Устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ КОНДЕНСАЦИИ ВЛАГИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Гурин Владимир Владимирович Лавцевич Елена Викторовна Равинский Павел Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Устройство для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги, включающее измерительный блок, выполненный в виде моста из четырех плеч, одно из плеч содержит термочувствительный элемент измерения температуры окружающей среды, а два других - резисторы, инвертирующий усилитель, блок задания температур, генератор управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного элемента, а второй вход - с выходом пульсирующего напряжения источника питания,вход источника питания через первый замыкающий контакт коммутатора соединен с клеммами для подключения к фазе и нулевому проводу, вход исполнительного элемента соединен с выходом переменного напряжения источника питания, коммутатор, последовательно соединенный с размыкающим контактом магнитного пускателя, имеет клеммы 44112008.06.30 для подключения к питающей сети, дифференциальный усилитель, четвертое плечо моста содержит второй и третий замыкающие контакты коммутатора, каждый из которых подключен к клемме, предназначенной для соединения к соответствующей обмотке электродвигателя, при этом выходная диагональ моста соединена с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и блок задания температур подключен ко второму входу генератора управляющих импульсов, а выход исполнительного элемента подключен к точке соединения второго замыкающего контакта коммутатора с инвертирующим входом дифференциального усилителя, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит реле времени с задержкой времени срабатывания контактов при отключении, причем реле времени включено параллельно цепи из размыкающегося контакта коммутатора и последовательно включенной катушки электромагнитного пускателя, а катушка коммутатора включена в сеть через размыкающийся контакт реле времени с выдержкой времени на замыкание при отключении реле. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реле времени содержит катушку электромагнитного реле постоянного тока с замыкающим и размыкающим контактами, первый и второй резисторы, однофазный двухполупериодный выпрямитель и конденсатор,причем в сеть переменного тока включена цепочка из первого резистора и выпрямителя, а выход выпрямителя нагружен на две параллельные цепи, в первую последовательно включены второй резистор и катушка электромагнитного реле, а во вторую цепь последовательно включены замыкающий контакт реле и конденсатор.(56) 1. А.с. СССР 1474798, МПК Н 02 3/08, Н 02 Н 7/08, 5/04, 1989. Полезная модель относится к средствам защиты изоляции обмоток электродвигателей от увлажнения и может быть использована для защиты электродвигателей, работающих со значительными перерывами между включениями в условиях сельскохозяйственного производства, в частности, в животноводческих помещениях с повышенной влажностью окружающей среды. Известно устройство для защиты обмоток электродвигателей от конденсации влаги,включающее измерительный блок, выполненный в виде моста из четырех плеч, одно из плеч содержит термочувствительный элемент измерения температуры окружающей среды, а два других - резисторы, инвертирующий усилитель, блок задания температур, генератор управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного элемента, а второй вход - с выходом пульсирующего напряжения источника питания, вход источника питания через первый замыкающий контакт коммутатора соединен с клеммами для подключения к фазе и нулевому проводу, вход исполнительного элемента соединен с выходом переменного напряжения источника питания, коммутатор,последовательно соединенный с размыкающим контактом магнитного пускателя, имеет клеммы для подключения к питающей сети, дифференциальный усилитель, четвертое плечо моста содержит второй и третий замыкающие контакты коммутатора, каждый из которых подключен к клемме, предназначенной для соединения к соответствующей обмотке электродвигателя, при этом выходная диагональ моста соединена с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и блок задания температур подключен ко второму входу генератора управляющих импульсов, а выход исполнительного элемента подключен к точке соединения второго замыкающего контакта коммутатора с инвертирующим входом дифференциального усилителя 1. 