрева от обмоток электродвигателя (при небольших перегрузках электродвигателя до или их комбинированного нагрева от обмоток электродвигателя за счет тока, протекающего по позисторам и (при больших перегрузках электродвигателя и токах больше Так как позисторы и имеют разные классификационные температуры срабатывания - меньшую и большую (см. фиг.7), то и срабатывание их при нагреве происходит постепенно: вначале позисторы а затем позисторы Для качественной и стабильной работы турмочувствительной цепи величины сопротивлений и термодатчика 1 должны подбираться примерно одинаковыми в исходном состоянии. При достижении температуры срабатывания позисторов электрическое сопротивление их резко возрастает, что приводит к увеличению суммарного сопротивления падению напряжения на нем и напряжения на первом конденсаторе 11, согласно выражения: Если учесть, что в исходном "холодном" состоянии сопротивления позисторов и примерно равны, то при срабатывании позисторов суммарное сопротивление позисторов термодатчика 1 увеличивается почти вдвое и определяется суммарной величиной сопротивления позисторов которые еще не достигли температуры срабатывания и имеют небольшое сопротивление. Падение напряжения на суммарном сопротивлении позисторов термодатчика 1 в рассматриваемом случае подается через первый диод 10 на первый конденсатор 11 и далее через усилитель 12 на последовательно соединенные второй резистор 13 и третий резистор 14, образующие делитель напряжения. Если падение напряжения на втором резисторе 13 достигает порога срабатывания второго ключа 15, то срабатывает второй исполнительный орган 18, воздействующий на соответствующий светодиод упреждающей сигнализации о перегретом электродвигателе на табло индикации 28. Если дежурный оператор, получив упреждающий сигнал, не может изменить режим работы электродвигателя или временно вывести его из работы, перейдя на работу с другим механизмом, процесс нагрева обмоток электродвигателя продолжается до срабатывания позисторов R1б, рассчитанных на большую температуру срабатывания. В падение напряжения на этом случае суммарном сопротивлении позисторов термодатчика 1 еще больше увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на делителе напряжения, выполненного из последовательно соединенных второго резистора 13 и третьего резистора 14. Если напряжение на делителе напряжения достигает порога срабатывания первого ключа 16, то срабатывает первый исполнительный орган 17, воздействующий на второй общий исполнительный орган 29, при срабатывании которого происходит отключение группового коммутационного аппарата 30 и отключение индивидуальными коммутационными аппаратами 19 группы электродвигателей, связанных общим технологическим процессом, и зажигание светодиода 31 аварийного отключения на табло индикации 28. При этом напряжение срабатывания ключей 15 и 16 определяется только суммарным сопротивлением позисторов термодатчика 1 и не зависит от величины тока в термочувствительной цепи. В режиме нормальных частых пусков (что характерно для многих электроприводов), когда электродвигатель уже достаточно нагрет, за счет теплового действия эквивалентного тока протекающего в термочувствительной цепи, может произойти опережающее срабатывание позисторов термодатчика 1, хотя температура обмоток электродвигателя не превышает допустимой для данного класса нагревостойкости изоляции. Для устранения опережающего срабатывания позисторов термодатчика 1 фильтры 4 и 5 обеспечивают нарастание управляющего сигнала на втором входе регулятора скважности 8, поступающее с сумматора 6, в зависимости от времени действия пускового тока. Аналогично работают в устройстве все имеющиеся индивидуальные модули, количество которых определяется числом технологически взаимосвязанных электродвигателей. Конструктивно индивидуальные модули объединены в виде блока защиты. Контроль исправности импульсного генератора 7 в каждом индивидуальном модуле осуществляется посредством светодиода 23. При исправном работающем импульсном генераторе 7 и целостности термодатчика 1 с подводящими проводами, первого резистора 9, регулятора скважности 8 светодиод 23 находится в светящемся состоянии из-за наличия напряжения