Пристрій діагностування та захисту електродвигуна
Номер патенту: 115511
Опубліковано: 10.11.2017
Автори: Азархов Олександр Юрьєвич, Кривоносов Валерій Єгорович, Скосирєв Віктор Георгиїович, Шайко-Шайковський Олександр Геннадійович
Формула / Реферат
Пристрій діагностування та захисту електродвигуна, що містить електродвигун, підключений до мережі живлення через комутаційний блок, терморезистори, закріплені на лобовій частині обмотки статора, виконавчий блок, вихідне реле якого включене в ланцюг комутаційного блока і блок живлення, який відрізняється тим, що додатково містить два блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, два мікропроцесори, блоки передачі й прийому сигналів, блок живлення і контролю лінійних напруг, дисплей, при цьому перший терморезистор закріплений на верхній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний із входом першого блока вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий, другий терморезистор закріплений на нижній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний з другим блоком вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий, виходи першого і другого блоків вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий з'єднані із входами першого мікропроцесора, його вихід з'єднаний з блоком передачі сигналу, входи блока живлення і контролю лінійних напруг підключені до фазних обмоток електродвигуна, виходи блока живлення і контролю лінійних напруг приєднані до входів мікропроцесора, а його вихід для живлення підключений до блоків вимірювання температури, першого мікропроцесора та блока передачі сигналу, вихід радіосигналу якого пов'язаний з блоком прийому сигналу, блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, перший мікропроцесор, блок передачі сигналу і блок живлення й контролю лінійних напруг установлені на корпусі електродвигуна, блок живлення входом підключений до мережі живлення, а виходами до входів блока прийому сигналів, другого мікропроцесора, виконавчого блока й дисплею, вихід блока прийому сигналів з'єднаний з другим мікропроцесором, перший вихід якого з'єднаний з дисплеєм, а другий - з виконавчим блоком.
Текст
Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки, а саме систем захисту електродвигунів. Пристрій діагностування та захисту електродвигуна містить електродвигун, підключений до мережі живлення через комутаційний блок, терморезистори, закріплені на лобовій частині обмотки статора, виконавчий блок, вихідне реле якого включене в ланцюг комутаційного блока і блок живлення. Додатково містить два блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, два мікропроцесори, блоки передачі й прийому сигналів, блок живлення і контролю лінійних напруг, дисплей. Технічним результатом, що досягається даним винаходом, є підвищення функціональності захисту. UA 115511 C2 (12) UA 115511 C2 UA 115511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехніки, а саме: до систем захисту електродвигунів, що працюють з напругою до 1000 В на змінному струмі в умовах запиленого середовища й частих пусків. Призначено для діагностування причин зростання температури ізоляції обмоток, визначення товщини шару пилу на ізоляції обмотки статора, урахування кількості пусків, виявлення виткових замикань в обмотках, визначення часу профілактичних оглядів, температурного захисту електродвигуна і захисту його роботи при неповнофазних режимах. В умовах економічної кризи ряд підприємств України переходить від системи плановопопереджувальних ремонтів до профілактики обладнання за фактом. Своєчасний контроль кількості пусків електродвигуна, запилення ізоляції х обмоток статора, контроль за перевищенням температури обмоток вище за допустиме значення, своєчасна сигналізація про аварійну ситуацію, причини її появи, а також захист електродвигуна сприяють збільшенню терміну експлуатації обладнання та безаварійної роботи підприємства. Проведення спрямованого профілактичного ремонту скорочує чисельність обслуговуючого персоналу й грошово-матеріальні витрати. Основним фактом скорочення терміну служби роботи електродвигуна є прискорене старіння ізоляції обмоток статора, викликане механічним впливом на ізоляцію при частих пусках і тепловому перевантаженні як загального перегрівання ізоляції, так і її локальних ділянок. Статистичні дослідження [С.