Устройство для защиты асинхронного трехфазного электродвигателя от включения в сеть при неполнофазном режиме сети, обратном чередовании фаз сети и недопустимом снижении сопротивления изоляции обмоток

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ВКЛЮЧЕНИЯ В СЕТЬ ПРИ НЕПОЛНОФАЗНОМ РЕЖИМЕ СЕТИ, ОБРАТНОМ ЧЕРЕДОВАНИИ ФАЗ СЕТИ И НЕДОПУСТИМОМ СНИЖЕНИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Гурин Владимир Владимирович Лавцевич Елена Викторовна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Устройство защиты асинхронного трехфазного электродвигателя от включения в сеть при неполнофазном режиме сети, обратном чередовании фаз сети и недопустимом снижении сопротивления изоляции обмоток, содержащее блок коммутации, исполнительный орган, фильтр обратной последовательности, блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности, причем входы фильтра обратной последовательности соединены с фазами питающей сети, а блок контроля выходного напряжения 13403 1 2010.08.30 фильтра обратной последовательности содержит последовательно соединенные первый диод, первый динистор и входной элемент первой оптопары, выходной элемент которой соединен со входом исполнительного органа, выходной размыкающий контакт которого включен в цепь управления электромагнитного пускателя блока коммутации, отличающееся тем, что содержит блок питания, мостовую схему измерения сопротивления изоляции из, первый и второй резисторные делители, триггер Шмитта, блок сигнализации сопротивления изоляции, причем блок питания содержит модуль повышенного испытательного стабилизированного напряжения со средней точкой и модуль пониженного стабилизированного и нестабилизированного напряжений со средней точкой, выход модуля повышенного испытательного напряжения соединен со входом указанной мостовой схемы,измерительное плечо которой соединено с обмоткой электродвигателя через замыкающий контакт реле коммутации и с проводником РЕ, соединенным с корпусом электродвигателя,выход мостовой измерительной схемы соединен со входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом триггера Шмитта, инвертирующий вход триггера Шмитта соединен с выходом второго резисторного делителя,подключенного к стабилизированному низковольтному напряжению блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности содержит первый Неполнофазный режим и второй Обратное чередование фаз светодиоды, второй диод, второй динистор, вторую оптопару, оптореле, первый и второй резисторы, причем второй динистор выполнен с импульсным отпирающим напряжением, от 2 до 3 раз превышающим последнее первого динистора второй диод, второй динистор и входной элемент второй оптопары включены последовательно между собой и встречно первому диоду, первому динистору и входному элементу первой оптопары на выход фильтра обратной последовательности первый светодиод, выходной элемент первой оптопары, выходной элемент оптореле и первый резистор включены последовательно между собой и подключены к нестабилизированному напряжению блока питания второй светодиод, выходной элемент второй оптопары, входной элемент оптореле и второй резистор включены последовательно между собой и подключены к нестабилизированному напряжению блока питания, а первый и второй резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами диодного элемента ИЛИ исполнительного органа выход триггера Шмитта соединен с входом блока сигнализации состояния изоляции обмоток электродвигателя, к которому присоединены анодом первый светодиод измин.доп, где мин.доп - допустимое минимальное сопротивление, и катодом второй светодиод изном.доп, где ном.доп - допустимое номинальное сопротивление, причем к катоду первого светодиода присоединен третий резистор, а к аноду второго светодиода присоединен четвертый резистор, оба резистора соединены со средней точкой блока питания, и третий резистор соединен с третьим входом элемента ИЛИ исполнительного органа. Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам для защиты асинхронных трехфазных электродвигателей от аварийных режимов работы, и может быть использовано, например, в сельском хозяйстве. Известно устройство защиты трехфазного электродвигателя от анормального режима работы, которое используется для защиты асинхронного электродвигателя от включения в сеть при неполнофазном режиме и обратном чередовании фаз, содержащее исполнительный орган, выходной размыкающий контакт которого включен в цепь управления электромагнитного пускателя блока коммутации, фильтр напряжения обратной последовательности,блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности присоединены к фазам питающей сети, а блок контроля выходного напряжения фильтра имеет первый диод, первый динистор и входной элемент первого оптрона, выходной элемент которого подключен к входу исполнительного органа 1. 2 13403 1 2010.08.30 Недостаток известного устройства состоит втом, что оно не обеспечивает раздельной сигнализации аварийных режимов изменения чередования фаз и неполнофазного режима,а также допускает включение в сеть электродвигателя при недопустимом снижении сопротивления изоляции. Задача изобретения - расширить функциональные возможности устройства защиты путем контроля сопротивления изоляции обмоток электродвигателя и раздельной сигнализации режимов неполнофазного питания и обратного чередования фаз. Указанная задача достигается тем, что устройство защиты, содержащее блок коммутации, исполнительный орган, фильтр обратной последовательности, блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности, причем входы фильтра обратной последовательности соединены с фазами питающей сети, а блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности содержит последовательно соединенные первый диод, первый динистор и входной элемент первой оптопары, выходной элемент которой соединен со входом исполнительного органа, выходной размыкающий контакт которого включен в цепь управления электромагнитного пускателя блока коммутации, дополнительно содержит блок питания, мостовую схему измерения сопротивления изоляции из, первый и второй резисторные делители, триггер Шмитта, блок сигнализации сопротивления изоляции, причем блок питания содержит модуль повышенного испытательного стабилизированного напряжения со средней точкой и модуль пониженного стабилизированного и нестабилизированного напряжения со средней точкой,выход модуля повышенного испытательного напряжения соединен со входом указанной мостовой схемы, измерительное плечо которой соединено с обмоткой электродвигателя через замыкающий контакт реле коммутации и с проводником РЕ, соединенным с корпусом электродвигателя, выход мостовой измерительной схемы соединен со входом первого резисторного делителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом триггера Шмитта, инвертирующий вход триггера Шмитта соединен с выходом второго резисторного делителя, подключенного к стабилизированному низковольтному напряжению блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности содержит первый Неполнофазный режим и второй Обратное чередование фаз светодиоды, второй диод,второй динистор, вторую оптопару, оптореле, первый и второй резисторы, причем второй динистор выполнен с импульсным отпирающим напряжением, от 2 до 3 раз превышающим последнее первого динистора второй диод, второй динистор и входной элемент второй оптопары включены последовательно между собой и встречно первому диоду,первому динистору и входному элементу первой оптопары на выход фильтра обратной последовательности первый светодиод, выходной элемент оптореле и первый резистор включены последовательно между собой и подключены к нестабилизированному напряжению блока питания второй светодиод, выходной элемент второй оптопары, входной элемент оптореле и второй резистор включены последовательно между собой и подключены к нестабилизированному напряжению блока питания, а первый и второй резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами диодного элемента ИЛИ исполнительного органа выход триггера Шмитта соединен с входом блока сигнализации состояния изоляции обмоток электродвигателя, к которому присоединены анодом первый светодиод измин.доп, где мин.доп - допустимое минимальное сопротивление, и катодом второй светодиод изном.доп, где ном.