на первом резисторе 9, которое определяется напряжением на выходе импульсного генератора 7, состоянием регулятора скважности 8 и термочувствительной цепи с позисторами термодатчика 1. Пульсирующее напряжение с первого резистора 9 подается на второй конденсатор 21 через второй диод 20 с целью сглаживания и через четвертый резистор 22, ограничивающий ток, на светодиод 23. Второй диод 20 исключает саморазряд второго конденсатора 21 на первый резистор 9 в периоды пауз пульсирующего тока в термочувствительной цепи. Для защиты от закорачивания термодатчика (позисторов) 1 и подводящей цепи к индивидуальному модулю, а также для защиты от неисправной работы импульсного генератора 7 (отсутствие напряжения на его выходе) используется транзисторный оптрон 25, светодиод которого через ограничивающий пятый резистор 24 подключен параллельно термодатчику 1. С этой целью транзисторы оптронов 25 всех индивидуальных модулей соединены последовательно между собой и со входами первого общего исполнительного органа 26. При наличии напряжения на термодатчиках 1 группы электродвигателей, а это возможно только при целостности термочувствительных цепей и исправно работающих импульсных генераторах 7 и регуляторах скважности 8 в каждом индивидуальном модуле, транзисторы оптронов 25 всех индивидуальных модулей открыты и через первый общий исполнительный орган 26 обеспечивают светящееся состояние светодиода 27 контроля исправности термодатчиков на табло индикации 28. При наличии неисправности - закоротки в любом из термодатчиков 1, подводящей цепи или отсутствии напряжения на термодатчиках 1 от любого индивидуального модуля по причине неисправности в импульсном генераторе 7 или в регуляторе скважности 8, транзистор соответствующего оптрона 25 закрывается, гаснет светодиод 27 на табло индикации 28 и светодиод 23 индивидуального модуля в блоке защиты. Одновременно с этим первый общий исполнительный орган 26 отключает второй общий исполнительный орган 29 и связанный с ним групповой коммутационный аппарат 30. По погасшему светодиоду 23 в блоке защиты можно установить в каком из индивидуальных модулей имеется неисправность (вышел из строя генератор 7, регулятор скважности 8 или имеется обрыв в термочувствительной цепи). Если гаснет только светодиод 27, а светодиоды 23 в блоке защиты горят, то, следовательно, имеется закоротка в термочувствительной цепи в одном из модулей. После аварийного срабатывания защитного устройства от любого индивидуального модуля по причине перегрева электродвигателя возврат его в исходное состояние осуществляется автоматически по мере охлаждения электродвигателя. Разрешение на включение группового коммутационного аппарата 30 и индивидуальных коммутационных аппаратов 19 поступает после погасания светодиода 31 аварийного отключения на табло индикации 28. В предложенном устройстве достигается высокая точность срабатывания защиты электродвигателей благодаря протеканию по позисторам, встроенным в обмотку электродвигателя, импульсного тока, пропорционального величине тока в фазных обмотках, за счет чего обеспечивается компенсация динамической погрешности позисторов при любых скоростях нарастания температуры обмотки, зависящей от нагрузки электродвигателя, и по сравнению с прототипом обеспечивается функция прогнозирования возможности перегрева путем введения сигнального табло о приближении температуры нагрева изоляции обмоток к недопустимому значению, при любых режимах работы электродвигателя. Также обеспечивается контроль исправного функционирования индивидуальных модулей при их использовании для температурной защиты группы электродвигателей и эффективная защита от закорачивания цепи термодатчиков 1. Технический результат изобретения заключается в увеличении срока службы электродвигателей между капитальными ремонтами, уменьшением общего числа отказов электрооборудования за счет сохранения целостности изоляции обмоток электродвигателя при перегрузках и повышением непрерывности технологических процессов за счет большой информативности о тепловом режиме электродвигателей. Устройство может быть использовано для защиты от перегрева электродвигателей как общепромышленного, так и специального назначения.