Пристрій захисту електродвигуна і обладнання, що ним приводиться

1. Пристрій захисту електродвигуна і обладнання, що ним приводиться, який містить канали захисту від струмового і теплового перевантаження, які містять датчик струму, виконаний у вигляді трансформатора струму, і встановлений на фазному проводі магнітний пускач, силові контакти якого призначені для включення в лінію живлення фаз електродвигуна, елементи управління магнітного пускача і виконавче реле з вихідним контактом, причому вхід виконавчого реле підключений до виходу датчика струму, а його вихідний контакт включений в коло керування магнітного пускача, і закріплений на електродвигуні контактний елемент, реагуючий на теплове перевантаження електродвигуна, який відрізняється тим, що канал захисту від струмового перевантаження містить електронний блок формування часово-струмової характеристики, і канал захисту від теплового перевантаження, і додатково введені канал захисту від аварійного скидання навантаження обладнання, що приводиться електродвигуном, і канал захисту від пуску електродвигуна при недостатньому опорі ізоляції обмотки відносно корпусу електродвигуна з'єднані паралельно і підключені через введений логічний оператор АБО до виконавчого реле, вихід якого з'єднаний з контактами кола управління магнітного пускача. 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний для захисту електродвигуна і обладнання, що їм приводиться, від неприпустимого струмового та теплового перевантаження, нештатного скидання навантаження і неприпустимого зниження опору ізоляції обмотки відносно корпуса електродвигуна. Відомий пристрій для захисту електродвигуна від перегріву і перевантаження, який містить датчик струму електродвигуна, що захищається, до виходу якого підключені вхід виконавчого елемента і шунтуючий тиристор, послідовно з'єднані ключ і елемент затримки, послідовно з'єднані перший потенціометр і стабілітрон. Паралельно до стабілітрону підключені послідовно з'єднані датчик температури двигуна, другий потенціометр, датчик температури навколишнього середовища. Вихід другого потенціометра з'єднаний з одним із входів ключа, до іншого входу якого через логічний оператор АБО приєднані вихід елемента затримки і елемент відсічки по струму [1]. Недоліком цього пристрою є невисока надійність захисту внаслідок невідповідності часово-струмових характеристик пристрою з тепловими характеристиками двигуна. Відомий пристрій для захисту електродвигуна з приводом насоса, який містить датчик температури, джерело напруги, фільтр нижчих частот, перший акумулятор, блок регулювання і генератор імпульсів [2]. Вхід фільтра нижчих частот призначений для підключення до нульової точки вторинної обмотки силового трансформатора. Датчик температури, встановлений поблизу статорних обмоток погружного електродвигуна, приєднаний послідовно з діодом між нульовою точкою обмотки електродвигуна і його заземленим корпусом. Блок регулювання виконаний у вигляді двох блоків порівняння, виходи яких підключені до виконавчих механізмів. Цей пристрій дозволяє уникнути впливу опору ізоляції на вимірювання температури нагріву статорних обмоток електродвигуна. Недоліком даного пристрою є відсутність в ньому елементів захисту погружного електродвигуна від зриву подачі електронасоса, який контролюється по тиску у свердловині, що може привести до виникнення в насосі "сухого тертя", підвищення газового фактора рідини, що відкачується і, внаслідок цього, до погіршення охолодження двигуна і силового кабелю. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що пропонується, є пристрій для захисту електродвигуна від анормальних режимів роботи, який містить датчик струму у вигляді трансформатора струму, який виконаний з можливістю кріплення на електродвигуні з забезпеченням теплового контакту з електродвигуном в точці контролю температури, при цьому осердя трансформатора струму виконане з феромагнітного матеріалу із заданою точкою Кюрі, що дозволяє розширити функціональні можливості пристрою шляхом забезпечення температурного захисту електродвигуна [3]. При цьому точка Кюрі дорівнює максимально припустимій температурі електродвигуна у місці розташування трансформатора струму. 