УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ РАЗРУШЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ РАЗРУШЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ


RU (11) 2095909 (13) C1

(51) 6 H02H7/08, H02H6/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95119891/07 
(22) Дата подачи заявки: 1995.11.15 
(45) Опубликовано: 1997.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1001294, кл. H 02 H 7/085, 1981. 2. Авторское свидетельство СССР N 1642548, кл. H 02 H 7/08, 1991. 
(71) Заявитель(и): Булычев Александр Витальевич; Кулаков Евгений Вениаминович; Полушин Александр Николаевич 
(72) Автор(ы): Булычев Александр Витальевич; Кулаков Евгений Вениаминович; Полушин Александр Николаевич 
(73) Патентообладатель(и): Булычев Александр Витальевич; Кулаков Евгений Вениаминович; Полушин Александр Николаевич 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ РАЗРУШЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ 

Использование: для защиты асинхронного электродвигателя от внутренних повреждений, обусловленных разрушением подшипников. Сущность: устройство содержит датчик тока статора, формирователь модуля сигнала, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом формирователя модуля, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, исполнительный орган. Устройство содержит также новые дополнительные элементы и связи: датчик напряжения питающей сети, подключенный к цепи статора защищаемого электродвигателя, формирователь управляющих импульсов, входом подключенный к выходу датчика напряжения, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, а второй вход подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, запоминающий элемент, вход которого соединен с выходом коммутатора, фильтр верхних частот, вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, а выход соединен с входом формирователя модуля сигнала, выход порогового элемента соединен с входом исполнительного органа. Повышается надежность защиты при отклонении частоты в питающей сети от номинального значения и при появлении гармонических составляющих в токе статора. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты асинхронного электродвигателя от внутренних повреждений, обусловленных разрушением подшипников.

Известно устройство защиты электродвигателя, содержащее тепловой аналог защищаемого объекта, на вход которого подается сигнал, пропорциональный току статора [1] С помощью теплового аналога определяется температура электродвигателя. Полученное таким образом значение температуры защищаемого электродвигателя сравнивается с установленным допустимым значением и в случае превышения им допустимого уровня формируя сигнал на отключение или разгрузку машины. Это известное устройство имеет низкую точность и чувствительность к внутренним повреждениям в электродвигателе, а особенно к повреждениям подшипников. С его помощью выявляются только грубые отклонения защищаемого объекта от нормального, причем только те, которые сопровождаются значительным повышением тока статора. Поэтому повреждение, а часто и разрушение подшипника электродвигателя остается незамеченным, что обычно приводит к аварии с катастрофическими для защищаемого электродвигателя последствиями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство, выявляющее дефекты в подшипниках асинхронного электродвигателя по току статора этого двигателя, которое выбрано в качестве прототипа [2] Основой этого известного устройства являются функциональные элементы, выделяющие и контролирующие уровни составляющих тока статора с частотами, отличными от частоты источника питания. Эти составляющие возникают в токе статора асинхронного электродвигателя при появлении дефекта в подшипнике [2]

В известном устройстве выделение составляющих тока статора с частотами, отличными от частоты источника питания, осуществляется высокодобротным режекторным (заграждающим) частотным фильтром, который максимально ослабляет составляющие сигнала с фиксированной частотой 50 Гц и пропускает составляющие с другими частотами без ослабления.

Недостатком прототипа является то, что при отклонении частоты в сети, питающей защищаемый электродвигатель, от номинальной частоты 50 Гц в ту или другую сторону, используемый режекторный фильтр не обеспечивает максимального ослабления составляющих сигнала с частотой питающей сети и на выходе фильтра появляется сигнал, соизмеримый по уровню с полезным сигналом при повреждении подшипника. Кроме того, составляющие тока статора с частотами, кратными частоте источника питания (появление которых не связано с дефектами в подшипниках), не ослабляются режекторным фильтром и воспринимаются устройством как полезный сигнал. Поэтому в реальных условиях эксплуатации электродвигателей известное устройство может ложно срабатывать.

Цель изобретения повышение надежности защиты путем исключения возможности ложных срабатываний при отклонении частоты в питающей сети от номинального значения и при появлении гармонических составляющих в токе статора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты асинхронного электродвигателя от разрушения подшипников, содержащее датчик тока, включенный в цепь статора электродвигателя, формирователь модуля сигнала, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом формирователя модуля, пороговый элемент, подключенный входом к выходу фильтра нижних частот, исполнительный орган, дополнительно содержит датчик напряжения питающей сети, подключенной к цепи статора защищаемого электродвигателя, формирователь направляющих импульсов, входом подключенный к выходу датчика напряжения, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, а второй вход подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, запоминающий элемент, вход которого соединен с выходом коммутатора, фильтр верхних частот, вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, а выход соединен со входом формирователя модуля сигнала, выход порогового элемента соединен со входом исполнительного органа.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства защиты от асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 временные диаграммы работы устройства в нормальных условиях при исправных подшипниках; на фиг. 3 - аналогичные временные диаграммы при поврежденном подшипнике.

