ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2115988

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АСИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА СЕТИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АСИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА СЕТИ

Имя изобретателя: Таранов М.А., Вдовикин Ю.М.
Имя патентообладателя: Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 05.05.1996

Изобретение относится к защите трехфазного электродвигателя от асимметричного режима работы и работы при пониженном напряжении сети. В устройстве содержащем блок контроля фазных напряжений, выход которого соединен с тремя промежуточными реле, силовые контакты которых включены в цепь подключения электродвигателя к сети и фазосдвигающего блока к электродвигателю, фильтр напряжения обратной последовательности контролирующий симметрию напряжения на выходе фазосдвигающего блока, блок контроля фазных напряжений выполнен в виде трех компараторов напряжения к неинвертирующим входам которых подключены через диоды и резисторные делители напряжения фазы сети, а к объединенным инвертирующим входам через диоды подключены источник опорного напряжения, задатчик уровня минимального напряжения сети и блок контроля напряжения обратной последовательности. К выходам компараторов напряжения подключены исполнительные органы, включающие в себя три однотранзисторных усилителя, в цепи которых включены три исполнительных реле. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности электропривода.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных электродвигателей от асимметрии напряжений сети и от симметричного снижения напряжения.

Известно устройство для защиты трехфазного электродвигателя от обрыва фазы [1] , содержащее три реле фазных напряжений, имеющих замыкающие контакты, три промежуточных реле, имеющие переключающие и размыкающие контакты, реле времени, имеющее размыкающий контакт с выдержкой времени на размыкание, промежуточное реле с замыкающим контактом и фазосдвигающий блок. Устройство позволяет сохранить работоспособность электродвигателя при обрыве одной фазы, но оно не реагирует на несимметричное повышение напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима [2], содержащее: блок контроля фазных напряжений, состоящий из резервированного источника питания, диодов, резисторных делителей напряжения из последовательно включенных резисторов, узла опорного напряжения, собранного из резисторов, конденсаторов, компараторов напряжения, однотранзисторных усилителей и исполнительных реле, а также фазосдвигающий блок и три промежуточных реле.

Однако в известном устройстве при симметричном снижении напряжения со снижением напряжения на неинвертирующих входах компараторов снижается и опорное напряжение на их инвертирующих входах, в результате чего двигатель остается включенным; отсутствует контроль симметрии напряжения на выходе фазосдвигающего блока. Все это в целом снижает надежность электропривода.

Изобретением решается задача повышения эксплуатационной надежности электропривода. Для достижения этого технического результата в устройство для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима сети, содержащее фазосдвигающий блок, три промежуточных реле, резервированный источник питания и блок контроля фазных напряжений, выполненный в виде трех компараторов напряжения, неинвертирующий вход каждого из которых снабжен конденсатором и через делитель напряжения и диод соединен с клеммой для соединения с соответствующим фазным проводом сети, инвертирующие входы объединены в общую точку, снабжены конденсатором и соединены с узлом опорного напряжения, а выходы через однотранзисторные усилители подключены к катушкам исполнительных реле, дополнительно введены фильтр напряжения обратной последовательности, вход которого соединен с фазосдвигающим блоком, а выход - с блоком контроля напряжения обратной последовательности, задатчик минимального уровня напряжения сети, диоды, соединяющие выходы задатчика минимального уровня напряжения сети, блока контроля напряжения обратной последовательности и узла опорного напряжения с инвертирующими входами компараторов, а объединенные инвертирующие и каждый неинвертирующий входы снабжены стабилитронами.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого к нему, известного по а.с. СССР К 1798850, - наличие фильтра и блока контроля напряжения обратной последовательности, задатчика минимального уровня напряжения сети, диодов, соединяющих выходы задатчика минимального уровня напряжения сети, блока контроля напряжения обратной последовательности и узла опорного напряжения с инвертирующими входами компараторов, и стабилитронов на объединенных инвертирующих и каждом неинвертирующем входах. Это обусловливает повышение эксплуатационной надежности электропривода.

принципиальная электрическая схема устройства для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима сети На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима сети.

