Устройство для защиты электрической машины от уменьшения частоты вращения ее вала

цепь. резистор которой одним выводом соединен с общим проводом блока питания, а средний вывод дифференцнрующей КС - Цепи соединен с первым входом узла формирования сигнала уменьшения частоты вращения, второй вход которого соединен с выходом узла задержки, вход которого соединен с первым выходом узла определения состояния и вторым входом узла формирования сигнала отключения, а второй выход узла определения состояния соединен с третьим входом узла формирования сигнала уменьшения частоты вращения и первым входом узла развязки, второй вход которого является первым входом блока логики, причем вход узла определения состояния является третьим входом блока логики, который соединен со вторым выходом блока управления.2. Устройство по и.1 отличающееся тем, что блок логики содержит узел ускоренного отключения, вход которою соединен со средним вь 1 Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты электрической машины от уменьшения частоты вращения ее вала и диагностики причин, его вызывающих.Целью изобретения является создание универсального устройства для защиты электрической машины от уменьшения частоты вращения ее вала.На фит. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2, 3 и 4 приведены временные диаграммы работы устройства. На 5-12 приведены принципиальные схемы выполнения узлов устройства.В состав устройства для защиты электрической машины от уменьшения частоты вращения ее вала входят (фиг. 1) датчик 1 частоты вращения, блок 2 логики и блок 3 питания.Частота вращения вала электрической машины определяется при помощи датчика 1 частоты вращения. В данном устройстве применен магнитный принцип связи между валом электрической машины и датчиком частоты вращения 1, которым служит датчик Холла. Выход датчика 1 частоты вращения связан с первым входом блока 2 логики, с которым соединен второй вход узла 4 развязки. Выход узла 4 развязки соединен с дифференЦирующей КС - цепью 5, состоящей из конденсатора 6 и резистора 7. Средняя точка дифференцирующей КС - цепи 5 соединена с первым входом узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения и входом узла 9 ускоренного отключения, выход которого соединен с третьим входом узла 10 формирования сигнала отключения. Второй выход узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения связан со входом узла 11 накопле водом дгтфференцтярующей КС-цепи, а его выход соединен с третьим входом узла формироВЗННЯ СИГНЭЛН ОТКЛЮЧЕНИЯ.3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем. что блок логики содержит узел накопления сигнала уменьшения частоты вращения,вход которого соединен со вторым выходом узла формирования сигнала уменьшения часТОТЫ БРЗЩЕНИЯ, а ВЬГХОД УЗЛЗ НЭКОПЛВНИЯ СИГнала уменьшения частоты вращения соединен с четвертым входом узла формирования сигнала отключения.4. Устройство по пп. 1 и 2 , отличающееся тем, что узел формирования сигнала уменьшенпя частоты вращения содержит два временных пороговых элемента.ния сигнала уменьшения частоты вращения,выход которого соединен с четвертым входом узла 10 формирования сигнала отключения. Выход узла 12 задержки соединен со вторым входом узла 8 формирования сигнала уменьшенля частоты вращения, а вход узла 12 задержки и второй вход узла 10 формирования сигнала отключения связаны с первым вьтходом узла 13 определения состояния. Второй выход узла 13 определения состояния связан с третьим входом узла 8 формирования сигнаЛЭ УМЕНЬШЕНИЯ ЧЗСТОТЫ ВрЗЩСНИЯ И ПВрВЬГМ входом узла 4 развязки. Вход узла 13 определения состояния соединен с третьим входом блока 2 логики. Выход узла 10 формирования сигнала отключения соединен со входом узла 14 буфера, выход которого соединен со входом узла 15 коммутации. Выход узла 15 коммутаЦии является выходом блока 2 логики и соединен со входом блока 16 управления электрической машгшьт, первый выход которого соединен с электрической машиной, а его второй выход соединен с третьим входом блока логики.Если в устройстве не предполагается использование узла 11 накопления сигнала уменьшения частоты вращения, то первый выход узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения соединяется с первым входом узла 10 формирования сигнала отключения.Все узлы блока 2 логики соединяются шинами питания со вторым входом блока 2 логики, который соединяется с выходом блока 3 питания.Вход питания датчика 1 частоты вращения также соединяется с выходом блока 3 питания.Включение блока 3 питания устройства в сеть осуществляется переключателем 17.На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы устройства в случае отключения устройством электрической машины по причине возникновения перегрузки после процесса нормальной работы.