На диаграммах приняты следующие обозначения: U2 выходной сигнал датчика тока; U4 выходной сигнал датчика напряжения; U5 - выходной сигнал формирования импульсов; U6 напряжение на выходе запоминающего элемента; U7 напряжение на выходе фильтра верхних частот; U10 выходной сигнал порогового элемента.

Схема устройства для защиты асинхронного электродвигателя от разрушения подшипников (фиг. 1) содержит защищаемый электродвигатель 1; датчик тока 2 статора электродвигателя; коммутатор 3, информационный вход которого подключен к выходу датчика тока; датчик напряжения 4 питающей сети, подключенный к цепи статора электродвигателя; формирователь 5 управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход с управляющим входом коммутатора, и соединенные каскадно (т.е. вход последующего звена соединен с выходом предыдущего), аналоговый запоминающий элемент 6, фильтр 7 верхних частот, формирователь модуля 8 сигнала, фильтр 9 нижних частот, пороговый элемент 10 и исполнительный орган 11.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный напряжению питающей сети подается от датчика 4 на вход формирователя импульсов 5. В блоке 5 из синусоидального входного сигнала формируются прямоугольные импульсы, длительностью много меньше периода входного сигнала. Причем частота следования этих импульсов равна частоте напряжения питающей сети.

Выходные импульсы формирователя импульсов 5 подаются на управляющий вход электронного ключа в коммутаторе 3. Ключ находится в разомкнутом состоянии и периодически кратковременно замыкается под действием управляющих импульсов, соединяя информационный вход коммутатора с выходом. Таким образом, с выхода датчика тока 2 на вход запоминающего элемента 6 подаются выборки значений тока статора защищаемого электродвигателя с частотой, равной частоте напряжения питающей сети.

В нормальных условиях, при исправных подшипниках ток статора асинхронного двигателя имеет синусоидальную форму [2] Поэтому выборки значений тока, соответствующие определенной фазе сигнала, в установившемся режиме (когда амплитуда тока не изменяется) имеют одинаковые значения (фиг. 2). В результате на выходе аналогового запоминающего элемента 6 устанавливается сигнал постоянного уровня. Этот выходной сигнал запоминающего элемента подается на вход фильтра верхних частот 7. Поскольку входной сигнал фильтра 7 имеет постоянное значение, то сигнал на его выходе равен нулю.

Далее выходной сигнал фильтра 7 последовательно обрабатывается формирователем модуля 8, фильтром нижних частот 9 и пороговым элементом 10. Поскольку уровень сигнала равен нулю, он не изменяет состояние выхода порогового элемента и, следовательно, не вызывает срабатывание исполнительного органа 11.

При возникновении механического дефекта в подшипнике или нарушении центровки валов двигателя и приводимого им механизма момент сопротивления вращению становится зависимым от угла поворота вала. В этих условиях при вращении вала момент сопротивления периодически изменяется. Следовательно, скольжение, связанное с вращающим моментом линейной зависимостью, периодически изменяется с частотой, равной частоте вращения вала. Периодическое изменение скольжения вызывает периодическое изменение эквивалентного входного электрического сопротивления электродвигателя. Изменение этого сопротивления в свою очередь вызывает изменение тока статора с частотой вращения вала. Поскольку частота вращения вала асинхронной машины отличается от частоты питающей сети, то в токе статора появляются составляющие с частотами, отличными от частоты источника питания и не кратные этой частоте. В этих условиях выборки тока статора, подаваемые на вход запоминающего элемента 6, отличаются одна от другой, и уровень сигнала на выходе запоминающего элемента изменяется (фиг. 3). Этот переменный сигнал проходит через фильтр верхних частот 7, выпрямляется формирователем модуля 8, усредняется фильтром нижних частот 9 и поступает на вход порогового элемента 10. Если уровень сигнала выше порога срабатывания, то пороговый элемент воздействует на исполнительный орган 11 и им формируется сигнал, информирующий о появлении дефекта или на отключение защищаемого электродвигателя 1.

Применение предлагаемого устройства позволяет осуществить более достоверный по сравнению с прототипом контроль состояния подшипников асинхронного электродвигателя. Исключаются ложные срабатывания устройства при отклонении частоты напряжения питающей сети, а также при повышении содержания гармоник в токе статора. Благодаря этому снижаются затраты из-за простоев оборудования и нарушения технологического процесса, обусловленные ложными срабатывающими устройствами. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для защиты асинхронного электродвигателя от разрушения подшипников, содержащее датчик тока, включенный в цепь статора электродвигателя, формирователь модуля сигнала, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом формирователя модуля, пороговый элемент, подключенный входом к выходу фильтра нижних частот, исполнительный орган, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчик напряжения питающей сети, подключенный к цепи статора защищаемого электродвигателя, формирователь управляющих импульсов, входом подключенный к выходу датчика напряжения, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, а второй вход подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, запоминающий элемент, вход которого соединен с выходом коммутатора, фильтр верхних частот, вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, а выход соединен с входом формирователя модуля сигнала, выход порогового элемента соединен с входом исполнительного органа.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru