УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ И ОДНОФАЗНОЙ НАГРУЗКАМИ ПО СИЛОВОЙ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СЕТИ
DEVICE FOR CONTROL OF THREE-PHASE AND SINGLE-PHASE LOADS BY POWER FOUR-WIRE NETWORK

Изобретение относится к области электротехники, в частности для управления погружными электродвигателями со скважинными насосными, от которых трубопроводы, задвижки и обратные клапана устанавливают над поверхностью, земли в павильонах, которые отапливаются электрообогревателями от замерзания воды в трубах при низких температурах окружающей среды.
Известно устройство защиты электродвигателя по напряжению нулевой последовательности [1]. Устройство содержит защитный аппарат, кнопочную станцию, трехфазный магнитный пускатель, соединенный с трехфазным электродвигателем, к выводам которого подключены три " конденсатора, соединенные, в звезду с искусственной нулевой точкой, между искусственной нулевой точкой и нулевым проводом включено реле напряжения.
Недостатком данного устройства является невозможность управления в разное время трехфазным электродвигателем и однофазной нагрузкой по силовой сети.
Известно также устройство для управления трехфазной и однофазной нагрузками по силовой четырехпроводной сети [2], содержащее на входе линии электропередачи защитный аппарат, трехфазный магнитный пускатель, соединенный с подключенной в конце линии трехфазной нагрузкой, к выводам которой подключены три конденсатора, соединенные в звезду с искусственной нулевой точкой, между которой и нулевым проводом включен нагреватель, а в начале линии между фазным и нулевым проводом подключена цепочка из последовательно соединенных датчика наружной температуры и катушки однофазного магнитного пускателя, контакт которого включен параллельно контакту одной из фаз трехфазного магнитного пускателя.
Недостатком данного устройства является возможность одновременного включения трехфазного и однофазного магнитных пускателей при низких температурах окружающей среды, отсутствие сигнализации работы однофазного нагревателя и отсутствие защиты электродвигателя от обрыва фазного провода.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления трехфазной и однофазной нагрузками по силовой четырехпроводной сети [3], содержащее на входе линии электропередачи защитный аппарат, трехфазный магнитный пускатель, соединенный с подключенной в конце линии трехфазной нагрузкой, к входам которой подключены три конденсатора, соединенные в звезду с искусственной нулевой точкой, между которой и нулевым проводом включен нагреватель, а в начале линии между фазным и нулевым проводом подключена первая цепочка из последовательно соединенных размыкающего вспомогательного контакта трехфазного пускателя, датчика наружной температуры и катушки однофазного магнитного пускателя, контакт которого включен параллельно контактам одной из фаз трехфазного магнитного пускателя, и в начале линии в рассечку нулевого провода включено токовое реле, цепочка из последовательно соединенных контактов которого и светового сигнала, включенная параллельно первой упомянутой цепочке, а параллельно световому сигналу через замыкающий вспомогательный контакт трехфазного магнитного пускателя включено реле памяти, контакты которого с последовательно включенным звуковым сигналом подключены между фазным и нулевым проводами
Недостатком данного устройства является невозможность отключения трехфазного двигателя при обрыве фазы, невозможность обеспечивать работу нагревателя при обрыве фазы питающей сети, по которой обеспечивается питание нагревателя при остановке электродвигателя.
Указанные недостатки устраняются тем, что устройство для управления трехфазной и однофазной нагрузками по силовой четырехпроводной сети, содержит на входе трехфазной линии электропередачи защитный аппарат, силовые контакты трехфазного магнитного пускателя, соединенные с подключенной в конце линии трехфазной нагрузкой, к входам которой подключены три конденсатора, соединенные в звезду с искусственной нулевой точкой, между которой и нулевым проводом последовательно включены нагреватель и установленное в начале линии токовое реле с замыкающим контактом, а также параллельные цепочки: первая содержит последовательно соединенные датчик наружной температуры, вспомогательный размыкающий контакт трехфазного магнитного пускателя и катушку контактора, первый контакт которого включен в первой фазе параллельно силовому контакту трехфазного магнитного пускателя; вторая цепочка содержит последовательно включенные контакт токового реле и первую сигнальную лампу, параллельно которой через вспомогательный замыкающий контакт трехфазного магнитного пускателя включена первая катушка реле памяти, вторую сигнальную лампу, а также устройство содержит катушку введенного промежуточного реле с выдержкой времени подключенную к выходам первого диодного моста, один вход которого соединен с нулевым проводом, а второй вход его через размыкающий контакт упомянутого токового реле, зашунтированный первым замыкающим контактом введенного промежуточного реле, связан с общей точкой цепочки из последовательно соединенных второго замыкающего контакта упомянутого контактора и второго замыкающего контакта введенного промежуточного реле, которая шунтирует во второй фазе силовой контакт трехфазного магнитного пускателя, причем в качестве элемента памяти введено с двумя размыкающими и тремя замыкающими контактами двухкатушечное двухпозиционное реле, первый размыкающий контакт которого подключает последовательно соединенные схему управления и катушку трехфазного магнитного пускателя между двумя фазными проводами, а второй размыкающий контакт двухпозиционного реле во второй упомянутой цепочке включен между вспомогательным замыкающим контактом трехфазного магнитного пускателя и первой катушкой двухпозиционного реле, причем упомянутые первая и вторая цепочки подключены к выходам второго диодного моста, один вход которого соединен с нулевым проводом, а второй вход через переключающий контакт реле напряжения подключается или к первому или ко второму фазным проводам после защитного аппарата, при этом катушка реле напряжения подключена между первым фазным и нулевым проводами, а к выходам второго диодного моста также подключены: - третья цепочка из замыкающего контакта кнопки с самовозвратом, первого замыкающего контакта двухпозиционного реле и его второй катушки; - четвертая цепочка из второго замыкающего контакта двухпозиционного реле и упомянутой второй сигнальной лампы; - четвертая цепочка из третьего замыкающего контакта двухпозиционного реле и схемы передачи сигнала обслуживающему персоналу.