Я. Ямова, Л.В. Ямова. Старение, стойкость и надежность электрической изоляции - М., 1990, - 176 с.] показують, що причиною (80-85) % виходів з ладу електричних машин, які працюють в умовах чорної металургії, є пробій ізоляції обмоток статора. Термін служби ізоляції при тепловому перевантаженні визначається виразом [Мінакова Т.Є. Многофакторное прогнозирование срока службы трехфазных асинхронных электродвигателей 0,4 кВ по эксплуатационным параметрам: автореф. дис. … канд. техн. наук. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2002. - 21 с; Вольдек АЛ. Электрические машины. Л., 1974]: b B Ce норм ; (рік, місяць, дні), (1) де B і C - коефіцієнти, які залежать від класу ізоляції, норм - постійна припустима температура, b - величина, що залежить від складу ізоляції, її якості, ступеня старіння та ін. прийнята = -1 0,069 °C . Для класу ізоляції F при температурі 95 °C, B - 16 років: при температурі 110 °C, B - 4 роки: при температурі 150 °C B - кілька днів. Слід зазначити, що перегрівання ізоляції обмоток електродвигуна вище за допустиме значення, навіть на 8-10 °C, призводить до зниження його терміну служби в два і більше разів. У ряді галузей промисловості України електродвигуни можуть працювати в умовах підвищеної запиленості, наприклад, металургія, вугледобувна галузь, порти перевантажують вугілля та інші сипучі матеріали. Тривала експлуатація електродвигунів у таких умовах призводить до покриття верхньої лобової частини обмоток статора пилом. Товщина пилу може бути різною: для електродвигунів потужністю в 50 кВт і вище спостерігається покриття верхньої лобової частини обмотки товщиною пилу в 2-5 см, при цьому нижня частина лобової обмотки покрита пилом завтовшки в 0,2-0,3 см. Шар пилу на обмотках призводить до зниження тепловіддачі й локального підвищення температури ізоляції під шаром пилу. Розрахункові й експериментальні дослідження показали, що різниця між температурами чистої й запиленій ізоляції від товщини пилу є лінійною та залежить від теплопровідності пилу, тобто від її складу. Прямий пуск електродвигуна, коли пусковий струм в 5-7 разів вищий за номінальне значення струму, викликає динамічні й теплові перевантаження в ізоляції, це призводить до стирання ізоляції в пазах статора та появи мікротріщин в ізоляції в місцях виходу проводів із паза. Мікротріщини в ізоляції спільно з пилом, особливо якщо пил провідний (окалина, вугільнографітовий пил тощо), збільшують поверхневі струми, що також призводить до локальних перегрівань ізоляції та скорочення терміну служби електродвигуна. Нормована кількість пусків залежить від потужності електродвигуна і регламентується від 1000 пусків для великих машин до 2000 - для малопотужних. При досягненні регламентної кількості пусків необхідно провести планове технічне обслуговування електродвигуна. Визначення загального зношення ізоляції, викликане підвищенням температури вище ніж допустиме значення, дозволяє планувати проведення технічного обслуговування електродвигуна. Для виявлення перегрівання ізоляції обмоток статора електричних машин існують пристрої теплового й температурного захистів. Пристроєм, який широко застосовується для теплового 1 UA 115511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 захисту, є установка комутаційних апаратів із вбудованими тепловими елементами. [Див. "Правила улаштування електроустановок споживачів" - X: Форт, 2009. -704 с.] Недоліком цих пристроїв є неможливість контролювати температурне перевантаження безпосередньо ізоляції обмотки статора покритим пилом. У цих пристроях не передбачено вести контроль за кількістю пусків електродвигуна і контролювати неповнофазні режими. Відомі пристрої температурного захисту електричної машини [патент на корисну модель України № 16922, МПК Н02Н 5/00, опубл. бюл. № 8 2006 р. та авторське свідоцтво СРСР № 1584028 МПК Н02Н 7/08, 7/085, опубл. бюл. № 9 1990 р., а.