Устройство для защиты двигателя постоянного тока от перегрузки

Устройство для защиты двигателя постоянного тока от перегрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

llija ю гn L*ilT -.Р-Пи 13%ФИАъА

Ф бои;1ько klBA

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и ц 6550 12

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.11.76 (21) 2416162/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл. Н 02Н 7/08

Государственный комитет по делам изооретеиий (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень № 12 (53) УДК 621.316.925 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (72) Авторы изобретения

И. Я. Гальперин, Ю. М. Тульчинский, С. Г. Мартыновский, В. А. Безуглый и В. Д. Кирносенко

Донецкое наладочное управление Треста

«Донецкуглеавтоматика» (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Изобретение относится к области защиты электродвигателей постоянного тока механизмов, при эксплуатации которых возможен режим работы на упор. К подобным механизмам относятся, например, шахтные подъемные установки и одноковшовые экскаваторы.

Известно устройство защиты электродвигателей от перегрузки, срабатывание которого происходит с зависимой от тока дви- 1р гателя выдержкой времени (1).

В этом устройстве зависимость выдержки времени от тока должна быть такой, чтобы защита срабатывала при максимально допустимой температуре обмоток I5 двигатсля.

Известно также устройство защиты, которое содержит последовательно соединенные датчик тока двигателя, функциональный преобразователь, интегратор и испол- 2р нительное реле, к входу которого через стабилитрон токовой отсечки подключен выход датчика тока, выходом подсоединенного к измерительному шунту тока в якоре двигателя, а входы питания упомянутых датчика тока, функционального преобразователя, интегратора и исполнительного реле подключены к минусовой шине питания (2). Данное техническое решение является наиболее близким к описываемому Зр по технической сущности и достигаемому результату.

Однако это устройство не обеспечивает защиту двигателей постоянного тока, при эксплуатации которых возможен режим работы на упор. Действительно, при работе на упор якорь двигателя неподвижен и ток к обмотке якоря поступает через щетки и одни и те же пластины коллектора. В результате даже при токах, значительно меньших номинального (т. е. длительно допустимого по условиям нагрева обмотки якоря), эти пластины перегреваются и коллектор выходит из строя. Так, по данным заводов-изготовителей, стоянка под током двигателей постоянного тока шахтных подъемных машин допускается при номинальном токе — в течение 2 мин, при токе

25% от номинального — 5 мин.

Цель изобретения — повышение чувствительности защиты при работе двигателя на упор.

Для достижения этой цели устройство для защиты двигателя постоянного тока от перегрузки, содержащее последовательно соединенные датчик тока, функциональный преобразователь, интегратор и исполнительное реле, к входу которого через стабилитрон токовой отсечки подключен выход датчика тока, входом подсоединенного

655012 к измерительному шунту тока в якоре двигателя, а входы питания упомянутых датчика тока, функционального преобразователя, интегратора и исполнительного реле подключены к минусовой шине питания, дополнительно снабжено индикатором скорости двигателя, выполненным из последовательно соединенных тахогенератора, выпрямителя, нелинейного усилителя и инвертора. При этом выходы упомянутых нелинейного усилителя и инвертора подключены к функциональному преобразователю, выполненному с автоматически перестраиваемой характеристикой вход-выход, вход питания индикатора скорости двигателя подсоединен также к минусовой шине питания. его стабилитроны, используемые для кусочно-линейной аппроксимации, включены в общую цепь прямого канала регулирования и обратных связей, каждая из которых содержит последовательно соединенные резистор и диод, причем выход нелинейного усилителя индикатора скорости двигателя подключен к основному входу функционального преобразователя, а выход инвертора через стабилитрон — к обратным связям функционального преобразователя в точках, являющихся общими для резисторов и диодов.

В результате при работе двигателя на упор ряд обратных связей функционального преобразователя оказывается отключенным благодаря действию сигнала, поступающего с выхода инвертора, а при вращении -двигателя функциональный преобразователь нечувствителен к токам, меньшим номинального, благодаря действию сигнала с выхода нелинейного усилителя, Это позволяет в своей совокупности при работе двигателя на упор существенно повысить чувствительность функционального преобразователя и соответственно защиты в целом к току якоря двигателя.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — примерные зависимости выдержек времени от тока якоря двигателя для режимов стоянки (т. е. работы на упор) и вращения.

