Пристрій захисту асинхронного електродвигуна від перенавантаження

Реферат: UA 90268 U UA 90268 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана в різних електромеханічних системах для відключення асинхронного електродвигуна від мережі при аварійних режимах роботи, пов'язаних з тривалими перенавантаженнями. Відомий пристрій для захисту асинхронного електродвигуна, що містить трансформатори струму, для підключення в різні фази живлення електродвигуна, випрямляч напруги, блок контролю перенавантаження, тепловий імітатор електродвигуна, компаратор і виконавче реле [1]. Недоліком такого пристрою є технічна складність реалізації блока контролю перенавантаження та теплового імітатора електродвигуна, яка можлива в регульованих електроприводах з частотними перетворювачами. Найближчим аналогом корисної моделі, прийнятим за прототип, є пристрій для захисту електродвигунів, що містить датчик струму для підключення в ланцюг живлення електродвигуна, квадратор, входи якого підключені до виходів датчика струму, тепловий імітатор електродвигуна, входи якого підключені до виходів квадратора, а виходи через компаратор - до входів виконавчого реле, квадратор виконаний на операційному підсилювачі, між вихідною клемою якого і його інвертуючим входом включений польовий транзистор з керівним р-n переходом, затвор і витік якого сполучені між собою, причому вхідні і вихідні клеми операційного підсилювача є відповідно вхідними і вихідними клемами квадратора [2]. Недоліком такого пристрою є недосконалість теплової моделі електродвигуна, тобто вихідна напруга теплового імітатора недостатньо точно відповідає температурі обмоток електродвигуна. Крім того, в пристрої захисту не враховуються умови погіршення охолодження двигуна при регулюванні швидкості обертання нижче від номінальної. Це знижує точність спрацьовування пристрою і своєчасного відключення електродвигуна. Задача корисної моделі полягає у підвищенні точності спрацьовування пристрою і тим самим своєчасного відключення електродвигуна. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій захисту асинхронного електродвигуна від перенавантаження містить датчик струму, первинний ланцюг якого підключений в ланцюг живлення електродвигуна, вторинний ланцюг підключений до випрямляча, квадратор, входи якого підключені до виходів випрямляча, тепловий імітатор електродвигуна, вхід якого підключений до виходу квадратора, а вихід до входу компаратора, вихід якого підключений до котушки виконавчого реле, квадратор виконаний на операційному підсилювачі, між виходом якого і його інвертуючим входом включений уніполярний транзистор з керівним р-n переходом, затвор і витік якого сполучені між собою, причому інвертуючий вхід і вихід операційного підсилювача є відповідно входом і виходом квадратора, тепловий імітатор електродвигуна виконаний на операційному підсилювачі по неінвертуючій схемі з регульованим коефіцієнтом підсилення, до виходу якого підключений RC - ланцюг, який імітує процес нагріву двигуна, вихід якого підключений до входу компаратора, в схему введений датчик швидкості обертання, вихід якого підключений до керуючого входу неінвертуючого підсилювача теплового імітатора електродвигуна. Таке виконання пристрою дозволяє отримувати на виході теплового імітатора електродвигуна сигнал напруги, що імітує температуру обмоток статора електродвигуна з урахуванням температури сталі статора та умов само-вентиляції асинхронного двигуна. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображена блок-схема пристрою захисту асинхронного електродвигуна від перенавантаження. Електродвигун 1 підключений за допомогою магнітного пускача 2 до трифазного джерела змінного струму з фазами А, В, С і нульовим дротом N. Пристрій містить датчик струму 3, первинний ланцюг якого ввімкнений в мережу живлення, вторинний ланцюг з'єднаний з випрямлячем 4, до виходу якого через дільник напруги на резисторах 5 і 6 підключений квадратор 7, вихід якого підключений до входу теплового імітатора електродвигуна 8, вихід якого підключений до першого входу компаратора 9, до другого входу якого підключене джерело опорної напруги, а вихід якого підключений до котушки виконавчого реле 10, контакт якого ввімкнений в коло вмикання 11 магнітного пускача. Квадратор 7 виконаний на операційному підсилювачі 12, між виходом якого і інвертуючим входом включені стік і витік уніполярного транзистора 13, а затвор і витік сполучені між собою. Вхід