На фиг. З представлены временные диаграммы работы в случае отключения устройством электрической машины по причине затрудненного пуска, когда электрическая машина пришла после запуска во вращение, однако по истечении времени пусковой блокировки не набрала требуемую частоту вращения На фиг. 4 представлены временные диаграммы работы в случае ускоренного отключения устройством электрической машины по причине ее заклинивания в момент пуска до истечения времени пусковой блокировки.На всех фиг. 2, 3 и 4 приняты следующие обозначения временных диаграмма - напряжение на выходе блока 3 питанияб - напряжение на входе узла 15 коммутации и на входе узла 13 определения состоянияв - напряжение, формируемое вторым выходом узла 13 определения состоянияг - напряжение, формируемое первым вььходом узла 13 определения состоянияд - напряжение, формируемое на выходе узла 12 задержкие - напряжение, формируемое выходом узла 4 развязкиж - напряжение, формируемое дифференциальной КС - цепью 5з - напряжение, формируемое выходом узла 9 ускоренного отключенияи - напряжение, формируемое вторым выходом узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращенияк - напряжение, формируемое выходом узла 11 накопления сигнала уменьшения частоты вращениял - напряжение, формируемое выходом узла 10 формирования сигнала отключениям - напряжение, формируемое выходом узла 14 буфера.На фиг. 5 приведена блок - схема узла В формирования сигнала уменьшения частоты вращения.На фиг. 6 приведена блок - схема узла ускоренного отключения 9.На фиг. 8 приведена блок - схема узла 11 накопления сигнала уменьшения частоты вращения.На фиг. 10 приведена блок определения состояния.На фиг. 12 приведена блок - схема узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения, содержащего второй временной пороговый элемент. дУзел 14 буфера служит для усиления сигнала, выдаваемого узлом 10 формирования сигнала отключения и согласования его со входом узла 15 коммутации.Узел 15 коммутации служит для непосредственной передачи команды отключения в блок 16 управления электрической машины,который представляет собой кнопочный пульт управления с магнитным пускателем соответствующего габарита.Блок З питания представляет собой стабилизатор необходимых для работы устройства напряжений постоянной величины.Узлы 14, 15 и блоки 3 и 16 могут быть выполнены по любой известной схеме.При включении устройства в сеть посредством переключателя 17 сетевое напряжение попадает в блок 3 питания, где преобразуется в стабилизированное напряжение необходимой величины (фиг. 2, а) и поступает во все блоки и узлы устройства. В первоначальный после включения в сеть момент времени устройство предварительной установки 18 узла 10 формирования сигнала отключения принудительно устанавливает В - триггер 19 данного узла в состояние с низким уровнем напряжения на его прямом 9 - выходе (фиг. 2, л), и устройство предварительной установки 20 узла 12 задержки также устанавливает В тригтер 21 данного узла в состояние с высоким уровнем напряжения на его прямом выходе (2 (фиг. 2,д).Таким образом производится первичная предустановка всего устройства после его включения в сеть. В таком состоянии устройство через узел 14 буфера и узел 15 коммутации (фиг. 2, м, б) поддерживает блок управления электрической машиной 16 в отключенном состоянии, о чем свидетельствуют индикаторы 22 и 23.После поступления команды Пуск на блок 16 управления электрической машины она посредством этого устройства включается в питающую сеть и начинает набирать обороты,одновременно на третий вход блока 2 логики также поступает команда Пуск (фиг. 2, б),которая узлом 13 определения состояния преобразуется в два сигнала первый сигнал (фиг. 2, в) имеет низкий уровень, и. прикладываемый к индикатору 23, указывает на поступление команды Пуск на блок 16 управления электрической машины далее, попадая на второй вход узла 4 развязки (фиг.11) и пройдя через логический элемент 24, он разрешает логическому элементу 25 пропустить импульсЫ, формируемые датчиком 1 частоты враще 7 ВТ 1348 С 1 вния, согласуюшим устройством 26 и устройством оптронной развязки 27, на выход узла 4 развязки. Индикатор 28 позволяет визуально определить их наличие, что позволяет судить о Целостности датчика 1 частоты вращения и линии связи его с устройством. Сигнал со второго выхода узла 13 определения состояния также попадает на третий вход узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения, где разрешает многоступенчатому делителю частоты с переменным коэффициентом деления 29 начать свою работу по сравнению частотных сигналов, формируемых задающим генератором 30 И узлом развязки 