УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
CONTROL UNIT FOR THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR OPERATION

Изобретение относится к схемам защиты электрических машин, а точнее, к схемам защиты асинхронных электродвигателей при нарушении одной из фаз и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов для защиты асинхронных электродвигателей от неполнофазных режимов в питающей сети.
Известно устройство для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя от исчезновения напряжения в фазах питающей сети [SU 1112477, кл. Н02Н 7/09, 1983], содержащее три реле контроля фаз сети, питающей электродвигатель, обмотки которого соединены в звезду, три конденсатора, подключенных к зажимам электродвигателя через замыкающие контакты указанных реле, три цепочки, состоящие из последовательно включенных размыкающих контактов двух соответствующих реле контроля, первые выводы которых присоединены к нулевому проводу питающей сети.
Недостатком такого устройства является то, что подключение нулевой точки двигателя и нулевой точки сети осуществляется только при обрыве двух фаз сети и не используется преимущество такой коммутации при обрыве одной фазы.
Известно устройство для защиты электродвигателя от неполнофазных режимов [SU №1181044, кл. Н02Н 7/09, 1982], содержащее магнитный пускатель, исполнительные контакты которого включены в провода питания электродвигателя последовательно с контактами защитного автомата, обмотка магнитного пускателя включена последовательно с кнопками "Стоп" между нулевым и фазным проводами питания, реле защиты, обмотка которого подключена через тиристор к выходу трехфазного выпрямителя, подключенного к проводам питания электродвигателя после контактов магнитного пускателя, параллельно кнопке "Пуск" подключены первые замыкающие контакты реле защиты, в котором нулевая точка обмотки статора асинхронного двигателя соединена с нулевым выводом источника питания.
Это устройство при обрыве фазы сети обеспечивает безаварийную работу электродвигателя при нагрузках не более 70% от номинальной. Кроме того, в нормальном режиме по обмоткам статора двигателя и проводнику, связывающему нулевую точку двигателя с нулевой точкой сети, протекают токи третьей гармоники сетевого напряжения, вызванные насыщением сердечника двигателя. Эти токи вызывают дополнительные потери и снижают КПД двигателя.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, управляющее безаварийной работы асинхронного электродвигателя от обрыва одной из фаз питающей сети [RU №2061288, кл. Н02Н 7/08, 1992], содержащее кнопки "Пуск" и "Стоп", два магнитных пускателя, один из которых с тепловым реле, промежуточное реле и конденсаторы, соединенные по схеме «треугольник» и подключенные к фазам сети после замыкающих контактов магнитного пускателя с тепловым реле до его нагревателей, и два диодных выпрямителя, один из которых подключен анодами к фазам сети до замыкающих контактов магнитного пускателя с тепловым реле, а его катоды соединены между собой, другой выпрямитель подключен анодами к фазам сети после замыкающих контактов первого магнитного пускателя, а его катоды соединены между собой, замыкающие контакты промежуточного реле и второго магнитного пускателя соединены параллельно и подключены одним концом к общей точке катодов другого выпрямителя.
Это устройство позволяет сохранить положительные свойства соединения нулевой точки сети с нулевой точкой статора в аварийном режиме и предотвратить при этом дополнительные потери при наличии такой связи в нормальном режиме работы.
Однако это устройство не позволяет обеспечить надежную защиту двигателя при обрыве фазы, так как тепловое реле, входящее в его схему, обеспечивает защиту только от перегрузки, но не обеспечивает защиту при обрыве фазы самого двигателя, так как время срабатывания теплового реле зависит от превышения тока над током срабатывания, установленного для него. Обычно тепловые реле срабатывают при превышении тока выше 20% над током срабатывания (током уставки) [М.Д.Горенштейн. Справочник электромонтера. Т.1. Новосибирск: Зап.-Сиб. Изд-во, 1983]. При обрыве одной из фаз, если в обеих фазах и нулевом проводе сети ток будет больше тока уставки, тепловое реле отключит двигатель примерно через 20 мин, но в том случае, если ток окажется выше номинального, но ниже тока срабатывания теплового реле, оно не сработает и в случае возможной аварийной ситуации не отключит двигатель, что может привести к нежелательным последствиям.
Задачей заявляемого решения являются обеспечение надежности работы асинхронного трехфазного электродвигателя и его сохранность при обрыве одной из фаз, а также упрощение конструкции.
Поставленная задача решается тем, в устройство управления трехфазным асинхронным электродвигателем при обрыве одной из фаз питающей сети, содержащее кнопки "Пуск" и "Стоп", два магнитных пускателя, один из которых с тепловым реле, промежуточное реле и конденсаторы, соединенные по схеме «треугольник» и подключенные к фазам сети после замыкающих контактов магнитного пускателя с тепловым реле до его нагревательных элементов, введены двухполюсный автомат с током срабатывания теплового расцепителя ниже 100% от номинального тока двигателя, диодный мост и цепочка из соединенных последовательно регулировочного резистора и конденсатора, при этом замыкающие контакты промежуточного реле и второго магнитного пускателя без теплового реле соединены между собой параллельно и подключены одним концом к первому зажиму катушки этого магнитного пускателя, а другим концом к одной из фаз сети до теплового реле, а силовой замыкающий контакт второго пускателя подключен между нулевой точкой обмотки статора двигателя и нулевым проводом сети через общую точку соединения входа диодного моста, второго зажима катушки второго пускателя и одного из контактов одного из полюсов двухполюсного автомата, другой контакт этого полюса соединен с нулевым проводом сети, а другой полюс введенного двухполюсного автомата включен последовательно в цепь катушки магнитного пускателя с тепловым реле, при этом один из выходов диодного моста подключен к катушке промежуточного реле, зашунтированной конденсатором, соединенным последовательно с регулировочным резистором, который подключен к другому выходу диодного моста, кроме того, параллельно катушке магнитного пускателя без теплового реле установлено сигнальное устройство.