с. РФ 1220044 Н02Н 7/08, 7/085, а.с. 1203625 Н02Н 7/08, 7/085, а.с. 2115987 Н02Н 7/08, 7/085 та ін.]. У даних пристроях тепловий або температурний захист електродвигуна здійснюється за допомогою теплових моделей ізоляції, в яких завдяки аналоговим або цифровим схемам створена теплова модель електродвигуна. У цих пристроях температура ізоляції обмоток статора електродвигуна не вимірюється контактним способом. Перегрівання електродвигуна визначають за перевищенням сили струму від номінального значення і за цими значеннями розраховують температуру моделі електродвигуна, який захищається; якщо розрахункова температура моделі вища за температуру допустимого значення, відбувається вимикання електродвигуна від мережі живлення. Застосовуються такі пристрої у випадках, коли неможливо виміряти температуру електродвигуна в робочому режимі. Недоліком пристроїв такого температурного захисту є те, що температура ізоляції обмотки не вимірюється. У даних пристроях неможливо визначити локальне перегрівання ізоляції в разі запилення ізоляції, оскільки в теплових моделях температуру обмоток визначають за величиною струму навантаження. Зміна струму і, відповідно, температури обмоток викликається різними причинами, це зміна навантаження електродвигуна, механічне пошкодження підшипників електродвигуна або привідного механізму, виткове замикання в обмотках статора, неповнофазний режим мережі живлення та ін. Будь-яка причина підвищення струму призведе до вимикання електричної машини від мережі живлення, що не завжди коректно. У разі запилення обмоток вимкнути електричну машину від живильної мережі немає необхідності, досить сигналізувати про це. У цих пристроях не проводиться діагностика причин зростання температури, у них неможливо розрізнити перегрівання ізоляції обмоток, викликані перевантаженнями від інших чинників, що призводять до локального перегрівання ізоляції обмоток, наприклад, через їх надмірне запилення або виткові замикання, і не робити фальшивих вимикань електродвигуна від мережі. У цих пристроях неможливо контролювати й виявляти неповнофазні режими, вести облік кількості пусків двигуна, визначати момент проведення планового ремонту. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є пристрій температурного захисту [Пристрій для температурного захисту електродвигуна а.с СРСР № 1163409 Н02Н 7/07, 5/04, Н02Н 7/085], який містить електродвигун, ввімкнений у мережу живлення через комутаційний блок, терморезистори, закріплені на лобовій частині обмотки статора, виконавчий блок, вихідне реле якого ввімкнене в ланцюг комутаційного блока - блок живлення. У цих пристроях здійснюють контактний контроль температури лобової частини обмотки статора електродвигуна за допомогою послідовно з'єднаних терморезисторів. За значенням температури роблять висновки про теплове перевантаження електродвигуна і при досягненні значення виміряної температури вище ніж установлена вимикають електродвигун від мережі живлення. Недоліками даного пристрою є те, що контроль за зміною температури обмоток електродвигуна проводиться за трьома, послідовно з'єднаними терморезисторами, місця установки яких на обмотці статора точно не описано, отже, температура обмоток визначена як для однорідного тіла. У цих пристроях не діагностують причину зростання температури ізоляції, що не виключає помилкові вимикання електродвигуна від мережі живлення. У разі запилення ізоляції обмоток пилом вимикати електродвигун від мережі живлення немає необхідності, досить своєчасно сигналізувати про це і під час технологічної паузи очистити обмотку. У цих пристроях вести облік кількості пусків і планувати своєчасне технічне обслуговування електродвигуна не передбачено. Електродвигун може працювати з підвищеною температурою тривалий час, за умови теплового зношення ізоляції, при підвищеній температурі вимикати електродвигун від мережі не завжди доцільно [І.