2 44112008.06.30 Недостаток известного устройства состоит в том, что оно имеет недостаточную надежность в связи с включением измерительной схемы в цепь отключаемого электродвигателя на индуктируемую в обмотках ЭДС при вращении ротора двигателя по инерции. Это приводит к перенапряжениям на элементах защиты и к отказу устройства защиты. Задача полезной модели - повысить надежность устройства защиты. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, включающее измерительный блок, выполненный в виде моста из четырех плеч, одно из плеч содержит термочувствительный элемент измерения температуры окружающей среды, а два других - резисторы,инвертирующий усилитель, блок задания температур, генератор управляющих импульсов,выход которого соединен с управляющим входом исполнительного элемента, а второй вход - с выходом пульсирующего напряжения источника питания, вход источника питания через первый замыкающий контакт коммутатора соединен с клеммами для подключения к фазе и нулевому проводу, вход исполнительного элемента соединен с выходом переменного напряжения источника питания, коммутатор, последовательно соединенный с размыкающим контактом магнитного пускателя, имеет клеммы для подключения к питающей сети, дифференциальный усилитель, четвертое плечо моста содержит второй и третий замыкающие контакты коммутатора, каждый из которых подключен к клемме,предназначенной для соединения к соответствующей обмотке электродвигателя, при этом выходная диагональ моста соединена с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и блок задания температур подключен ко второму входу генератора управляющих импульсов, а выход исполнительного элемента подключен к точке соединения второго замыкающего контакта коммутатора с инвертирующим входом дифференциального усилителя, дополнительно включено реле времени с задержкой времени срабатывания контактов при отключении, причем реле времени включено параллельно цепи из размыкающего контакта коммутатора и катушки электромагнитного пускателя, а катушка коммутатора включена в сеть через размыкающийся контакт реле времени с выдержкой времени на замыкание при отключении реле. Реле времени может содержать низковольтное электромагнитное реле постоянного тока, первый и второй резисторы, однофазный двухполупериодный выпрямитель и конденсатор, причем в сеть переменного тока включается цепочка из первого резистора и выпрямителя, а выход выпрямителя нагружен на две параллельные цепи, в первую цепь последовательно включены второй резистор и катушка электромагнитного реле, а во вторую последовательно включены замыкающий контакт электромагнитного реле и конденсатор. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства для защиты обмоток электродвигателя от конденсации влаги на фиг. 2 - эпюры напряжений в характерных точках на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема реле времени с выдержкой времени контактов при отключении. Устройство содержит измерительный блок 1, выполненный в виде моста. Входная диагональ моста через диод 2 подключена между плюсом и общей точкой стабилизированного двухполярного источника 3 питания. Диод 2 включен между плюсом источника питания и входной диагональю измерительного блока 1. В первое плечо моста через замыкающие контакты 4 и 5 коммутатора 6 подключена обмотка электродвигателя 7. Во второе плечо моста подключен медный термометр сопротивления 8, контролирующий температуру окружающей среды. Балансировка моста производится подстроечным резистором 9. Выходная диагональ моста подключена к входу дифференциального усилителя 10. Диоды 11 и 12 и стабилитрон 13 обеспечивают защиту входов дифференциального усилителя от повышенного напряжения. Выход дифференциального усилителя 10 соединен с входом инвертирующего усилителя 14. Подстроечным резистором 15 устанавливается коэффициент усиления. Выход усилителя 14 соединен с входом блока 16 задания температуры, выполненного, например, на компараторе 17. Подстроечный резистор 18 3 44112008.06.30 выполняет функцию задатчика температуры. Выход блока 16 задания температуры подключен к первому входу генератора 19 управляющих импульсов. Второй вход генератора 19 управляющих импульсов соединен с выходом пульсирующего напряжения источника 3 питания. Генератор 19 управляющих импульсов выполнен на однопереходном транзисторе 20 и транзисторном ключе 21. Подстроечный резистор 22 выполняет функцию задатчика тока подогрева обмотки электродвигателя 7. Выход генератора 19 управляющих импульсов подключен к управляющему входу исполнительного элемента 23, выполненного, например, на оптотиристоре. Вход исполнительного элемента 23 соединен с выходом источника 