Устройство содержит блок контроля фазных напряжений 1, в который входят следующие элементы: резервированный источник питания 2, на выходе которого поддерживается постоянное стабилизированное напряжение, диоды 3, 4, 5, включенные между фазами сети A,B,C, с одной стороны, а с другой между резисторными делителями напряжения, которые состоят из последовательно включенных резисторов 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11 для каждой фазы соответственно, и узлом опорного напряжения, собранного из резисторов 12, 13, 14, соединенных в звезду, и подстроечного сопротивления 15, регулирующего уровень опорного напряжения, конденсаторы 16, 17, 18, сглаживающие контролируемые сигналы, подающиеся с делителей напряжения на неинвертирующие входы компараторов напряжения 19, 20, 21, конденсатор 22, сглаживающий опорный сигнал, подающийся через диод 23 на объединенные инвертирующие входы компараторов напряжения 19, 20, 21, стабилитроны 24, 25, 26, ограничивающие максимальный уровень сигнала на неинвертирующих входах компараторов напряжения 19, 20, 21, меньший уровня сигнала на объединенных инвертирующих входах, ограничиваемого стабилитроном 27 при срабатывании блока контроля напряжения обратной последовательности 28 или при значительном повышении напряжения сети, задатчик минимального напряжения сети, состоящий из резистора 29 и подстроечного сопротивления 30, регулирующего уровень допустимого снижения напряжения сети, диод 31 и диод 32, связывающие задатчик минимального уровня напряжения сети и блок контроля напряжения обратной последовательности 28 соответственно, с объединенными инвертирующими входами компараторов напряжения 19, 20, 21, три однотранзисторных усилителя 33, 34, 35, в коллекторы которых включены исполнительные реле 36, 37, 38. Устройство также содержит три промежуточных реле 39, 40, 41, катушки которых соединены одним выводом через замыкающие контакты 42, 43, 44 исполнительных реле 36, 37, 38 с нулевым проводом, а другим - с фазным проводом таким образом, чтобы фазность исполнительных и промежуточных реле совпадала. Промежуточные реле 39, 40, 41 имеют по одному переключающему контакту 45, 46, 47 и по два размыкающих 48 и 49, 50 и 51, 52 и 53 соответственно, отключающие электродвигатель от обесточенной фазы и подключающие фазосдвигающий блок 54. Фильтр напряжения обратной последовательности 55 подключен к фазосдвигающему блоку 54 и позволяет контролировать симметрию напряжения на его выходе. Блок контроля напряжения обратной последовательности 28 подключен к выходу фильтра напряжения обратной последовательности. В него входят следующие элементы: мостовой выпрямитель 56, конденсатор 57, сглаживающий пульсации и задающий выдержку времени, резисторный делитель, состоящий из резистора 58 и подстроечного сопротивления 59, пороговый элемент 60, развязывающая оптопара 61, фотодиод которой с резистором 62 образует делитель напряжения, управляющий биполярным транзистором 63, коллектор которого соединен с источником питания через резистор 64 и с базой транзистора 65 через резистор 66, резистор 67 и диод 68 образуют положительную обратную связь, резистор 69, с которого снимается управляющий сигнал.

Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима сети работает следующим образом

При отсутствии напряжения на входе устройства отсутствует питание блока контроля фазных напряжений 1 и промежуточных реле 39, 40, 41, электродвигатель отключен.

При подаче симметричного напряжения на вход устройства для защиты трехфазного электродвигателя от асимметричного режима сети на блок контроля фазных напряжений 1 подается питающее напряжение с источника питания 2. Одновременно с этим на неинвертирующие входы компараторов 19, 20, 21 через делители напряжения 6, 7, 8, 9, 10, 11 приходит контролируемый сигнал, а на инвертирующие входы от узла опорного напряжения, составленного из резисторов 12, 13, 14, 15 через диод 23 - опорный сигнал меньшего потенциала. В результате их сравнения на выходе компараторов 19, 20, 21 возникает потенциал, отпирающий транзисторы 33, 34, 35, вызывая срабатывание исполнительных реле 36, 37, 38 которые, в свою очередь замыкая свои контакты 42, 43, 44, запитывают катушки промежуточных реле. Переключающие контакты 45, 46, 47 подключают электродвигатель к сети, а размыкающие контакты 48, 49, 50, 51, 52, 53 отключают фазосдвигающий блок 54. Двигатель включен и работает на трех фазах сети.

При симметричном снижении напряжения сети контролируемое напряжение на неинвертирующих входах компараторов 19, 20, 21 снижается пропорционально фазным напряжениям, аналогично снижается сигнал на выходе узла опорного напряжения и на инвертирующих входах до того момента, пока он не станет меньше установленного на задатчике уровня минимального напряжения. В этот момент диод 23 закроется, а диод 31 откроется и на инвертирующих входах компараторов 19, 20, 21 установится потенциал, определяемый задатчиком минимального уровня напряжения. Когда контролируемое напряжение на неинвертирующих входах снизится ниже уровня на инвертирующих входах, компараторы перейдут в другое устойчивое состояние, закрыв транзисторы 33, 34, 35, исполнительные реле 36, 37, 38 обесточатся, отключив промежуточные реле 39, 40, 41, которые выключат электродвигатель.