А. Сиромятніков. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. - М.: Энергоатомиздат, 1984]. Для обслуговуючого персоналу важливо знати й планувати час проведення технічного обслуговування, знати, якої товщини шар пилу на поверхні обмотки, скільки пусків проведено, який залишився запас часу експлуатації електродвигуна, знати залишкову кількість пусків, а при аварійному вимиканні електродвигуна від мережі знати, що температура електродвигуна перевищила критичне 2 UA 115511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 значення. До недоліків даних пристроїв можна віднести й те, що при великій відстані електродвигуна від поста управління достовірність передачі температурного сигналу може бути порушена через протяжну довжину проводу від терморезистора до блока управління, використовувати цей захист у такому випадку важко. У цих пристроях неможливо контролювати неповнофазні режими мережі й обривання фазного проводу. В основу винаходу поставлена задача розробити пристрій діагностування та захисту електродвигуна, в якому введення нових елементів та їх взаємозв'язок дозволить діагностувати теплове перевантаження обмоток електродвигуна, локальне перегрівання ізоляції покритим пилом, виявити виткове замикання в обмотках і захистити електродвигун від теплового перевантаження, неповнофазних режимів мережі й обривання фази кабелю живлення, визначити товщину шару пилу на обмотці статора, вести облік кількості пусків, своєчасно визначати час проведення ремонтних робіт, тим самим продовжувати термін експлуатації електродвигуна й підвищувати його безаварійну роботу. Для вирішення поставленої задачі пристрій діагностування та захисту електродвигуна, що містять електродвигун, підключений до мережі живлення через комутаційний блок, терморезистори, закріплені на лобовій частині обмотки статора, виконавчий блок, вихідне реле якого ввімкнуте в ланцюг комутаційного блока і блок живлення, відповідно до винаходу, воно додатково містить два блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, два мікропроцесори, блоки передачі і прийому сигналів, блок живлення і контролю лінійних напруг, дисплей. При цьому перший терморезистор закріплений на верхній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний із входом першого блока вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий, другий терморезистор закріплений на нижній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний з другим блоком вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, виходи першого і другого блоків вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий з'єднані із входами першого мікропроцесора, вихід якого з'єднаний з блоком передачі сигналу, входи блока живлення і контролю лінійних напруг підключені до фазних обмоток електродвигуна, виходи блока живлення і контролю лінійних напруг приєднані до входів мікропроцесора, а його вихід для живлення підключений до блоків вимірювання температури, першого мікропроцесора та блока передачі сигналу, вихід радіосигналу якого пов'язаний з блоком прийому сигналу, блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, перший мікропроцесор, блок передачі сигналу і блок живлення й контролю лінійних напруг установлені на корпусі електродвигуна, блок живлення входом підключений до мережі живлення, а виходами до входів блока прийому сигналів, другого мікропроцесора, виконавчого блока і дисплея, вихід блока прийому сигналів з'єднаний з другим мікропроцесором, перший вихід якого з'єднаний з дисплеєм, а другий вихід з виконавчим блоком. Контактне вимірювання температур нижньої і верхньої лобовихчастин обмотки статора електродвигуна та їх безперервне порівняння дозволяє визначити товщину шару пилу на ізоляції обмотки. Відповідно до рівняння теплового балансу електричної машини, dQ Pdt cmd КтвSndt , (2) де dQ - теплова енергія, яка виділяється в машині при протіканні робочого струму, c - питома теплопровідність машини, m - маса машини, Sn - площа охолодження машини, Ктв - коефіцієнт тепловіддачі, - перевищення температури ізоляції обмотки над температурою навколишнього середовища. 