Сравнение заявленного технического решения с известными решениями из уровня техники показало, что оно отличается наличием средств защиты при превышении загрузки и увеличении тока хотя бы в одной из сохранившихся фаз выше номинального, что позволяет судить о соответствии критерию «новизна».
Устройство является промышленно применимыми, и разработанные технические средства соответствуют критерию изобретательский уровень, так как они явным образом не следуют из уровня техники.
При этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными существенными признаками, для достижения указанного технического результата.
На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Обмотка статора электродвигателя 1 подключена к трехфазной сети через автомат 2 и магнитный пускатель с тепловым реле, имеющий катушку 3, силовые контакты 4 и блок-контакт 5. Нагревательные элементы теплового реле 6 с контактом 21 подключены к сети через обмотки электродвигателя. Включение и отключение двигателя происходит при нажатии кнопок "Пуск" 7 и "Стоп" 8 соответственно. Конденсаторы 9 служат для компенсации реактивной мощности двигателя и обеспечения его безаварийной работы при обрыве одной из фаз сети питания. Вход диодного моста 10 подключен к нулевым точкам сети и обмотки статора двигателя, а его выход к катушке 11 промежуточного реле, зашунтированной конденсатором 12, соединенным последовательно с регулировочным резистором 13, подключенным к одному из выходов диодного моста 10, замыкающие контакты 14 и 15 соответственно промежуточного реле 12 и второго магнитного пускателя без теплового реле соединены между собой параллельно и подключены одним концом к зажимам катушки 16 этого пускателя, силовой замыкающий контакт 17 которого подключен между нулевыми точками сети и обмотки статора. Полюс 18 двухполюсного автомата включен последовательно в цепь катушки 3 магнитного пускателя с тепловым реле, а другой его полюс 19 соединен одним из контактов с нулевым проводом сети, а другим с обмоткой статора двигателя 1 через точку соединения входа диодного моста 10, второго силового контакта второго пускателя 17 и второго зажима его катушки. Параллельно катушке 16 второго магнитного пускателя установлено сигнальное устройство 20.
Устройство работает следующим образом.
При включении двигателя в сеть включают основной пусковой автомат 2 и двухполюсный автомат, который установлен на срабатывание при ниже 100% от номинального тока.
При нажатии кнопки 7 «Пуск» включаются контакты 4 первого магнитного пускателя с тепловым реле 6, двигатель, конденсаторы, соединенные по схеме «треугольник», подключенные к фазам сети после замыкающих контактов 4 первого магнитного пускателя до его теплового реле 6. Конденсаторы предназначены для компенсации реактивной мощности двигателя. Нулевые точки сети и обмотки 1 статора не соединены, при этом промежуточное реле обесточено и катушка второго пускателя тоже, так как напряжение между нулевыми точками сети и нулем обмотки статора недостаточно для срабатывания промежуточного реле. Цепочка последовательно соединенных конденсатора 12 и регулировочного резистора 13 создает задержку и исключает ложное срабатывание в переходном процессе пуска.
При обрыве фазы напряжение между нулевыми точками сети и обмотки статора возрастает, напряжение на входе диодного моста увеличивается в разы, срабатывает промежуточное реле 11 и своим контактом 14 подключает катушку 16 второго пускателя без теплового реле, который своим силовым контактом 17 соединяет между собой нулевые точки обмотки статора и сети и включает сигнальное устройство 20 (например, лампочку). При этом конденсатор 12 цепочки шунтирует контакты катушки промежуточного реле 11, а блок-контактом 15 второго магнитного пускателя шунтируется контакт 14 промежуточного реле 11. По нулевому проводу сети через один из полюсов 19 двухполюсного автомата идет ток, величина которого примерно равна току каждой из двух «целых» фаз двигателя. Если этот ток меньше тока срабатывания, то двигатель продолжает работать, сигнальное устройство 20 при этом фиксирует обрыв фазы. Если ток превышает ток срабатывания автомата, то через некоторое время двухполюсный автомат отключится и своим контактом 18 отключит катушку 3 первого магнитного пускателя, и контакт 4 разорвет цепь, и двигатель отключится от сети. Если ток меньше тока срабатывания двигателя, то двигатель продолжает работать, предоставляя персоналу возможность принять меры по ликвидации аварии без сбоев и перерыва в работе потребителя.
Таким образом, заявленное устройство позволяет управлять работой двигателя при обрыве одной из фаз, так как он либо работает, либо отключается, при этом схема позволяет снизить энергозатраты, так как компенсируется реактивная мощность, обеспечивается возможность безаварийной работы, сигнализация при обрыве фазы и защита двигателя от перегрузки.