Устройство содержит датчик 1 тока, к входу которого подключен измерительный шунт 2 тока в якоре 3 двигателя, получающего питание от источника 4 напряжения; функциональный преобразователь 5, включающий усилитель 6 с инвертирующим

7 и неинвертирующим 8 входами, транзистор 9, резисторы 10 — 20, диоды 21 — 25 и стабилитроны 26 — 29; интегратор 30; исполнительное реле 31; индикатор 32 скорости двигателя, состоящий из тахогенератора 33, выпрямителя 34, нелинейного усилителя 35 и инвертора 36; стабилитрон 37 токовой отсечки. На фиг. 2 приняты обозначения: I — ток якоря (в долях от номид нального); 1 — время; 3 (I „— зависимости

65 для режима стоянки двигателя (кривая

38) и режима его вращения (кривая 39).

Работает устройство следующим образом.

Снимаемый с шунта 2 сигнал, пропорциональный току якоря, поступает на вход выполненного по одной из известных схем датчика 1 тока, где производятся его усиление и гальваническая разрядка. С выхода датчика тока пропорциональное току якоря положительное напряжение через резистор 10 подается на основной вход функционального преобразователя 5. Кроме того, в функциональный преобразователь поступают входные сигналы: с выхода нелинейного усилителя 35 через резистор

11, с выхода инвертора 36 через стабилитроны 26 и 27, а выходной сигнал выделяется на резисторе 20. Функциональный преобразователь содержит операционный усилитель 6 и транзистор 9, который выполняет 1функции нереверсивного усилителя напряжения, что облегчает формирование требуемой функциональной зависимости вход-выход преобразователя. Усилитель 6 и транзистор 9 охвачены отрицательными обратными связями: через резистор 12, через резистор 13 и диод 21, через стабилитрон 28, резистор 14 и диод 22, через стабилитрон 29, резистор 16 и диод 22 и положительными обратными связями: через стабилитрон 28, резистор 15 и диод23, через стабилитрон 29, резистор 17 и диод

23.

При работе двигателя на упор напряжение на выходе нелинейного усилителя 35 равно нулю, а на выходе инвертора 36— некоторой фиксированной положительной величине, достаточной для пробоя стабилитронов 26 и 27. В результате диоды 21 и 23 заперты встречным напряжением и обратные связи через резисторы 13, 15 и

17 оказываются отключенными. В этих условиях по мере увеличения тока якоря двигателя коэффициента передачи функционального преобразователя 5 вначале определяется отрицательной обратной связью через резисторы 12 и соотношением сопротивлений резисторов 18 и 20. Затем происходит пробой стабилитрона 28 и в работу дополнительно вводится отрицательная обратная связь через резистор 14 и диод 22, однако коэффициент передачи преобразователя в целом возрастает благодаря подпитке резистора 20 током дополнительно через резистор 19 и диод 24.

При дальнейшем увеличении тока якоря происходит пробой стабилитрона 29 и в работу дополнительно вводится отрицательная обратная связь через резистор 16 и диод 22, однако коэффициент передачи преобразователя в целом еще более увеличивается благодаря подпитке резистора 20 дополнительно током через диод 25. Таким образом, путем выбора резисторов 12, 14, 10

20

55

16, 18, 19, 20 и стабилитронов 28 и 29 осуществляется аппроксимация требуемой функциональной зависимости ломаной линией, состоящей из трех прямолинейных отрезков, что вполне удовлетворяет предьявляемым требованиям.

При необходимости . точность аппроксимации может быть повышена, если вместо двух стабилитронов 28 и 29 применить тои стабилитрона и более. Включение указанных стабилитронов в общую цепь прямого канала регулирования и обратных связей функционального преобразователя позволяет существенно расшиоить диапазон выдержек времени за цитьт при относительно небольшом напряжении коллектора транзистора 9.

Когда двигатель вращается, напряжение тахогенератора ЗЗ через выпрямитель 34 тоступает на вход нелинейного усилителя

35 и на его выходе устанавливается положительное напряжение фиксированной величины, а напряжение на выходе инвертооа 36 обращается в нуль. Резистор 11 выбиоается таким образом, чтобы поступающий через него на вход усилителя 6 сигнал при номинальном токе якоря 3 был равен сигналу с выхода датчика тока. Поэтому напряжение на выходе функционального преобразователя появляется только при возрастании тока якоря сверх номинального значения. Так как обратные связи через диоды 21 и 23 функционируют, то с их помощью оказывается возможным осуществить аппроксимацию требуемой лля режима вращения функции независимо от того, какой вид имеет функция, аппооксимиоованная для режима работы на упор.