3 огляду на ослаблення теплового потоку q від ізоляції обмотки статора до повітря через плоско-паралельну стінку пилу через одиничну площу - S , що визначається виразом: d S , (3) dx де Q - тепловий потік, - коефіцієнт теплопровідності пилу, - температура зміни потоку вздовж осі х. Залежність товщини покриття пилу h від різниці температур ізоляції, покритої і не покритої пилом - Qуу у сталому режимі при номінальному струмі навантаження, для інженерного розрахунку, визначиться за виразом: q 55 3 UA 115511 C2 H Q ус (м) , (4) де Q ус Q ус2 Q ус1 , Q ус1 - стала температура ізоляції, непокрита пилом, 5 10 15 20 25 30 Q ус2 - стала температура ізоляції під шаром пилу товщиною Н. Порівнюючи температури ізоляції покритим пилом і непокритим пилом, можна визначити товщину шару пилу. Однакове зростання температур ізоляції верхньої і нижньої лобової частин обмотки буде при чистій поверхні ізоляції обмотки, а одночасне досягнення температур критичного значення дозволяє робити висновки про такі причини, як струмове перевантаження, викликане поломкою підшипників електродвигуна або привідного механізму, неповнофазним режимом мережі, збільшенням навантаження на валу електродвигуна та іншими причинами усе це призводить до перегрівання ізоляції. Таким чином, вимірювати температуру ізоляції у двох точках лобової частині обмотки дозволяє, по-перше: за різницею температур однозначно розпізнати засмічення обмотки пилом; по-друге: при одночасному зростанні температур виявити теплове перевантаження. У першому випадку визначити товщину шару пилу і сигналізувати про це, у другому випадку вимкнути електродвигун від мережі живлення при досягненні температур установленого критичного значення й сигналізувати про це. Допустима і критична температури ізоляції різні та залежать від класу ізоляції. Так для електродвигунів з ізоляцією обмотки з класу F температура обмотки не повинна перевищувати 105 °C при температурі навколишнього середовища до + 40 °C, а робоча температура (допустима) дорівнює 90 °C. Оскільки для електродвигунів панівним чинником старіння ізоляції є температура, тому вимірювання температури ізоляції обмотки статора і часу роботи електродвигуна з такою температурою дозволяє визначити зношення ізоляції. Згідно з [Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с], зношення ізоляції за одиницю часу при _ дод визначається виразом: 1 1 b e д оп . (5) B C Переходячи до безрозмірної величини Z C , загальне зношення ізоляції за час певного циклу нагрівання та охолодження обмотки електродвигуна дорівнює: ebнор bпер t пер t пер , (6) ebпер 1 5 4e bпер де - постійна нагрівання електродвигуна 1 t дод - час, за який електродвигун нагріється 3 до нор допустимої температури при робочому струмі, Z пер нор пер перевищення температури при перегріванні ізоляції, 35 40 45 50 t пер - період часу перегрівання ізоляції. Таким чином, виміряні значення часу й температури ізоляції дозволяють розраховувати остаточний термін роботи електродвигуна та визначати час профілактичного ремонту. Як відомо [Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.]., постійна часу нагрівання є незмінною величиною для кожного двигуна, що визначається питомою теплоємністю й масою обмотки двигуна при протіканні в ньому робочого струму. Якщо режим роботи електродвигуна незмінний (робочий струм константа), то постійна нагрівання може змінитися, якщо в одній із фазних обмоток статора зміниться опір, тобто відбудеться виткове замикання. Таким чином, визначивши постійну нагрівання справного електродвигуна і порівнюючи її значення з періодично отриманими значеннями, можна робити висновки про виткове замикання в обмотках статора. Неповнофазний режим виникає при зникненні напруги мережі живлення, обриві фазного проводу або пошкодження контактів пускача, що призводить при пусках електродвигуна до зменшення пускового моменту до величини, недостатньої для обертання ротора (режим короткого замикання), перегрівання обмоток і виходу електродвигуна з ладу; у робочому режимі до зниження величини моменту на валу, збільшення струмів у двох фазах, до температурного перевантаження ізоляції, а при несвоєчасному вимиканні двигуна від мережі, її пробою. Здійснюючи контроль за рівнем лінійних напруг безпосередньо на обмотках статора, можна виявити неповнофазний режим мережі живлення, обрив живильного проводу, ослаблення контактів пускача або його поломку, що дозволить своєчасно захистити електродвигун. 