доп - допустимое номинальное сопротивление, причем к катоду первого светодиода присоединен третий резистор, а к аноду второго светодиода присоединен четвертый резистор, оба резистора соединены со средней точкой блока питания, и третий резистор соединен с третьим входом элемента ИЛИ исполнительного органа. На фигуре приведена принципиальная электрическая схема устройства защиты. Устройство состоит из блока коммутации 1, фильтра напряжения обратной последовательности 2, блока 3 контроля выходного напряжения указанного фильтра, исполнитель 3 13403 1 2010.08.30 ного органа 4, блока питания 5, мостовой схемы измерения сопротивления изоляции 6,триггера Шмитта 7, блока сигнализации состояния изоляции 8. Блок коммутации включает кнопку 9 Пуск, кнопку 10 Стоп, электромагнитный пускатель 11, имеющий силовые контакты 12 и блок-контакт 13, реле коммутации 14 и реле времени 15, выключатель 16. В цепи электромагнитного пускателя включен размыкающий контакт 17 реле коммутации 14, а в цепи реле коммутации 14 включен размыкающий контакт 18 с выдержкой времени на замыкание. Параллельно реле коммутации 14 включена первичная обмотка блока питания 5, а параллельно цепи из размыкающего контакта 17 и катушки электромагнитного пускателя 11 включена цепочка из последовательного включенного реле времени 15 и размыкающего контакта 19 исполнительного блока 4. Цепочка из реле коммутации 14 и размыкающего контакта 18 включена последовательно с выключателем 16 на фазное напряжение сети. На это же напряжение включен электромагнитный пускатель 11. Входы фильтра напряжения обратной последовательности 2 присоединены к фазам питающей сети, а выходы - к двум параллельным цепочкам блока 3 контроля выходного напряжения указанного фильтра. В первую цепочку последовательно включены первый диод 20, первый динистор 21, первая оптопара 22, а во вторую цепочку включены встречно первой цепочке второй диод 23, второй динистор 24, входной элемент второй оптопары 25. Выходной элемент первой оптопары 22 соединен последовательно с первым светодиодом 26 Неполнофазный режим, выходным элементом оптореле 27 и ограничивающим ток первым резистором 28. Эти элементы включены на нестабилизированное напряжение блока питания 5. Выходной элемент второй оптопары 25 соединен последовательно с вторым светодиодом 29 Обратное чередование фаз, входным элементом оптореле 27 и вторым резистором 30. Эти элементы подключены к постоянному нестабилизированному напряжению блока питания 5. Резисторы 28 и 30 соединены с первым и вторым входами трехходового диодного элемента ИЛИ 31 исполнительного органа 4. Выход диодного элемента ИЛИ 31 соединен с базой транзистора 32, в коллекторную цепь которого включено реле 33 с параллельно подключенным конденсатором 34, а размыкающий контакт 19 исполнительного органа включен в разрыв цепи реле времени 15. Блок питания 5 содержит модуль повышенного испытательного стабилизированного напряжения со средней точкой и модуль 36 пониженного нестабилизированного и стабилизированного напряжения со средней точкой. Выход модуля 35 соединен с входом мостовой измерительной схемы 6. Измерительное плечо этой схемы соединено с обмоткой электродвигателя через замыкающий контакт 37 реле коммутации 14 и проводником РЕ,присоединенным к корпусу электродвигателя. Выходы мостовой схемы 6 соединены с входами резисторного делителя 38, имеющего подстроечный резистор 39. Выход делителя 38 соединен с неинвертирующим входом триггера Шмитта 7, а инвертирующий вход триггера Шмитта 7 соединен с выходом резистивного делителя 40, присоединенного к стабилизированному низковольтному напряжению. Выход триггера Шмитта 7 соединен с входом блока 8 сигнализации состояния изоляции обмоток двигателя, к которому присоединены анодом светодиод 41 измин.доп и катодом светодиод 42 изном.доп, причем их другие выводы соединены через ограничивающие резисторы 43 и 44 со средней точкой блока питания 5. Устройство защиты работает следующим образом. Перед включением электродвигателя состояние устройства характеризуется включенным реле коммутации 14 (при включенном выключателе 16). Контакт 17 разомкнут, а контакт 37 замкнут, и испытательное повышенное напряжение от мостовой схемы 6 попадает на обмотку отключенного от сети электродвигателя. К сети подключен также фильтр 2 обратной последовательности. Если в сети полнофазный режим и нормальное чередование фаз, а также уровень сопротивления изоляции обмотки выше ном.доп, то исполнительный орган 4 отключен и его 4 13403 1 2010.08.30 контакт 19 замкнут, горит светодиод 42 изном.