4. При над-шиши низкого уровня напряжения на третьем входе узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения диод 31 не блокирует прохождение импульсов, формируемых узлом 4 развязки, через КС - цепь 5. Второй сигнал, форьшруемый на первом выходе узла 13 определения состояния (фиг. 2, г), поступает на вход узла 12 Задержки и устанавливает 13 - триттер 21 этого узла в состояние с низким уровнем напряжения на его прямом О выходе(фиг. 2, д). Этот же сигнал (фиг. 2, г) поступает на второй вход узла 10 формирования сигнала отключения и устанавливает 13 - триггер 19 этого узла в состояние с высоким уровнем напряжения на его прямом выходе (2 (фиг. 2, л). Это напряжение усиливается узлом 14 буфера (фиг. 2, м) и поступает на вход узла 15 коммутации, переводя сго в состояние Включено (фиг. 2, б), благодаря чему блок 16 управления электрической машиной имеет возможность стать на самоудержание и далее подача команды Пуск не обязательна.Одновременно с Этим низкий уровень напряжения, формируемый на прямом О выходе 13 - триггера 21 (фиг. 2, д) разрешает многоступенчатому делители частоты 32 и задаюЩему генератору 33 начать отсчет времени пусковой блокировки и препятствует на время действия пусковой блокировки прохождению сигнала перегрузки, формируемого многоступенчатым делителем частоты 29 в узле 8 форМИрОБаНИЯ СИГНаЛа УМЕНЬШЕНИЯ ЧЗСТОТЫ вращения, через логический элемент 34 этого блока на его выход. Сигнал, формируемый инверсным б выходом 13 триггера 21, через резистор 35 подается на индикатор 36 для индикации отработки устройством времени пусковой блокировки.В этот момент на электрическую машину подано напряжение питания и она продолжает набирать обороты, Если за время действия пусковой блокировки(фиг. 2, д) электрическая машина успеет набрать частоту вращения больше установленной в узле 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения посредством регулировокзадающего генератора 30 и многоступенчатого делителя частоты 29 уставки по частоте вращения, то импульсы сброса, формируемые дифференциальной КС - цепью 5 (фиг. 2, ж) из импульсов, выдаваемых узлом 4 развязки(фиг. 2, е) успевают обнулять счетные триггеры в многоступенчатом делителе частоты 29,благодаря чему он поддерживает на своем выходе. соединенном с логическим элементом 34,низкий уровень напряжения. Таким образом,после окончания действия пусковой блокировки и появления разрешающего сигнала высокого уровня (фиг.2, д) на втором входе узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения последний поддерживает на своем втором выходе напряжение высокого уровня(фиг. 2, и) из-за наличия на одном из выводов логического элемента 34 сигнала с низким уровнем напряжения и команда на отключение электрической машины не формируется.Если за время действия пусковой блокировки электрическая машина не успела набрать требуемую частоту вращения, то импульсы сброса, формируемые дифференциальной КС цепью 5, не успевают обнулять счетные триггеры многоступенчатого делителя частоты 29 и на его выходе появляются импульсы напряЖЕНИЯ, которые при ПОЯВЛЕНИИ на ВТОРОМ ВХОде узла 8 формирования сигнала уменьшения ЧИСТОТЫ вращения РЗЗРСШЗЮШВГО СИГНЭЛЗ ВЫсокого уровня (фиг. 3, д) проходят через логнчсский элемент 34 и на втором выходе узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения появляются импульсы перегрузки(фиг. З, и), которые поступают на вход узла 11 накопления сигнала уменьшения частоты вращения. С прямого выхода многоступенчатого делителя частоты 29 сигнал перегрузки,формируемый даже во время действия времени Пусковой блокировки, через импульсный расширитель 37 попадают на индикатор 38 для индикации режима перегрузки. Импульсный расширитель 37 служит для увеличения длительности импульса перегрузки до величины,приемлемой для визуальной индикации. Импульсы перегрузки, пройдя через первый логический элемент 39 узла 11 накопления СИГНЗЛЭ, УМЕНЬШЕНИЯ ЧЭСТОТЫ ВРЗЩСНИЯ, ЧЕРЕЗ резистор 40 и диод 41 начинают заряжать накапительный конденсатор 42. Когда уровень напряжения на накопительном конденсаторе 42 сравняется с порогом переключения второго логического элемента 43, имеющего на своем входе триггер Шмидта, второй логический элемент 43 переключится в состояние с низким уровнем напряжения на выходе (фиг. 3, к). Поскольку скважность сигнала перегрузки,формируемая многоступенчатым делителем ЧИСТОТЫ 29, ЗНВИСИТ ОТ СТЕПЕНИ УМЕНЬШЕНИЯ ЧИСТОТЫ ВРЭЩСНИЯ электрической МЕЪШИНЫ(фиг. 3, и), то время накопления сигнала уменьшения частоты вращения обратно пропорционально степени перегрузки. Сигнал уменьшения частоты вращения поступает через логический коммутатор 44 в узле 10 форМИРОВЗНИЯ СИГНЗЛЗ ОТКЛЮЧЕНИЯ на ВХОД ЗЗПИСИ 13 - триггера 19 в этом узле, в результате чего 1) - триггер 19 на своем прямом (2 - выходе формирует сигнал отключения (фиг. 3, л), что приводит к отключению защищаемой электрической машины от питающей сети. На инверсном О - выходе В - триггера 19 формируется напряжение высокого уровня, которое поступает через резистор 45 на индикатор 22 для индикации режима отключения.