3 питания, а выход через замыкающий контакт 4 коммутатора 6 - с обмотками электродвигателя 7. Вход источника 3 питания подключен через контакт 24 коммутатора 6 между фазой и нулевым проводом. Управление электродвигателем 7 осуществляется с помощью кнопок Стоп 25 и Пуск 26, а также магнитного пускателя 27, контакты 28 которого включены в силовую сеть электродвигателя 7. Реле времени 29 включено параллельно цепи из размыкающего контакта 30 коммутатора и последовательно включенной катушки 27 электромагнитного пускателя. Коммутатор 6 имеет размыкающий контакт 30 в цепи питания магнитного пускателя 27. Катушка коммутатора включена в сеть через размыкающий контакт 31 реле времени 27 с выдержкой времени на замыкание при отключении реле времени. Оптотиристор 23 включен через предохранитель 32 к отдельной обмотке 33 блока 3 питания, а пульсирующее напряжение выхода источника 3 питания отделено от постоянного напряжения выхода источника 3 питания диодом 34, включенным в прямом направлении. Реле времени (фиг. 3) содержит катушку 35 низковольтного электромагнитного реле, первый и второй резисторы 36 и 37, однофазный двухполупериодный выпрямитель 38, конденсатор 39, размыкающий 31 и замыкающий 40 контакты электромагнитного реле, причем в сеть переменного тока включается цепочка из первого резистора 36 и однофазного двухполупериодного выпрямителя 38, а выход выпрямителя нагружен на две параллельные цепи, в первую последовательно включены второй резистор 37 и катушка 35 электромагнитного реле, а во вторую цепь последовательно включены замыкающий контакт 40 и конденсатор 39. Включается в сеть устройство защиты через выключатель 41 и предохранитель 42. После монтажа устройства производится его наладка. Для этого устройство подключается к силовой сети выключателем 41. Срабатывает коммутатор 6 и своим контактом 24 подключает источник 3 питания к фазному проводу, а контактами 4 и 5 подключает обмотку электродвигателя 7 к измерительному блоку 1. На время наладки исполнительный элемент 23 отключается, сняв предохранитель 32. При равенстве температуры обмотки и окружающей среды подстроечным резистором 9 производят балансировку моста измерительного блока 1. При этом на выходе дифференциального усилителя 10 устанавливается нулевой потенциал. Подстроечным резистором 15 усилителя 14 устанавливается коэффициент усиления усилителя, величина которого зависит от сопротивления обмотки электродвигателя. Подключается исполнительный элемент 23, и подстроечный резистор 22 генератора 19 управляющих импульсов устанавливается требуемый ток подогрева обмотки электродвигателя. Подстроечным резистором 18 блока 16 задается превышение температуры обмотки по сравнению с температурой окружающей среды на 5-8 С. Устройство работает следующим образом. При подключении устройства к силовой сети срабатывает коммутатор 6 и разрывает контакт 30 в цепи катушки 27 электромагнитного пускателя. Замыкающий контакт 24 подключает источник 3 питания к фазному проводу, а замыкающими контактами 4 и 5 подключает обмотку электродвигателя 7 к измерительному блоку 1. При равенстве температуры обмотки и окружающей среды мост измерительного блока 1 сбалансирован. Напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 и на выходе усилителя 14 равно нулю. Но в это время на неинвертирующий вход компаратора 17 поступает сигнал с задатчика 18, величина которого определяет заданное превышение тем 4 44112008.06.30 пературы обмотки над температурой окружающей среды. Компаратор 17 переключается,и на его выходе возникает напряжение положительной полярности. Генератор 19 управляющих импульсов формирует импульс, который поступает на управляющий электрод исполнительного элемента 23. Угол открывания оптотиристора, а следовательно, и ток,протекающий по обмотке электродвигателя, устанавливаются подстроечным резистором 22. Исполнительный элемент 23 открывается, и по обмотке электродвигателя проходит положительный импульс тока. При прохождении тока обмотка подогревается. Импульс тока прикладывается и к измерительному блоку 1. Происходит разбаланс моста. Диод 2 предотвращает попадание повышенного напряжения на положительную шину источника 3 питания, а диоды 11 и 12 и стабилитрон 13 защищают вход дифференциального усилителя повышенного напряжения. При разбалансе моста на инвертирующий вход дифференциального усилителя 10 поступает сигнал высокого уровня. На выходе дифференциального усилителя 10 возникает сигнал отрицательной полярности, а на выходе инвертирующего усилителя 14 - сигнал положительной