61537 4 У пристрої-прототипі при досягненні максимально припустимої температури електродвигуном осердя трансформатора струму втрачає магнітні властивості при досягненні точки Кюрі, що приводить до відключення магнітного пускача і електродвигуна від електричної мережі. В режимі перевантаження електродвигуна по струму при перевищенні припустимого значення, або при обриві фази відбувається також відключення електродвигуна від мережі. Однак при роботі електродвигуна величина припустимого перевищення струму понад номінального в багатьох випадках залежить від часу дії цього струму. Отже, чим менше час дії, тим більше величина струму, який можна пропустити в обмотках електродвигуна без аварійних наслідків, в той час, як при більшому часі дії величина струму має бути зменшена. Таким чином, наявність тільки одного значення припустимого струму без урахування його тривалості при короткому часі його протікання може привести до необґрунтованого відключення електродвигуна, а при значному часі — до запізненого відключення з аварійними наслідками для електродвигуна. У пристрої-прототипі обмежені функціональні можливості, оскільки не відбувається відключення електродвигуна при зникненні навантаження з боку обладнання, яке їм приводиться, що супроводжується зниженням струму. Отже, якщо обладнання, що їм приводиться, являє собою, наприклад, конвеєр, ліфт та ін., то несанкціоноване скидання навантаження свідчить про його зупинку або від'єднання від електродвигуна. Особливо небезпечною ситуація буде, якщо в якості обладнання, яке приводиться електродвигуном, виступає насос для перекачування рідини, наприклад води, оскільки в цьому випадку відбудеться робота насоса в режимі "сухого ходу" і неминуче пошкодження. Крім того, при використанні пристроюпрототипу можливий запуск в хід електродвигуна при зниженому опорі ізоляції обмотки відносно корпуса, який виникає при попаданні вологи або інших агресивних речовин, серед яких функціонує обладнання і електродвигун. Цей пристрій не зможе захистити електродвигун від виникаючої при цьому аварійної ситуації. Завданням винаходу є підвищення надійності захисту електродвигуна і обладнання, що їм приводиться. Задача, що поставлена, вирішується тим, що у відомому пристрої захисту електродвигуна і обладнання, що їм приводиться, який містить канали захисту від струмового і теплового перевантаження, які включають датчик струму, виконаний у вигляді трансформатора струму і встановлений на фазному проводі, магнітний пускач, силові контакти якого призначені для включення в лінію живлення фаз електродвигуна, елементи управління магнітного пускача, і виконавче реле з вихідним контактом, причому вхід виконавчого реле підключений до виходу датчика струму, а його вихідний контакт включений у коло управління магнітного пускача, і закріплений на електродвигуні контактний елемент, який реагує 5 61537 6 на теплове перевантаження електродвигуна, — корпуса електродвигуна нижче припустимого канал захисту від струмового перевантаження, рівня; який містить електронний блок формування часо4. неприпустимого теплового перевантаження во-струмової характеристики, канал захисту від двигуна, яке виникає внаслідок погіршення умов теплового перевантаження, канал захисту від його охолодження. аварійного скидання навантаження обладнання, Наявність логічного оператора АБО приводить що приводиться електродвигуном, і канал захисту до відключення електродвигуна при виникненні від пуску електродвигуна при недостатньому опорі будь-якого з вказаних вище факторів. Наявність ізоляції обмотки відносно корпуса електродвигуна блока формування часово-струмової характериз'єднані між собою паралельно і підключені через стики в каналі захисту двигуна від струмового пелогічний оператор АБО до виконавчого реле, вихід ревантаження дозволяє урахувати не тільки якого