КОНТАКТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ПРИ НЕПОЛНОФАЗНОМ РЕЖИМЕ

Контактор для управления и защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме.
Известные контакторы Л-2 ,стр.627 имеют тот недостаток, что не отключаются при обрыве одной фазы в питающей сети, а в одном случае обрыва фазы допускают включение двигателя на две фазы. Поясняющие схемы даны в приложении.
Работа двигателя на двух фазах, и особенно его включение на две фазы, приводит к повреждению статорной обмотки двигателя, из-за возрастания в ней тока.
Известны многочисленные устройства защиты двигателей трехфазного тока при обрыве фазы.
Однако повреждаемость двигателей трехфазного тока остается высокой. Наиболее часто повреждаются двигатели небольшой мощности и особенно двигатели, работающие в автоматическом повторно-кратковременном режиме.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить более высокую степень надежности защиты двигателей при неполнофазном режиме.
Поставленная цель достигается путем создания контактора обладающего свойством отключаться при обрыве любой фазы и не включаться ног две фазы.
Необходимые свойства, соответствующие поставленной цели, контактору придает трехфазная трехпроводная катушка, Л-3, используемая в качестве намагничивающей.
Катушка наматывается плоским жгутом, состоящим из трех проводящих полос4П,2П,ЗП и трех изоляционных прокладок 1И,2И,ЗИ между ними, Фиг.1.
Катушка образует три ленточных конденсатора, соединенных в треугольник
у которых обкладками являются три проводящие полосы, Фиг.2. Причем, каждая проводящая полоса является обкладкой у двух конденсаторов:
1
3
2
3
1П-у C-С, 2П-у С.-С2, 3П-у С-С.
с1
с3
с2
c1
с3
с2
При подключении проводящих полос к трехфазной сети наружными концами -1Н,2Н и 3Н по проводящими полосам идут зарядные токи двух конденсаторов по каждой, Фиг.2. По П1-###U304 и ###U304; по П2- ###U304 и ###U304; по П3- ###U304 и ###U304.
Согласно первому закону Кирхгофа:
1П
c1
c3
2П
с2
cl
3П
c3
c2
###U304 =###U304-###U304; ###U304=###U304 -###U304 ; ###U304= ###U304-###U304, ФиГ.2
Причем в любом сечении проводящей полосы ток одинаков.
Основание-Первый закон Кирхгофа.
ж
1п
2п
3п
ж
c1
c3
c2
c1
с2
Сумма токов в жгуте: ###U304 =###U304 +1+1 равна: ###U304=###U304-###U304+###U304-###U304 +###U304сз-###U304=0
к
ж
ж
Векторная диаграмма токов в жгуте представлена на Фиг.3. Таким образом, трехфазная трехпроводная катушка при присоединении к источнику трехфазного тока наружными концами проводящих полос не обладает намагничивающей силой F=I·W=0, Л-1, стр.79 и является источником реактивной мощности:
л
c
Q=3UI, где
Q-реактивная мощность катушки, вар.;
л
U,-линейное напряжение сети включения, В;
c
I-зарядный ток конденсатора  , где :
ω -угловая частота переменного тока равная 314 рад./с;
С-емкость конденсатора, Ф
∈-относительная диэлектрическая проницаемость материала прокладки;
0
12
∈-абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная 8,86-10' Ф/м;
2
S-площадь проводящей полосы,м;
d-толщина прокладки, м Л-4,стр.41 и Л-1,стр. 17.
Трехфазная трехпроводная катушка становится намагничивающей-индук-ционной, если в одной проводящей полосе, например в 3 IT изменить направление тока на обратное, путем ее присоединения к сети не наружным концом 3Н, а внутренним-3К, Фиг.4. Тогда суммарный ток в жгуте станет равен:
Векторная диаграмма дана на Фиг.3.
Намагничивающая сила трехфазной трехпроводной катушки при полнофазном режиме:
к
ж
ж
с
ж
F=I·W =3,46·###U304·W (2)
Тождественный результат получается и при изменении направления тока в проводящей полосе 1П и 2П.
л
c
Реактивная мощность катушки Q=3U·###U304, вар (3)
При обрыве одной фазы в питающей сети намагничивающая сила трехфазной трехпроводной катушки уменьшается. Степень уменьшения зависит от того какая фаза оборвана.
На Фиг.6, Фиг.7, и Фиг.8 представлены три случая обрыва фазы. В каждом из трех случаев в жгуте сохраняются два конденсатора. Один -с одной прокладкой и неизменной емкостью:
и второй- с прокладкой удвоенной толщины:
Суммарная емкость двух конденсаторов, сохраняющихся в жгуте и соединенных параллельно равна Л-1,стр.20.
k
а именно С,=1,5·С, где
к
С-электрическая емкость жгута при обрыве одной фазы;
С-емкость одного конденсатора.
к
Суммарный зарядный ток конденсаторов катушки в каждом случае обрыва фазы равен I=1,5Iс.
Ток в жгуте при обрыве фазы А и фазы В показан на поясняющих схемах Фиг.6а и Фиг.7а. Намагничивающая сила катушки в случаях обрыва фазы А и В
k
k
ж
ж
c
ж
F=F=I·W=1,5·I·W (4)
Ток в жгуте при обрыве фазы С равен нулю. Поясняющая схема показана на Фиг.8а. Намагничивающая сила катушки при обрыве фазы С равна нулю.
Таким образом, обнаруживается глубокое снижение намагничивающей силы в трехфазной трехпроводной катушке при любом случае обрыва фазы. Соотношение между намагничивающими силами при полнофазном режиме и при обрыве одной фазы.
Полезная модель контактора обладает свойством нормально функционировать при полнофазном режиме и аварийно отключаться при обрыве любой фазы. Кроме того, шунтирование кнопки «пуск» в цепи управления осуществляется силовым контактом контактора, а не блок-контактором, как это предусматривается в известных контакторах.
1
2
3
Полезная модель контактора (Фиг.9) состоит из магнитопровода -МП с подвижным якорем-Я, механически соединенным с силовыми контактами K,K,K, из намагничивающей катушки-КК с проводящими полосами -1П,2П,ЗП, содержит зажимы 1,2,3 для присоединения к сети, а зажимы 4,5,6 для присоединения двигателя и зажим 7, соединенный с концом 3К третьей проводящей полосы. Цепь управления с кнопками «пуск» и «стоп» изображена штриховой линией.
Работа «контактора»:
1
3
1. Отключенное состояние контактора. Две проводящие полосы катушки соединены постоянно наружными концами 1Н и 2Н с двумя фазами цепи. Третья проводящая полоса 3П, включаемая в цепь управления концом, отключена от своей -третьей фазы, контактом кнопки «пуск». Намагничивающая сила катушки равна нулю, якорь магнитопровода отпал и разомкнул силовые контакты К,К2,К. Двигатель остановлен.
2. Включение контактора и двигателя.
3
Нажатием кнопки «пуск» замыкается цепь управления : внутренний конец К третьей проводящей полосы -зажим7-кнопка «стоп»-замкнувшийся при нажатии контакт кнопки «пуск»-третья фаза. Три проводящие полосы, две из которых
к
c
1
2
3
3
k
л
c
соединены с двумя фазами сети наружными концами 1Н и2Н и третья 3П, соединенная с третьей фазой внутренним концом 3К, возбуждают в катушке контактора намагничивающую силу F=3,46-I·Wж, обеспечивающую срабатывание контактора. Притянувшийся к магнитопроводу якорь замыкает силовые контакты К,К,К. Двигатель включается. Отпущенная кнопка «пуск» шунтируется силовым контактом К по цепи: зажим6-контакт кнопки «пуск» со стороны кнопки «стоп». Двигатель остается в работе. Контактор генерирует в сработавшем (во включенном состоянии) реактивную мощность : Q=3U·I.
1
2
3
k
л
c
3. Отключение контактора и двигателя производится нажатием кнопки «стоп», которая своим контактом разрывает цепь управления и снимает напряжение третьей фазы с 3К. Две другие проводящие полосы остаются включенными на две фазы, однако не создают в катушке намагничивающую силу. Якорь отпадает и размыкая силовые контакты К,К;К, отключает двигатель. Катушка отключенного контактора продолжает генерировать реактивную мощность Q=1,5U·I.
4. Аварийное отключение контактора происходит при обрыве любой фазы из-за глубокого снижения намагничивающей силы в катушке-до нуля или до 0,43 от расчетного (номинального) значения.
5. Управление двигателем при повторно-кратковременном режиме. При переводе контактора и двигателя в повторно-кратковременный режим работы кнопка «пуск» заменяется датчиком. Связь цепи управления с зажимом 6 разрывается.
Полезная модель контактора с трехфазной трехпроводной намагничивающей катушкой, один из силовых контактов которого используется в цепи управления для шунтирования кнопки «пуск», решает надежно и простейшим способом проблему защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме. Кроме того, контактор не потребляет, а генерирует реактивную мощность во включенном и отключенном состоянии. При массовом производстве таких контакторов и их широком внедрении, отпадет надобность в известных более сложных устройствах. По истине прав мудрец, сказавший: «Упрощайте и получите самое существенное»
Полезная модель контактора, представленная на рассмотрение, не известна из источников в патентной информации, обладает существенной новизной и промышленной применимостью, и по мнению автора, нуждается в защите авторским свидетельством, а возможно и патентом.
Учитывая широкую перспективу внедрения в промышленности новой модели контактора, оригинальное и предельно простое решение проблемы защиты двигателя, а также многолетний труд автора в обозначенной области, прошу рекомендовать присвоение полезной модели контактора, имя ее создателя.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. В. Е. Китаев, П. С. Шляпинтох. Электротехника с основами промышленной электроники «Высшая школа». Москва 1973 год.
2. И. В. Чернобровов. Релейная защита. «Энергия». Москва 1974 год.
3. Патент на изобретение «Трехфазная трехпроводная катушка» №2221294. Автор М. С. Турусов. Приоритет от 21 августа 2000 г. Зарегистрирован в Госреестре РФ 10 января 2004 г.
4. А. С. Касаткин. Основы электротехники «Высшая школа». Москва, 1975 год.