теплового імітатору електродвигуна 8 є неінвертуючим входом операційного підсилювача 14, між виходом якого і інвертуючим входом включена точка сполучення резистора негативного зворотного зв'язку 15 і першого виводу резистора 16, другий вивід якого підключений до стоку уніполярного транзистору 17, витік якого з'єднаний з загальним дротом, а до затвору підключений перший вивід резистора 18, другий вивід якого є керуючим входом неінвертуючого підсилювача і підключений до датчику швидкості електродвигуна 19, між першим виводом г загальним дротом 1 UA 90268 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ввімкнений фільтровий конденсатор 20. До виходу операційного підсилювача 15 підключений RC - ланцюг, утворений послідовним з'єднанням резисторів 21-22, між точкою сполучення яких та загальним дротом підключений конденсатор 23, між виходом ланцюга та загальним дротом ввімкнені послідовно з'єднані резистор 24 та конденсатор 25. Живлення операційних підсилювачів і компаратора, формування опорної напруги здійснюється від джерела живлення, яке на схемі не показане. У склад кола вмикання магнітного пускача можуть входити необхідні пристрої комутації, захисту і блокувань, які на схемі не показані. Пристрій працює таким чином. При виконанні умов вмикання двигуна 1, які формуються в колі вмикання 11, котушка магнітного пускача 2 через контакт виконавчого реле 10 отримує напругу живлення, силові контакти магнітного пускача 2 замикаються і двигун 1 отримує напругу живлення. При цьому через первинний ланцюг датчика струму 3 починає протікати струм, у вторинному ланцюзі виникає відповідний сигнал, який подається на випрямляч 4, на виході якого з'являється вихідна напруга, величина якої визначається коефіцієнтом передачі датчику струму 3 та параметрами дільника напруги на резисторах 5 і 6. Вихідна напруга випрямляча 4 подається на вхід квадратора 7. Струм резистора 6 квадратора 7 визначає робочу точку уніполярного транзистора 13. Струм ІС стоку транзистора 13 буде майже рівний струму резистора 6. При малій напрузі UСВ стік-витік уніполярний транзистор веде себе як керований резистор, опір RCB каналу якого пропорційний абсолютному значенню напруги UЗВ затвор-витік. Отже, польовий транзистор, затвор якого сполучений з 2 одним з електродів каналу, має квадратичну залежність UCB=f(IC) оскільки струм стоку визначає падіння напруги каналу, яка у свою чергу визначає опір каналу. Сигнал з виходу квадратора 7 пропорційний величині активної потужності теплового нагріву обмоток статору асинхронного двигуна 1 і подається на вхід теплового імітатору двигуна 8. Тепловий імітатор виконаний на базі неінвертуючого підсилювача на операційному підсилювачі 14 з регульованим коефіцієнтом підсилення, який залежить від швидкості обертання електродвигуна 1, що, в свою чергу, впливає на тепловий режим двигуна з самовентиляцією. Властивості уніполярного транзистора 17 з вбудованим каналом n-типу дозволяють регулювати струм через ланцюг негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача 14, виконаного на резисторах 15-16, причому при зниженні швидкості обертання двигуна 1 зменшується сигнал на виході датчика швидкості 19, який через резистор 18 подається на затвор уніполярного транзистора 17, що призводить до підвищення струму у ланцюзі негативного зворотного зв'язку та підвищенню сигналу на виході неінвертуючого підсилювача. Фільтровий конденсатор 20 призначений для зниження рівня пульсацій напруги виходу датчика швидкості 19. Таким чином враховуються умови самовентиляції електродвигуна 1 та підвищується точність імітації температури. Вихід неінвертуючого підсилювача теплового імітатора 8 підключений до RC - ланцюга на резисторах 21-22-24 та конденсаторах 23 і 25, завдання якого відтворити передавальну функцію теплової моделі електродвигуна. В запропонованому пристрої теплова модель представлена у вигляді аперіодичної ланки з передавальною функцією W M(p) = kT1/(Т1Tр +1), охопленої позитивним зворотним зв'язком з передавальною функцією W C(p) = kТ2/(Т2Tp+1). Передавальна функція теплової моделі в такому випадку має вигляд: k T12p  1   p  , (1) 2 1T T2Tp  T1T  T2T p  1  k T1k T2  або в стандартній формі: 2p  1   p  k 0k T1 , (2), 2 k 0 1T T2Tp  k 0 T1T  T2T p  1 де kT1 - коефіцієнт, який враховує перетворення активної потужності у обмотці електродвигуна у теплоту; kТ2 - коефіцієнт, який враховує перетворення теплоти у обмотці електродвигуна у нагрів сталі, кт2