полярности. Сигнал с выхода усилителя 14 поступает на инвертирующий вход компаратора 17. Компаратор переключается, и на его выходе возникает напряжение отрицательной полярности. Когда полуволна напряжения проходит через нуль, оптотиристор 23 закрывается. Отрицательная полуволна напряжения сети не вызывает открывание оптотиристора 23. После того как оптотиристор 23 закрылся, по обмотке электродвигателя проходит измерительный ток. Если обмотка электродвигателя не достаточно нагрелась, то процесс повторяется. Прохождение тока по обмоткам электродвигателя вызывает их нагрев. Сопротивление обмотки возрастает. В момент прохождения измерительного тока по обмотке электродвигателя происходит разбаланс моста измерительного блока 1. На выходе дифференциального усилителя 10 возникает напряжение отрицательной полярности, пропорциональное величине разбаланса моста измерительного блока 1, а на выходе усилителя 14 - положительное напряжение. При достижении превышения температуры обмотки над температурой окружающей среды на 5-8 С сигнал на выходе усилителя 14 компенсирует сигнал от задатчика 18. На выходе компаратора 17 присутствует сигнал отрицательной полярности. Оптотиристор 23 закрывается, и подогрев обмотки прекращается. При длительной работе электродвигателя температура его обмоток составляет 70-80 С. Устройство контроля отключено. Переход к контролю производится следующим образом. При нажатии кнопки Пуск 26 первым включается реле времени 29, поскольку контакт 30 разомкнут. По цепи резистор 36 (фиг. 3), выпрямитель 38, резистор 37 - запитывается катушка 35 электромагнитного реле времени, и его контакты 31 и 40 мгновенно меняют свое положение. Контакт 31 разрывает цепь коммутатора 6, а через контакт 40 заряжается конденсатор 39. Отключение коммутатора 6 вызывает размыкание контактов 4 и 5, а также замыкание контакта 30, отчего электромагнитный пускатель 27 включается и электродвигатель 7 подключается к сети. При нажатии кнопки Стоп 25 обесточиваются электромагнитный пускатель 27 и реле времени 29. Контакты 28 пускателя 27 отключают электродвигатель от сети. Отключение питания реле времени 29 не вызывает размыкание его контакта 31, поскольку конденсатор 39 разряжается через резистор 37 на обмотку 35 реле (фиг. 3). Ток в этой цепи постепенно уменьшается и через некоторое время, большее, чем время остановки ротора электродвигателя, достигает значения тока отпускания реле. Контакт 40 при этом разрывает цепь разряда конденсатора 39, а контакт 31 замыкается в цепи коммутатора 6. Размыкается контакт 30, и замыкаются контакты 24, 4 и 5. Измерительный блок 1 подключается к цепям двигателя, а источник питания 3 - в сеть. Поскольку обмотка электродвигателя горячая, мост измерительного блока 1 разбалансируется. На выходе дифференциального усилителя 10 возникает сигнал отрицательной полярности, а на выходе усилителя 14 сигнал положительной полярности, значительно больше сигнала, поступающего с 5 44112008.06.30 задатчика 18. На выходе компаратора 17 присутствует сигнал отрицательной полярности. Оптотиристор 23 закрыт. По мере остывания электродвигателя сигнал разбаланса уменьшается. При достижении температуры 5-8 С оптотиристор 23 открывается и начинается подогрев обмотки электродвигателя. Снабжение устройства дифференциальным усилителем и подключение обмотки электродвигателя в первое плечо моста датчика температуры позволяют отказаться от установки датчика внутри электродвигателя, что упрощает эксплуатацию устройства. Контроль температуры обмотки по ее сопротивлению позволяет контролировать истинную температуру обмотки, что устраняет перегрев обмотки и способствует снижению затрат электроэнергии при нагреве обмотки для исключения конденсации влаги. Таким образом, снабжение устройства реле времени с задержкой времени срабатывания контактов при отключении позволяет включать устройство для измерения только после остановки ротора двигателя, когда ЭДС, индуктируемая в обмотке статора вращающимся ротором, упадет до нуля. Это повышает надежность устройства защиты. Выполнение реле времени на базе электромагнитного реле постоянного тока с замыкающим и размыкающим контактами, двумя резисторами, однофазным двухполупериодным выпрямителем, конденсатором и включение конденсатора через замыкающий контакт реле параллельно второму резистору и катушке реле позволило обеспечить достаточную задержку времени при отключении реле. Благодаря простой конструкции также увеличивается надежность устройства защиты. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6