При восстановлении уровня напряжения электродвигатель снова включится в рабочий режим.

При снижении напряжения в одной из фаз (например в фазе A) контролируемое напряжение на неинвертирующем входе компаратора 19 снижается пропорционально фазному, в то же время опорное напряжение остается практически неизменным. При снижении контролируемого напряжения ниже опорного компаратор 19 перейдет в другое устойчивое состояние и на его выходе исчезнет потенциал, транзистор 33 обесточит реле 36. В результате размыкания контакта 42, катушка промежуточного реле 39 обесточится, его переключающий контакт 45 переключается на фазосдвигающий блок 54, что обеспечит отключение фазы A, размыкающие контакты 48 и 49 замкнутся и введут в действие фазосдвигающий блок 54, обеспечивая полное использование мощности электродвигателя. При исчезновении несимметрии отключается фазосдвигающий блок 54, а электродвигатель подключается к трем фазам сети.

Контроль симметрии напряжения после включения фазосдвигающего блока 54 производится при помощи фильтра 55 напряжения обратной последовательности и блока его контроля 28. В случае, если несимметрия напряжений превышает допустимый уровень, то с выдержкой времени произойдет открытие порогового элемента 60, в результате передачи информации через оптопару 61 фотодиод изменит сопротивление обратному току, под воздействием более положительного потенциала откроется транзистор 63, открывая отрицательным потенциалом транзистор 65, с резистора 69 управляющий сигнал через диод 32 подается на инвертирующие входы компараторов напряжения 19, 20, 21. Напряжение стабилизации стабилитрона 27 выше напряжения стабилизации стабилитронов 24, 25, 26, этим обеспечивается надежное переключение компараторов и отключение электродвигателя при любом уровне напряжения сети. Положительная обратная связь на резисторе 67 и диоде 68 обеспечит запоминание состояния. Повторное включение возможно только после отключения защиты от сети.

При снижении напряжения в любой другой фазе произойдут аналогичные переключения.

При обрыве двух фаз на двигатель подается только одна фаза, что аналогично отключению двигателя от сети.

Из всего этого следует, что предлагаемое устройство повышает эксплуатационную надежность электропривода.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для защиты электродвигателя от асимметричного режима сети, содержащее блок контроля фазных напряжений с тремя исполнительными реле, три промежуточных реле, катушки которых снабжены выводами для подключения к клеммам с фазным проводом и через замыкающие контакты исполнительных реле к клемме с нулевым проводом, фазосдвигающий блок в виде соединенных последовательно дросселя и конденсатора, при этом контакты промежуточных реле выполнены в виде переключающих контактов, размыкающая группа которых по одному контакту в каждой фазе общей точкой подключена к общей точке соединения конденсатора и дросселя, вывод которого подключен к объединенным первым выводам первых размыкающих контактов промежуточных реле, при этом вторые выводы первых размыкающих контактов промежуточных реле в каждой фазе соединены соответственно: реле первой фазы - с третьей клеммой, реле второй фазы - с первой клеммой, реле третьей фазы - с второй клеммой для соединения с выводами обмотки электродвигателя, вывод конденсатора подключен к объединенным первым выводам вторых размыкающих контактов промежуточных реле, при этом вторые выводы вторых размыкающих контактов промежуточных реле каждой фазы соединены соответственно: реле первой фазы - с второй клеммой, реле второй фазы - с третьей клеммой, реле третьей фазы - с первой клеммой для соединения с выводами обмотки электродвигателя, блок контроля фазных напряжений выполнен в виде трех компараторов напряжения, неинвертирующий вход каждого из которых снабжен конденсатором и через делитель напряжения и диод соединен с клеммой для соединения с соответствующим фазным проводом сети, инвертирующие входы объединены в общую точку, снабжены конденсатором и соединены с узлом опорного напряжения, выход каждого из компараторов через однотранзисторный усилитель подключен к катушке исполнительного реле, отличающееся тем, что к фазосдвигающему блоку подключен вход фильтра напряжения обратной последовательности с блоком контроля напряжения обратной последовательности на его выходе, блок контроля фазных напряжений снабжен задатчиком минимального уровня напряжения сети и диодами, соединяющими задатчик минимального уровня напряжения сети, блок контроля напряжения обратной последовательности и узел опорного напряжения с объединенными инвертирующими входами компараторов, которые снабжены стабилитронами, три из которых соединены так, чтобы ограничивать максимальный уровень сигнала на неинвертирующих входах компараторов напряжения, и четвертый, соединенный так, чтобы ограничивать уровень сигнала на объединенных инвертирующих входах компараторов.

Версия для печати


вверх