ПУСКО-ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам, осуществляющим пуск, автоматическое управление электропитанием и автоматическое отключение электротехнических аппаратов, например промышленного холодильника при недопустимом отклонении рабочих параметров от заданных, и может быть использовано для обеспечения нормальной работы холодильника при питании от электросети с пониженным напряжением.
В качестве аналога предлагаемой полезной модели принято «Устройство защитного отключения» (патент на полезную модель 119933 RU кл. Н01H 71/00, приоритет 06.04.2012). Это устройство содержит датчик дифференциального тока, устройство сравнения, индикатор состояния устройства, исполнительный орган, в цепь управления которого включен ключ, схему временной задержки срабатывания по току утечки, схему срабатывания по превышению напряжения сети и схему питания. Данное устройство обеспечивает аварийное отключение оборудования при возникновении аномальных ситуаций, в том числе при недопустимом изменении напряжения питающей электросети. Предусмотрена также возможность задержки срабатывания устройства при наличии тока утечки и индикация состояния оборудования (включено-выключено). Недостатками данного устройства являются ограниченное количество контролируемых параметров работы и состояния подключенного оборудования, а именно, не предусмотрено автоматическое отключение холодильника в случае недопустимого отклонения от заданных рабочих параметров (тока, напряжения, температуры) Отсутствует диагностическая индикация работы устройства, позволяющая определить причину, вызвавшую отключение защищаемого объекта от питания. Не предусмотрено управление режимом питания в период пуска и работы оборудования. В качестве прототипа предлагаемой полезной модели принято «Защитно-информационное устройство» (патент на полезную модель 161347 RU, кл. Н02Н 3/32, приоритет 17.11.2015). Это устройство содержит датчики температуры, датчик напряжения и датчик тока, выходы которых соответственно соединены с компараторами верхнего и нижнего уровней напряжения и первым компаратором тока, выход которого подключен через первый логический элемент ИЛИ, соединенный последовательно с первым блоком временной задержки, ко входу коммутатора, выходы которого соединены с блоком информации и со вторым логическим элементом ИЛИ, подключенного своим выходом через блок управления УЗО (блок имитации тока утечки) ко входу УЗО, соединенному с силовым входом холодильной установки. Известное устройство обеспечивает автоматическое отключение холодильника в случае недопустимого отклонения от заданных рабочих параметров (тока, напряжения, температуры) и позволяет осуществить автоматическую диагностику для быстрого устранения повреждений. Однако в известном устройстве при пуске компрессора потребляемый компрессором ток возрастает до 3-5 Iп. Поэтому в момент пуска компрессора напряжение на выходе автотрансформатора снижается, и процесс пуска затягивается. Это приводит к перегреву компрессора холодильника и возможному возгоранию. Другим недостатком данного устройства является невозможность работы холодильника при пониженном напряжении электросети, например, до 140 В. Таким образом, использование известного устройства, например, для комплексной защиты холодильника не может обеспечить аварийное отключение оборудования при всевозможных аномальных ситуациях и таким образом не обеспечивает необходимой надежности устройства.
Задачей заявляемой полезной модели является создание пуско-защитного устройства, способного обеспечить работу промышленного холодильника как при повышенном, так и при пониженном напряжении электросети и исключить перегрев компрессора во время пуска.
Поставленная задача достигается тем, что пуско-защитное устройство промышленного холодильника, содержащее датчики температуры, датчик напряжения и датчик тока, выходы которых соответственно соединены с компараторами верхнего и нижнего уровней напряжения и первым компаратором тока, выход которого подключен через первый логический элемент ИЛИ, соединенный последовательно с первым блоком временной задержки, ко входу коммутатора, выходы которого соединены с блоком информации и со вторым логическим элементом ИЛИ, подключенного своим выходом через блок управления УЗО ко входу УЗО, соединенному с силовым входом холодильника, снабжено автотрансформатором с обмоткой, разделенной на рабочие и пусковую секцию, вторым компаратором тока, компаратором максимального уровня напряжения, двумя инверторами, двумя логическими элементами И, первые входы которых подключены к введенному генератору импульсов, вторые - соответственно к компаратору верхнего и компаратору нижнего уровней напряжения, третьи - к соответствующим инверторам, а выходы - к введенному реверсивному регистру, вторым блоком временной задержки, переключателем и четырьмя релейными блоками, при этом выход второго компаратора тока через последовательно соединенные второй блок временной задержки и переключатель подключен к УЗО, а силовые входы переключателя соединены с выводами X и F пусковой секции обмотки автотрансформатора, соединенной с датчиком напряжения, выводы А, В, С, D рабочих секций обмотки автотрансформатора соединены соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого релейных блоков, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного регистра, при этом управляющие входы первого и четвертого релейных блоков дополнительно подключены соответственно к первому и второму инверторам, выход датчика напряжения соединен со входом компаратора максимального уровня напряжения, выход которого подключен ко входам первого логического элемента ИЛИ и коммутатора, а силовой выход датчика тока соединен с силовыми входами первого, второго, третьего и четвертого релейных блоков.
Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик промышленного холодильника, в частности, повышение надежности.
Сущность полезной модели заключается в том, что предлагаемая схема устройства построена таким образом, что осуществляется контроль максимальных значений рабочих параметров, при превышении которых происходит аварийное отключение питания, контролируется и поддерживается допустимое напряжение питания, а также за счет реализации форсированного пуска исключается перегрев компрессора во время пуска.
На фиг. 1 показана часть схемы устройства, на фиг. 2 - вторая часть схемы устройства.
Пуско-защитное устройство содержит автотрансформатор 1 с обмоткой, разделенной на рабочие и пусковую секции, имеющие соответственно выводы А, В, С, D и X, F, датчик напряжения 2, а также датчик тока 3 и датчики температуры 4. 5. предназначенные соответственно для контроля температуры компрессора и устройства в целом. Датчик напряжения 2 соединен с компараторами 6, 7, 8 соответственно верхнего, нижнего и максимального уровней напряжения, датчик тока 3 - с компараторами тока 9, 10, а датчики температуры 4 и 5 соединены соответственно с компараторами первого и второго датчиков температуры 11, 12. Устройство также содержит два логических элемента ИЛИ - 13 и 14, два логическими элементами И - 15 и 16, блоки временной задержки 17, 18, инверторы 19, 20, реверсивный регистр 21, генератор импульсов 22. релейные блоки 23, 24, 25, 26, переключатель 27, коммутатор 28, блок информации 29, блок управления УЗО 30, стандартное устройство защитного отключения, далее УЗО 31, блок индикации 32, радиомодем 33, блок питания 34, предназначенный для питания электронных блоков, блоки опорного напряжения 35 и 36.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Напряжение питающей электросети подается через датчик тока 3 и релейные блоки 23, 24, 25, 26 на входные выводы A, В, С, D автотрансформатора 1. К выходу X автотрансформатора 1 подключен датчик напряжения 2, и через размыкающий контакт переключателя 27 вход УЗО 31. На выходе датчика напряжения 2 формируется постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине переменного напряжения, подаваемого через УЗО 31 на холодильник. Сигнал датчика напряжения 2 подается на входы компараторов 6 - нижнего уровня напряжения и 7 - верхнего уровня напряжения. На вторые входы этих компараторов подаются напряжения уставок с блока опорного напряжения 35. Если напряжение в электросети существенно понижено, то переключается компаратор нижнего уровня напряжения 7, который открывает схему «И» 16, и разрешает прохождение сигнала генератора импульсов 22 на один из входов реверсивного регистра 21. С выходов регистра 21 поочередно подаются управляющие сигналы на релейные блоки 23, 24, 25. 26, в соответствии с этим будут переключаться выводы А, В, С, Д рабочих секций обмотки автотрансформатора 1, таким образом, чтобы напряжение на его выходе повышалось. При достижении номинального значения напряжения компаратор 7 переключается и закрывает схему «И» 16, сигнал генератора импульсов 22 не поступает на вход реверсивного регистра 21. На регистре 21 фиксируется управляющее напряжение определенного выхода, при этом также фиксируется напряжение на выходе автотрансформатора 1. Предел сдвига регистра 21 ограничивается инвертором 20. Если напряжение на выходе автотрансформатора 1 существенно выше нормального, то переключается компаратор верхнего уровня напряжения 6, открывается схема «И» 15, импульсы от генератора 22 проходят на другой вход реверсивного регистра 21, происходит сдвиг в обратном направлении, и с помощью релейных блоков 23, 24, 25, 26 переключаются выводы рабочих секций А, В, С, Д обмотки автотрансформатора 1 таким образом, чтобы напряжение на выходе снизилось до номинального значения. Предел сдвига регистра 21 в обратном направлении ограничивается инвертором 19. Если напряжение в электросети повысится до максимально допустимого, то соответственно повысится напряжение на входе компаратора максимального уровня напряжения 8. Последний переключится и на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 13 и на соответствующий вход_коммутатора 28 будет подан управляющий сигнал. Выходным сигналом элемента «ИЛИ» 13 запускается первый блок временной задержки 18, который своим выходным сигналом закрывает коммутатор 28 на определенный интервал времени, в течение которого величина сетевого напряжения может снизиться до допустимого уровня. В этом случае блок информации 29 не реагирует на кратковременное изменение напряжения в электросети. Если возникшее повышение сетевого напряжения длительное и превышает время задержки, заданное блоком 18, то на выходе коммутатора 28 установится высокий уровень напряжения, которое через второй логический элемент «ИЛИ» 14 подается на вход блока управления УЗО 30, с выхода которого подается команда на отключение УЗО 31, и холодильник отключается. Кроме того, данная аварийная ситуация зафиксируется блоком информации 29, будет отмечена блоком индикации 32 и сообщена на диспетчерский пункт с помощью радиомодема 33.