з'єднаний з контактами кола управління кратність струмового перевантаження, але й її магнітного пускача. тривалість. При цьому можна сформувати реальну Крім того, канал захисту від струмового перехарактеристику для конкретного електродвигуна, вантаження містить інтегратор, до входу якого наприклад квадратичну, за якою буде відбуватись через підсилювач і випрямляч паралельно його відключення. підключені встановлені на двох фазних проводах Паралельне з'єднання каналів захисту датчики струму, а електронний блок формування підвищує надійність пристрою захисту, оскільки, часово-струмової характеристики містить блок, якщо один із каналів з будь-якої причини не який перетворює величину кратності перевантаспрацює, то захист відбудеться по іншим каналам. ження по струму в частоту слідування імпульсів, Захисний пристрій, що пропонується, дозволяє наприклад в квадратичній залежності, і який видавати сигнали про перевантаження двигуна, приєднаний до лічильника імпульсів. пропорційні його струму, у цифровому вигляді, що Канал захисту від струмового перевантаження є важливим для запису на реєструючі прилади і містить попереджувальний індикатор "СТРУМОВЕ встановлення причин аварійного відключення. ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ", який засвітлюється при Наявність попереджувального індикатора включенні лічильника імпульсів, і аварійний "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" і аварійних індикатор "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ", який індикаторів "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ", засвітлюється при заповненні лічильника "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ", "СУХИЙ ХІД" і імпульсів. "ІЗОЛЯЦІЯ", а також виконання їх жовтим і червоКанал захисту електродвигуна від теплового ним кольорами, звичними для багатьох людей, перевантаження містить контактний елемент, вистворює комфорт для оператора. конаний у вигляді температурного датчика, і На Фіг.1 представлена загальна структурна аварійний індикатор "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАсхема пристрою захисту електродвигуна і обладЖЕННЯ", який засвітлюється при перевищенні нання, що їм приводиться; температурою, яку вимірив датчик, значення усна Фіг.2 — розгорнута структурна схема притавки по температурі. строю захисту електродвигуна і обладнання, що їм Канал захисту від аварійного скидання наванприводиться; таження обладнання, що приводиться електродвина Фіг.3 — структурна схема електронного гуном, містить аварійний індикатор "СУХИЙ ХІД", блока формування часово—струмової характериякий засвітлюється при зменшенні струму елекстики; тродвигуна нижче значення уставки по на Фіг.4 — часово—струмова характеристика, мінімальному струму. що формується електронним блоком, де t — час Канал захисту електродвигуна від пуску при спрацьовування пристрою, KI — кратність перенедостатньому опорі ізоляції обмотки відносно вантаження по струму; корпуса електродвигуна містить джерело постійної на Фіг.5 — електрична схема пристрою захиснапруги і аварійний індикатор "ІЗОЛЯЦІЯ", який ту електродвигуна і обладнання, що їм приводитьзасвітлюється при зниженні опору ізоляції обмотки ся; нижче значення уставки по опору. на Фіг.6 — індикаторна панель пристрою заПопереджувальний індикатор "СТРУМОВЕ хисту. ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" виконаний жовтим кольоПристрій захисту електродвигуна і обладнанром, а аварійні індикатори "СТРУМОВЕ ПЕРЕня, що їм приводиться, містить канал 1 захисту від ВАНТАЖЕННЯ", "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ", струмового перевантаження, канал 2 захисту від "СУХИЙ ХІД" і "ІЗОЛЯЦІЯ" виконані червоним теплового перевантаження, канал 3 захисту від кольором. аварійного скидання навантаження обладнання, У винаході, що пропонується, здійснюється що приводиться електродвигуном, і канал 4 захискомплексний захист електродвигуна від: ту від пуску електродвигуна 5 при недостатньому 1. неприпустимого перевантаження по струму, опорі