По мере возрастания тока якоря коэффициент передачи функционального преобразователя на первом отрезке аппроксимирующей ломаной линии определяется совместным действием обратных связей через резистор 12 и последовательно соединенные резистор 13 и диод 21. Поэтому независимо от сопротивления резистора 12, оппеделяющего коэффициент передачи преобттазователя для режима работы на упор, необходимый коэффициент передачи для режима вращения может быть получен за счет выбора только резистора 13. После пробоя стабилитрона 28 (т. е. на втором отрезке ломаной линии) в работу дополнительно вводится также обратная связь через резистор 14 и диод 22, функционирующая и при работе на упор, и обратная связь через резистор 15 и диод 23, функци-" онирутощая только при вращении двигателя. Необходимый коэффициент передачи на этом отрезке для режима вращения двигателя устанавливается резистором 15, и поэтому уже выбранный с помощью резистора 14 коэффициент передачи для режима работы на упор также не наруша25

45 ется. Аналогичная картина имеет место и после пробоя стабилитрона 29 (т. е. на третьем отрезке ломаной линии), так как и в этом случае в работу вводятся сразу две обоатных связи: через резистор 16 и диод 22 и через резистор 17 и диод 23, поичем последняя функционир ет только при вр а шенин двига тел я.

Снимаемый с резистора 20 выходной сигнал функционального преобразователя поступает на вход интегратора 30, выполненного по одной из известных схем. Сигнал на выходе интсгратооа возрастает во времени с тттттенст вностью, пропорциональной входном сигна v. Когда выходной сигнал ттнтегратооа достигает заданной величины, спабатывает исполнительное реле 31 и через источник 4 н пряжения подается команда на снятие перегр зки двигателя.

В, стпойстве предусмотрена также токовая отсечка, выполненная на стабилитроне

37. Если ток якоря двигателя достигает ве.личины, пои которой зашита должна срабатывать мгновенно, то стабилитрон 37 пробивается и сигнал с выхода датчика 1 тока проходит на вход исполнительного реле

31, мин я ф1 нкцттональный преобразователь 5 и интегпатотт 30.

Поимерньте характеристики 38 и 39 устройства защиты. реализующие требуемые д функциональные зависимости f (т, ), приведены ппиментттельно к условиям работы шахтной подъемной установки. Если подьемная машина застопорена механическим тормозом и отс тств ет сигнал задания на движение, то система авторегулирования должна поддеттжттвать в цепи якоря двигателя практически нучевое значение тока, с .тттествениое отклонение от которого может пооизойти только nDH каких-либо негол.тдках B сттстеме (например, при неиспоавности схемы гашения напряжения генеоатора в системе генератоо-двигатель).

На автоматизированной подъемной установке, где отсутствует визуальный контроль за состоянием системы со стороны машиниста, подобная неисправность может оставаться нс обнаохженной в течение длительного времени. Поэтому для режима стоянки согласно характеристики 38 отсчет выдеожки времени начинается уже поп токах, составляющих, например, около

10% от номинальHorn, На многих подъемHbIx становках машинист для предотвращения поворота барабана в обратную стоттою под действием статической неуравновешенности должен вначале создать достаточиьтй двигательный момент и лишь после этого пооизводить растормаживание машины. Так как в этих условиях осуществить точное дозирование необходимой величины двт гательного момента затруднительно, то для режима стоянки согласно характеристики 38 допускается протекание тока яко655012 ря, значительно превышающего номинальный, в течение небольшого промежутка времени, например, порядка 2 — 3 с, необходимого для растормаживания машины.

В результате характеристика 38 приобретает в целом вид, близкий к гиперболе.

Для режима вращения отсчет выдержки времени -согласно характеристики 39 начинается при токах выше номинального.

Таким образом, выполнение функционального преобразователя с автоматически перестраиваемой по команде индикатора скорости двигателя характеристикой вход-выход позволяет существенно повысить чувствительность защиты при работе двигателя на упор.

Формула изобретения

Устройство для защиты двигателя постоянного тока от перегрузки, содержащее последовательно соединенные датчик тока, функциональный преобразователь, интегратор и исполнительное реле, к входу которого через стабилитрон токовой отсечки подключен выход датчика тока, вход которого подключен к измерительному шунту тока в якоре двигателя, а входы питания упомянутых датчика тока, функционального преобразователя, интегратора и испол5 нительного реле подключены к минусовой шине питания, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты при работе двигателя на упор, оно дополнительно снабжено индикатором ско10 рости двигателя, выполненным из последовательно соединенных тахогенератора, выпрямителя, нелинейного усилителя и инвертсра, причем выходы упомянутых нелинейного усилителя и инвертора подключены к

1Б функциональному преобразователю, выполненному с автоматически псрестраиваемой характеристикой вход — выход, а вход питания индикатора скорости двигателя подключен также к минусовой шине питания.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 399955, Н 02 Н 7/08, 1974.

2. Патент Франции № 2277513, Н 02 Н

25 7i085, опублик. 1973.

655012

)! (J

Фиг. 2

Составитель Т. Щеголькова

Техред А. Камышникова Корректор P. Беркович

Редактор И. Грузова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 315/15 Изд. № 261 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, SK-35, Раушская наб., д. 4/5