4 UA 115511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 представлена блок-схема пристрою, де 1 - комутаційний блок, 2 - електродвигун, що працює в режимі зміни навантаження не більше ніж 10 %, 3, 4 - блоки вимірювання температури верхньої і нижньої лобових частин обмотки статора, 5, 6 - мікропроцесори, 7 - блок передачі сигналу, 8 - блок живлення й контролю лінійних напруг, 9 - блок прийому сигналу, 10 виконавчий блок, 11 - дисплей, 12 - блок живлення. На фіг. 2 показано розміщення терморезисторів на обмотці статора електродвигуна. Позиція а - терморезистор розміщений на верхній лобовій частині обмотки, позиція в - терморезистор розміщений у нижній лобовій частині обмотки. Комутаційний блок 1 приєднаний до мережі живлення для ввімкнення і вимикання двигуна 2, терморезистори закріплені на верхній і нижній лобовій частинах обмотки двигуна і з'єднані з відповідними блоками вимірювання і перетворення аналогового сигналу на цифровий 3 і 4, виходи блоків 3 і 4 підключені до входів мікропроцесора 5, вихід якого підключений до блока 7 передачі сигналу, блок живлення і контролю лінійних напруг 8 підключений до фазних обмоток безпосередньо в "борні" електродвигуна 2, фіг. 3, три виходи блока 8 контролюють рівень лінійних напруг, підключені до входів мікропроцесора 5, четвертий вихід до блоків 3, 4, 5, 7 для живлення. Блоки 3, 4, 5, 7 і 8 установлені на корпусі електродвигуна 2. Блок 7 пов'язаний з блоком 9 прийому сигналу радіоканалом, вихід блока 9 з'єднаний із входом мікропроцесора 6, виходи мікропроцесора 6 з'єднані з дисплеєм 11 і виконавчим блоком 10, який управляє комутаційним блоком 1, блок живлення 12 входом підключений до мережі живлення, а виходом до блоків 6, 9, 10, 11 для здійснення живлення. Комутаційний блок 2 - це електромагнітний пускач відповідної величини з силовими й операційними ланцюгами, містить кнопки "Пуск" і "Стоп" для дистанційного керування електродвигуном. У блоках 3 і 4 - вимірювання й перетворення температурного сигналу, використані цифрові термометри DS 1821 Т фірми Dallas (Maksim), які забезпечують пряме перетворення аналогового сигналу температури на цифровий код, за однопровідними інтерфейсами виходи блоків 3 і 4 з'єднані з входами мікропроцесора 5. Вимірювальні елементи (терморезистори) блоків 3 і 4 закріплені відповідно на верхній і нижній поверхнях лобової частини обмотки статора, як показано на фіг. 2. При цьому забезпечується похибка вимірювання температури не вище за 0,05 °C. Мікропроцесори 5 і 6 служать для прийому й обробки сигналів, виконані на базі мікроконтролера AT mega 168V фірми Atmel. Мікропроцесор 5 за двома спрямованими шинами SPI з'єднаний з приймачем 7, виконаним на мікромодулі Sim 20 фірми SimCom. Блок 8 - живлення й контролю лінійних напруг, утворений трьома однофазними трансформаторами напруги, підключеними до фазних обмоток двигуна, у вторинні котушки включені мостові випрямлячі з паралельно-послідовною фільтрацією. Три позитивні напруги однопровідними шинами з'єднані із входами мікропроцесора 5, це дозволяє сформувати датчик лінійних напруг і контролювати наявність напруги і струмів у фазах електродвигуна. Три позитивні виходи випрямленої напруги після датчика лінійних напруг і послідовно ввімкнених діодів у кожній лінії з'єднані, що дозволяє отримати живлення для блоків 3, 4, 5 і 7, незалежно від неповнофазної напруги мережі, негативні потенціали об'єднані в загальну точку. Блок 9 - прийому