ізоляції обмотки 6 відносно корпуса електрояке виникає від обриву однієї з фаз статорної обдвигуна. Ці канали з'єднані паралельно між собою мотки або лінії живлення, асиметрії фазних напруг, і підключені через логічний оператор АБО 7 до технологічного перевантаження, заклинювання виконавчого реле 8, вихід якого з'єднаний з конротора або міжвиткових замикань; тактами кола управління магнітного пускача 9, 2. нештатного зникнення навантаження, наголовні контакти 10 якого призначені для включенприклад, із-за роботи насоса в режимі «сухого хоня в лінію живлення фаз електродвигуна 5. да»; Пристрій містить елемент включення 11, 3. зниження опору ізоляції обмотки відносно допоміжний контакт 12 і елемент відключення 13 7 61537 8 магнітного пускача. лення фаз електродвигуна 5. Канал 1 захисту від струмового перевантаПеред пуском електродвигуна забезпечується ження містить встановлені на двох фазних провоподача постійної напруги на обмотку 6 нерухомого дах 14 датчики струму 15 і 16, виконані у вигляді електродвигуна 5. Опір ізоляції обмотки б відносно трансформаторів струму. Датчики струму 15 і 16 корпуса електродвигуна, який вимірюється при через підсилювачі, відповідно 17, 18 і випрямлячі, цьому, у компараторі опору 37 порівнюється зі відповідно 19, 20 паралельно підключені до входу значенням уставки по опору 36. Якщо виміряне інтегратора 21. Електронний блок формування значення опору ізоляції менше значення уставки часово-струмової характеристики 22 містить 36, то засвітлюється аварійний індикатор регулюємий задатчик уставки по максимальному "ІЗОЛЯЦІЯ" 38 і розмикаються головні контакти 10 струму 23, компаратор максимального струму 24, магнітного пускача 9. попереджувальний індикатор "СТРУМОВЕ ПЕРЕСтрум, який вимірюється одним із струмових ВАНТАЖЕННЯ" 25, блок "СТРУМ-ЧАСТОТА" 26, датчиків 15 і 16, підсилюється за допомогою який перетворює величину кратності перевантапідсилювача відповідно 17 і 18, випрямляється за ження по струму в частоту слідування імпульсів, допомогою випрямляча, відповідно 19 і 20, після наприклад в квадратичній залежності, який чого подається на вхід інтегратора 21. приєднаний до лічильника імпульсів 27. Канал 1 Найбільше значення сигнала від датчиків містить аварійний індикатор "СТРУМОВЕ ПЕРЕструму після інтегратора 21 надходить на елекВАНТАЖЕННЯ" 28. тронний блок формування часово-струмової хаКанал 2 захисту електродвигуна від теплового рактеристики 22. Значення цього струму у перевантаження містить температурний датчик 29, компараторі максимального струму 24 виконаний у вигляді інтегральної мікросхеми, яка порівнюється зі значенням уставки по максимальзакріплена на монтажній теплопровідній пластині з ному струму 23. Якщо значення струму перевищує клемною колодкою (на Фіг.не показана), задатчик значення уставки, то засвітлюється попереджууставки по температурі 30, компаратор темперавальний індикатор "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАтури 31 і аварійний індикатор "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕЖЕННЯ" 25, сигнал надходить на блок "СТРУМВАНТАЖЕННЯ" 32. ЧАСТОТА" 26, який перетворює величину Канал 3 захисту від аварійного скидання накратності перевантаження по струму в частоту вантаження обладнання, що приводиться елекслідування імпульсів, наприклад в квадратичній тродвигуном, (на Фіг.не показане), містить задатзалежності, і надходить у вигляді послідовності чик уставки по мінімальному струму 33, імпульсів на лічильник імпульсів 27. При компаратор мінімального струму 34, аварійний заповненні лічильника 27 засвітлюється аварійний індикатор "СУХИЙ ХІД" 35. індикатор "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" 28 і Канал 4 захисту електродвигуна 5 від пуску за допомогою логічного оператора АБО 7 сигнал при недостатньому опорі ізоляції обмотки 6 надходить на виконавче реле 8, внаслідок чого відносно корпуса електродвигуна, містить задатвідбувається відключення електродвигуна від лінії чик уставки по опору 36, джерело постійної напруживлення фаз. Чим більше величина кратності ги (на Фіг.