доп. Его свечение объясняется тем, что на выходе триггера Шмитта отрицательное напряжение вследствие того, что на инвертирующем входе триггера Шмитта напряжение больше, чем на неинвертирующем входе. В таком положении исполнительного органа можно включать электродвигатель, нажав на кнопку 9 Пуск. При этом сначала включается реле времени 15, которое своим размыкающим контактом 18 разрывает цепь питания реле коммутации 14 и блока питания 5. Размыкается контакт 37, испытательное напряжение отключается от обмотки электродвигателя, и замыкается контакт 17, отчего включается электромагнитный пускатель 11 и электродвигатель подключается к питающей сети. При нажатии на кнопку 10 Стоп отключается электромагнитный пускатель 11 и электродвигатель от сети. Одновременно отключается реле времени 15, но его контакт 18 замкнется через некоторое время, большее, чем время остановки электродвигателя. Тем самым устраняется возможность включения испытательного напряжения на ЭДС, индуктируемую в обмотке вращающимся ротором. После замыкания контакта 18 включается реле коммутации 14 и блок питания 5. Размыкается контакт 17 в цепи электромагнитного контактора. Тем самым обеспечивается блокировка от одновременного включения реле коммутации 14 и электромагнитного пускателя 11. Включается контакт 37 и испытательное напряжение подается к обмотке электродвигателя. Если перед включением возникает неполнофазный режим сети, то на выходе фильтра 2 обратной последовательности возникает напряжение, достаточное для пробоя первого динистора 21, отчего включится первая оптопара 22 и засветится первый светодиод 26 Неполнофазный режим. Вторая оптопара 25 не будет открыта, потому что напряжение на выходе фильтра не достаточно для открытия второго динистора 24, поскольку его импульсное открывающее напряжение в 23 раза выше, чем первого динистора 21. Через первое сопротивление 28 потечет импульсный ток. Падение напряжения на сопротивление 28 вызывает открытие транзистора 32 и срабатывание реле 33 с выдержкой времени. Контакт 19 размыкается. Теперь электродвигатель нельзя запустить, нажав на кнопку 9 Пуск, поскольку контакты 19 и 17 разомкнуты. Если перед включением возникает обратное чередование фаз в сети, то на выходе фильтра 2 обратной последовательности возникает напряжение, достаточное для пробоя динисторов 21 и 24, отчего открываются оптопары 21 и 25. Это вызывает срабатывание оптореле 27, отчего цепь светодиода 26 разрывается и светится только светодиод 29 Обратное чередование фаз. Через резистор 30 протекает импульсный ток. Падение напряжения на резисторе 30 открывает транзистор 32, срабатывает реле 33 с некоторой выдержкой времени. Размыкается контакт 19. Теперь кнопкой 9 Пуск нельзя включить электромагнитный пускатель 11, поскольку контакты 17 и 19 разомкнуты. Если сопротивление изоляции обмоток снизилось ниже значения сопротивления из.мин, то на неинвертирующем входе триггера Шмитта напряжение станет выше, чем на инвертирующем входе, отчего на выходе триггера Шмитта появится положительное напряжение и будет светиться светодиод 41 измин.доп. Падение напряжения на резисторе 43 открывает транзистор 32 исполнительного органа 4 и размыкается контакт 19 в цепи реле времени 15. Теперь нажатие кнопки 9 Пуск не вызовет включения электромагнитного пускателя 11 и электродвигателя, поскольку контакты 17 и 19 разомкнуты. В этом случае обслуживающий персонал подключает к двигателю блок сушки и восстанавливает сопротивление изоляции до значения, превышающего ном.доп. Таким образом, включение в устройство защиты блока питания, содержащего модуль повышенного испытательного стабилизированного напряжения со средней точкой и модуль пониженного стабилизированного и нестабилизированного напряжения со средней точкой, мостовой схемы измерения сопротивления изоляции из, триггера Шмитта и блока сигнализации сопротивления изоляции, а также включение в исполнительный орган диодного элемента ИЛИ позволяет контролировать сопротивление изоляции обмоток и не позволяют включать электродвигатель в сеть при сопротивлении изоляции ниже мин.доп. 5 13403 1 2010.08.30 Включение в блок контроля выходного напряжения фильтра обратной последовательности второго диода, второго динистора, второй оптопары, оптореле и двух светодиодов позволяет раздельно сигнализировать о неполнофазном режиме сети или обратном чередовании фаз сети. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6