сигналу, виконаний аналогічно з блоком 6, з яким пов'язані радіоканалом. Мікропроцесор 6 виконаний аналогічно з блоком 5 і служить для отримання інформації, її обробки й управління виконавчим блоком 10. Виходи мікропроцесора 9 з'єднані з дисплеєм 11 для відображення зорової інформації. Виконавчий блоком 11 виконаний у вигляді проміжного реле, його контакти включені послідовно в ланцюг управління пускача комутаційного блока 1 і служать для вимикання електродвигуна від мережі в аварійних режимах. Блок живлення 12 служить для живлення блоків 8, 9, 10 і 11 та виконаний за стандартною схемою для отримання напруги постійного струму. Робота пристрою полягає в такому. Блок живлення 12 включений в мережу і активізує роботу блоків прийому сигналів 9, мікропроцесора 6, дисплея 11 і виконавчого блока 10. Комутаційний блок 1 за допомогою кнопки "Пуск" подає напругу на електродвигун 2 і блок 8 - живлення й контролю лінійних напруг. Блок 8 подає живлення на блоки 3, 4, 5, 7. Мікропроцесор 5 активізується і через блок 7 - передачі сигналів передає сигнал блоку прийому сигналів 9, мікропроцесор 6 фіксує пуск електродвигуна. При подальшому ввімкненні електродвигуна комутаційним блоком 1 мікропроцесор 6 складає ці сигнали, тим самим підраховує кількість пусків електродвигуна, що відображається на дисплеї 11. 5 UA 115511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Блоки 3 та 4 проводять вимірювання температури нижньої і верхньої частин ізоляції обмотки статора електродвигуна, що працює. Мікропроцесор 5 фіксує час пуску електродвигуна і час досягнення температури обмотки постійної величини, визначає постійну нагрівання електродвигуна τ і передає її значення мікропроцесору 6. Він запам'ятовує постійну нагрівання як константу. При подальшому включенні електродвигуна в мережу визначають нове значення постійної нагрівання й порівнюють це значення з початковим, якщо постійна нагрівання змінилася більше ніж на 10 %, роблять висновки про виткове замикання в обмотках електродвигуна, про що з'являється інформація на дисплеї 11. Блоки 3 та 4 вимірюють температуру ізоляції обмоток, і, коли температура обмотки досягне критичної позначки, мікропроцесор 6 дає сигнал виконавчому блоку 10, який розмикає ланцюги управління комутаційного блока 1 та вимикає електродвигун 2 від мережі. Запилення обмотки статора в робочому режимі призведе до появи різних значень температур на виходах блоків 3 і 4. За різницею температур і коефіцієнтом теплопровідності пилу, значення яких вносяться в мікропроцесор 9 як константа, обчислюють товщину пилу на поверхні ізоляції (формула 4). Дані про товщину пилу і величину температури обмотки відображаються на дисплеї 11. При досягненні температури критичної позначки на виході з блока 3 або 4 мікропроцесор 6 дає сигнал виконавчому блоку 10, який розмикає ланцюги управління комутаційного блока 1, електродвигун 2 вимикають від мережі. Досягнення критичного значення температури обмотки одночасно двома терморезисторами блоків 3 і 4 свідчить про певне перевантаження електродвигуна, мікропроцесор 6 дає сигнал виконавчому блоку 10, який розмикає ланцюги управління комутаційного блока 1, електродвигун 2 вимикають від мережі й фіксують інформацію на дисплеї 11. Блок 8 - живлення й контролю лінійних напруг - підключений безпосередньо до фаз обмоток електродвигуна 2, що дозволяє контролювати рівні лінійних напруг і виявляти неповнофазний режим мережі живлення, обривання лінійного проводу, перегорання контактних з'єднань пускача комутаційного блока 1 або його поломку. Поява неповнофазного режиму призводить до зникнення одного з сигналів на виході блока 8 і входах мікропроцесора 5, який передає сигнал блокам 7, 9 і мікропроцесору 6, на дисплеї 11 відображається інформація про аварійний неповнофазний режим. При неповнофазному режимі мережі живлення на блоках 3, 4, 5 і 7 залишаються незмінними. Блоки 3 та 4 вимірюють температуру обмоток і після досягнення температури ізоляції критичного значення терморезисторами блоків 3 