При превышении максимального допустимого значения тока уровень сигнала датчика тока 3, поступающего на первый вход компаратора тока 10, превысит уровень уставки, поступающей на второй вход компаратора 10 от блока опорного напряжения 36 и соответствующей допустимому максимальному значению тока. Компаратор 10 переключается и выходное напряжение высокого уровня подается на схему «ИЛИ» 13 и коммутатор 28. Выходным напряжением высокого уровня запускается первый блок временной задержки 18, который выходным напряжением низкого уровня закрывает коммутатор 28 на определенный интервал времени, в течение которого значение тока может снизиться до номинального, а напряжение на выходе компаратора тока 10 вновь будет соответствовать низкому уровню тока. Это происходит при включении компрессора, когда ток на время пуска возрастает в 3-5 раз относительно номинального значения. В этом случае на входе элемента «ИЛИ» 14 сохраняется напряжение низкого уровня. Отключения УЗО 31 не происходит. Если напряжение, соответствующее повышенному значению тока, не снизилось за время, контролируемое блоком временной задержки 18, то на вход элемента «ИЛИ» 14 будет подан с выхода коммутатора 28 высокий уровень напряжения. Соответственно высокий уровень напряжения будет подан на вход блока управления УЗО 30, что приведет к срабатыванию УЗО 31 и отключению холодильника от электросети. Данная аварийная ситуация зафиксируется блоком информации 29, будет отмечена блоком индикации 32 и сообщена на диспетчерский пункт с помощью радиомодема 33.
При превышении температуры компрессора сигнал с выхода датчика 4 подается на вход компаратора температуры 11. На второй вход компаратора 11 подается напряжение уставки с блока опорного напряжения 36. Компаратор 11 переключается и на его выходе устанавливается напряжение высокого уровня, которое подается на один из входов элемента «ИЛИ» 13 и коммутатора 28. На выходе схемы «ИЛИ» 13 устанавливается напряжение высокого уровня, которое запускает блок временной задержки 18, при этом коммутатор 28 закрывается на определенный интервал времени, в течение которого значение температуры может снизиться до номинального, и напряжение на выходе компаратора температуры 11 будет соответствовать низкому уровню. Если температура компрессора не понизилась, то коммутатор 28 открывается и выходное напряжение высокого уровня подается на один из входов элемента «ИЛИ» 14. Соответственно на его выходе установится напряжение высокого уровня, которое подается на вход блока управления УЗО 30, что приводит к срабатыванию УЗО 31 и отключению холодильника от электросети. Соответственно данная аварийная ситуация зафиксируется в блоке информации 29, будет отмечена блоком индикации 32, и сообщена на диспетчерский пункт с помощью радиомодема 33. Аналогичный процесс происходит при превышении температуры устройства в целом. Возрастает напряжение на выходе датчика температуры 5, соответственно увеличивается напряжение на входе компаратора температуры 12, который переключается и выходное напряжение высокого уровня подается на вход элемента «ИЛИ» 14. Выходным напряжением высокого уровня запускается блок управления УЗО 30, что приводит к срабатыванию УЗО 31 и отключению холодильника от электросети. Соответственно данная аварийная ситуация зафиксируется в блоке информации 29, будет отмечена блоком индикации 32, и сообщена на диспетчерский пункт с помощью радиомодема 33.
При пуске компрессора потребляемый компрессором ток возрастает до 3-5 Iп. Обмотка автотрансформатора 1 обычно рассчитывается на 1,3Iп. Поэтому в момент пуска компрессора напряжение на выходе автотрансформатора 1 снижается и процесс пуска затягивается. Это приводит к дополнительному нагреву компрессора. Чтобы исключить влияние падения напряжения на выходе автотрансформатора 1 только на время пуска компрессора подключается пусковая секция обмотки. Процесс подключения происходит в следующем порядке. В момент пуска с датчика тока 3 подается напряжение пропорциональное пусковому току на вход второго компаратора тока 9, на другой вход которого подается напряжение уставки с выхода блока опорного напряжения 35. Компаратор 9 переключается и запускает второй блок временной задержки 17, срабатывает переключатель 27, который подключает пусковую секцию обмотки автотрансформатора 1 на время разгона компрессора, задаваемом блоком временной задержки 17. После разгона компрессора потребляемый ток снижается до Iп, соответственно компаратор тока 9 возвращается в исходное состояние, на выходе блока временной задержки 17 устанавливается низкий уровень напряжения, переключатель 27 закрывается, возвращается в исходное состояние и отключает пусковую секцию обмотки автотрансформатора 1.
Предлагаемое пуско-защитное устройство позволяет повысить эксплуатационные характеристики, осуществив защитное автоматическое отключение холодильника вследствие недопустимого отклонения от заданных рабочих параметров и надежную работу промышленного холодильника как при повышенном, так и при пониженном напряжении электросети, исключая перегрев компрессора холодильника во время пуска.