Если после подачи команды Пуск вал электрической машины не пришел во вращение по ПРИЧИНЕ ЗЗКЛИНИВННИЯ, ТО ИМПУЛЬСЫ вращения датчиком 1 частоты вращения и узлом 4 развязки, а, следовательно, и дифференцирующей НС цепыо 5 не формируются (фиг. 4, е, ж). При этом первый логический элемент 46 в узле 9 ускоренного отключения поддерживает на своем выходе напряжение высокого уровня и накопительный конденсатор 47 через зарядный резистор 48 начинает быстро заряжаться. Когда уровень напряжения на нем сравняется с порогом переключения второго логического элемента 49, имеющего на своем входе триггер Шмидта логический элемент 49 переключится в состояние с низким уровнем напряжения(фиг. 4, з). Этот сигнал, пройдя через третий вход узла 10 формирования сигнала отключения и логический коммутатор 44, сформируют сигнал записи для В - триггера 19, в результате чего В - триггер 19 на своем прямом (2 выходе сформирует сигнал отключения заклиненной электрической машины до истечения времеьш пусковой блокировки (фиг. 4, л) и она отключится от питающей сети (фиг. 4, м, б).ЕСЛИ УМСНЬШСНИС ЧЗСТОТЫ вращения ВОЗНИКло в процессе работы электрической машины в результате перегрузки, то вал электрической машины начинает вращаться С МЕНЬШЕЙ ЧЕСтотой вращения и период следования импульсов, формируемых датчиком 1 частоты вращения и узлом 4 развязки, увеличивается(фиг. 2, е). Когда частота следования импульсов, формируемых узлом 4 развязки, станет меньше частоты уставки срабатывания узла 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения, последний на своем выходе начнет формировать импульсы перегрузки (фиг. 2, и),скважность которых будет зависеть от величиНЫ И СТЕПЕНИ НЗРЭСТВНИЯ ПВРГРУЗКИ ЭЛЕКТРИческой машины. Через время, достаточное узлу 11 накопления сигнала уменьшения частоты вращения для зарядки конденсатора 42(фиг. 2, к), произойдет отключение электрической машины от питающей сети (фиг. 2, м, 10б). Если возникшая перегрузка будет кратковременной и накопительный конденсатор 42 не успеет зарядиться до порога переключения логического элемента 43, то отключения электрической машины не произойдет.Так как при изменении направления вращения электрической машины датчик 1 частоты вращения начинает формировать сигнал в ин вертируемой форме с преобладанием составля ющей с низким уровнем напряжения, то устройство может быть легко дополнено узлом определения направления вращеъшя с соответствующим иидшчатором, которой будет указывать на правильность чередования фаз питающего напряжения, подаваемого на электрическую машину, и предупреждать обслуживающий персонал об изменении направления вращения электрической вгапппш.При необходимости устройство может быть снабжено узлом определения обрыва фазы питающего напряжения с соответствующим индикатором.Если в устройстве необходима двухуровневая защита с предупредительной сигнализацией,то узел 8 формирования сигнала уменьшения частоты вращения выполняется согласно фиг. 12, где элементы 50 и 51 составляют второй временной пороговый элемент. При незначительном уменьшении частоты вращения первый временной пороговый элемент,содержащий элементы 29 и 30, формирует импульсы перегрузки, которые проходят через импульсный расширитель 37 на индикатор 38 для предупреждения о перегрузке электрической машины. Если частота вращения продолжает уменьшаться, то при достижении уставки срабатывания второю временного порогового элемента он выдаст команду на отключение электрической машины от питающей сети.Узел 13 определения состояния (фиг. 10) посредством согласующего устройства 52 и устройства оптронной развязки 53, а также резисторов 54, 55 и конденсатора 56 формирует все необходимые сигналы предустановки и управления (фиг. 2, в, г) при поступлении в блок 16 управления электрической машины команды Пуск.Таким образом, в результате выполнения временных пороговых элементов устройства на основе многоступенчатых делителей частоты с изменяемым коэффициентом деления и задающих генераторов с изменяемой частотой генерации удалось получить широкий диапазон изменения уставок срабатывания устройства как по уменьшению частоты вращения и перегрузке, так и по времени формирования пусковой блокировки в совокупности со значительным уменьшением погрешности всего устройства, которая при изменении внешних факторов не превышает 0,102, что