або 4 мікропроцесор 6 дає сигнал виконавчому блоку 10, який розмикає ланцюги управління комутаційного блока 1, електродвигун 2 вимикають від мережі й фіксують інформацію на дисплеї 11. У робочому режимі мікропроцесор 6 фіксує час включення електродвигуна 2, проводить підрахунок часу, протягом якого температура ізоляції не змінювалася, і фіксує величину температури ізоляції за цей період. Враховується найбільше значення величини температури терморезисторів блоків 3 або 4. Дані обробляються в процесорі 9 за формулами (5) і (6) і проводиться підрахунок остаточної тривалості роботи ізоляції, тим самим призначається час проведення профілактичного ремонту двигуна - ця інформація відображається на дисплеї 11. Застосування пристрою діагностування причин зростання температури і захисту електродвигуна, що працює в умовах запилених середовищ і частих пусків, в якому ведеться вимірювання двох температур ізоляції обмоток, контроль рівнів лінійних напруг, дистанційна передача інформації дозволить діагностувати теплове перевантаження обмоток електродвигуна, локальне перегрівання ізоляції покритим пилом, виявити виткове замиканняв обмотках, захистити електродвигун від теплового перевантаження, неповнофазних режимів мережі й обривання проводу кабелю живлення, визначити товщину шару пилу на обмотці статора, вести облік кількості пусків, своєчасно визначати час проведення ремонтних робіт, тим самим продовжити термін експлуатації електродвигуна й підвищити безаварійну роботу підприємства. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Пристрій діагностування та захисту електродвигуна, що містить електродвигун, підключений до мережі живлення через комутаційний блок, терморезистори, закріплені на лобовій частині обмотки статора, виконавчий блок, вихідне реле якого включене в ланцюг комутаційного блока і блок живлення, який відрізняється тим, що додатково містить два блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, два мікропроцесори, блоки передачі й прийому сигналів, блок живлення і контролю лінійних напруг, дисплей, при цьому 6 UA 115511 C2 5 10 15 перший терморезистор закріплений на верхній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний із входом першого блока вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий, другий терморезистор закріплений на нижній лобовій частині обмотки статора і з'єднаний з другим блоком вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий, виходи першого і другого блоків вимірювання температури й перетворення аналогового сигналу на цифровий з'єднані із входами першого мікропроцесора, його вихід з'єднаний з блоком передачі сигналу, входи блока живлення і контролю лінійних напруг підключені до фазних обмоток електродвигуна, виходи блока живлення і контролю лінійних напруг приєднані до входів мікропроцесора, а його вихід для живлення підключений до блоків вимірювання температури, першого мікропроцесора та блока передачі сигналу, вихід радіосигналу якого пов'язаний з блоком прийому сигналу, блоки вимірювання температури і перетворення аналогового сигналу на цифровий, перший мікропроцесор, блок передачі сигналу і блок живлення й контролю лінійних напруг установлені на корпусі електродвигуна, блок живлення входом підключений до мережі живлення, а виходами до входів блока прийому сигналів, другого мікропроцесора, виконавчого блока й дисплею, вихід блока прийому сигналів з'єднаний з другим мікропроцесором, перший вихід якого з'єднаний з дисплеєм, а другий - з виконавчим блоком. Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
Мітки: захисту, пристрій, діагностування, електродвигуна
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/9-115511-pristrijj-diagnostuvannya-ta-zakhistu-elektrodviguna.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій діагностування та захисту електродвигуна</a>
Попередній патент: Очисник головок коренеплодів
Наступний патент: Спосіб виготовлення декоративного покриття на поверхні панелі
Випадковий патент: Пристрій для виготовлення сигарет