не показане), компаратор опору 37 і перевантаження по струму, тим вище частота аварійний індикатор "ІЗОЛЯЦІЯ" 38. слідування імпульсів блока 26, тим швидше Попереджувальний індикатор "СТРУМОВЕ відбувається заповнення лічильника імпульсів 27. ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" 25 виконаний жовтим кольоТаким чином реалізується квадратична залежність ром, а аварійні індикатори "СТРУМОВЕ ПЕРЕчасу спрацьовування пристрою захисту від ВАНТАЖЕННЯ" 28, "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕНкратності перевантаження по струму. НЯ" 32, "СУХИЙ ХІД" 35 і "ІЗОЛЯЦІЯ" 38 виконані Якщо усувається причина струмового перечервоним кольором. Указані індикатори вантаження до заповнення лічильника 27, що розташовані на індикаторній панелі 39 корпуса 40 відбувається, наприклад у момент пуску електрозахисного пристрою. двигуна, то здійснюється скидання лічильника до Пристрій захисту електродвигуна і обладнаннуля з припиненням світіння попереджувального ня, що їм приводиться, працює таким чином. індикатора "СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" 25. При виникненні одного з аварійних факторів: Значення сигнала від датчиків струму 15 і 16 1. перевищення тривалістю перевантаження після інтегратора 21, надходячи на компаратор по струму часу спрацьовування пристрою по часомінімального струму 34, порівнюється зі значенво-струмовій характеристиці; ням уставки по мінімальному струму 33. Якщо зна2. перевищення температурою, яку вимірив чення струму після інтегратора 21 стає меншим, то датчик 29, значення уставки по температурі 36; засвітлюється аварійний індикатор "СУХИЙ ХІД" 3. зменшення струму електродвигуна, яке 35 з наступним розмиканням головних контактів 10 виникає при аварійному скиданні навантаження магнітного пускача 9. обладнання, що приводиться електродвигуном, Значення температури, яке вимірив датчик 29, нижче значення уставки по мінімальному струму в компараторі температури 31 порівнюється зі 33; значенням уставки по температурі 30 і, якщо 4. зниження опору ізоляції обмотки 6 відносно перевищує його, то засвітлюється аварійний корпуса електродвигуна 5 нижче значення уставки індикатор "ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ" 32 з по опору 36, логічний оператор АБО 7 видає сигнаступним розмиканням головних контактів 10 нал на виконавче реле 8, яке, в свою чергу, видає магнітного пускача 9. сигнал в коло управління магнітного пускача 9, За допомогою електронного блока "СТРУМголовні контакти 10 якого відключають лінію живЧАСТОТА" 26 можна сформувати часово-струмову 9 61537 10 характеристику пристрою за будь-яким необхідним 23, мінімальному струму 33, температурі 30 і опозаконом. Це дозволяє здійснити захист ру 36. За допомогою регуляторів уставок можна електродвигунів різного типу при різноманітних встановлювати відповідне значення параметра, умовах роботи і характері навантаження. що контролюється, з урахуванням реальних умов Пристрій, що пропонується, забезпечує комроботи, типу електродвигуна і обладнання, що їм плексний захист від різноманітних факторів (неприводиться. припустимого струмового і теплового перевантаПристрій захисту був виготовлений, пройшов ження, аварійного скидання навантаження, експериментальну перевірку в різних умовах і позниження опору ізоляції обмотки відносно корпуса казав високу надійність. електродвигуна нижче припустимого рівня), що Джерела інформації: гарантує високу надійність захисту. Пристрій за1. А. с. СССР № 600654, МКИ Н02Н 7/08, 1978 хисту реалізований в корпусі 40, на зовнішній г. поверхні якого розташована індикаторна панель 2. А. с. СССР № 1302369, МКИ Н02Н 7/08, 39 з індикаторами 25, 28, 32, 35 і 38, а також за 1985 г. захисною кришкою (на Фіг.не показана) - регуля3. А. с. СССР № 1764118, МКИ Н02Н 7/08, тори значень уставок по максимальному струму 1992 г. (прототип). 11 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 61537 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601