Принципиальная схема изобретения представлена на фиг. 1 Устройство содержит три фазных провода 1, 2, 3 и нулевой провод - 4, защитный аппарат - 5, трехфазный магнитный пускатель с катушкой 7.1, трехфазными силовыми контактами 7.2, размыкающими вспомогательными контактами 7.3, замыкающими вспомогательными контактами 7.4. Катушка 7.1 магнитного пускателя подключена на линейное напряжение через схему управления 6 и через первый размыкающий контакт 17.3 двухпозиционного реле (реле памяти). Силовые контакты 7.2 первого магнитного пускателя через линию электропередачи 8 управляют электродвигателем 9, к входам которого подключены соединенные в звезду три конденсатора -10, нулевая точка которых через нагреватель - 11 соединена с нулевым проводом - 4. В рассечку нулевого провода 4 в начале линии включена обмотка токового реле 12.1., замыкающие контакты 12.2 и размыкающие контакты 12.3 которого задействованы в схеме. В начале линии после защитного аппарата 5 на фазное напряжение от фазы 1 подключено реле напряжения с катушкой 13.1 и переключающими контактами 13.2 и 13.3. Замыкающий контакт 13.2 подает питание на второй диодный мост 14 либо от фазы 1, а размыкающий контакт 13.3 от фазы 2. К выходам первого диодного моста подключена большая часть схемы управления. К выходам второго диодного моста, подключены 5 цепочек: - первая цепочка из последовательно соединенных датчика наружной температуры 15, размыкающих контактов 7.3 трехфазного магнитного пускателя и катушки 16.1 контактора 16; - вторая цепочка из замыкающего контакта 12.2 токового реле и сигнальной лампы 20 «нагреватель включен», параллельно лампе 20 подключены последовательно соединенные замыкающий контакт 7.4 трехфазного магнитного пускателя, размыкающий контакт 17.3 и первая катушка 17.1 двухпозиционного реле (реле памяти); - третья цепочка из последовательно соединенных замыкающего контакта кнопки 21 с самовозвратом, замыкающего контакта 17.6 и второй катушки 17.2 двухпозиционного реле; - четвертая цепочка из последовательно соединенного замыкающего контакта 17.7 и сигнальной лампы 18 «обрыв фазы »; - пятая цепочка из последовательно соединенного замыкающего контакта 17.8 и схемы 19 для передачи аварийного сигнала обслуживающему персоналу. Для обеспечения работы нагревателя 11 при обрыве фазы 2 введено промежуточное реле постоянного тока с выдержкой времени с катушкой 23.1 и с замыкающими контактами 23.2 и 23.3. Катушка 23.1 подключена к выходу первого диодного моста 22, а один вход диодного моста 22 подключен к нулевому проводу 4, а второй вход через размыкающий контакт 12.3 токового реле, зашунтированный замыкающими контактами 23.3 промежуточного реле, подключен к общей точке цепочки из последовательно соединенных замыкающего контакта 16.2 контактора и замыкающего контакта 23.2 промежуточного реле, причем указанная цепочка шунтирует контакт 7.2 магнитного пускателя в фазном проводе 1.
Работу схемы по фиг. 1 необходимо рассмотривать в четырех режимах: 1) рабочем; 2) обрыв фазного провода 1; 3) обрыв фазного провода 2; 4) обрыв фазного провода 3.
1) Рабочий режим. В рабочем режиме при включении защитного аппарата - 5 и магнитного пускателя с силовыми контактами - 7.2 три фазных напряжения по проводам 1, 2, 3 линии 8 подводятся к трехфазному электродвигателю - 9, который запускается. К входным клеммам электродвигателя 9 подключены три, соединенные в звезду, конденсатора 10, сумма токов через которые при трехфазном симметричном напряжении равна нулю, поэтому через однофазный нагреватель - 11 ток не протекает. При отключении трехфазного электродвигателя - 9 размыканием контактов - 7.2 магнитного пускателя, замыкаются его вспомогательные размыкающие контакты - 7.3, и когда температура окружающего воздуха ниже заданной, срабатывает датчик наружной температуры - 15 и подает питание на катушку - 16.1 контактора 16. Через контакт - 16.3 контактора по одной фазе - 2 линии электропередачи 8 подается питание на один из конденсаторов - 10 (средний на фиг. 1) и через него, через нагреватель - 11, через катушку 12.1 токового реле и через нулевой провод 4 протекает ток. От этого тока в начале линии токовое реле срабатывает и через его контакты - 12.2 загорается лампа - 19 «нагреватель включен», сигнализируя о наличии тока через нагреватель. При срабатывании токового реле его контакты 12.3 размыкаются, и через катушку 23.1 промежуточного реле ток не протекает.
2) Обрыв фазного провода 1. При обрыве фазного провода 1 катушка 13.1 реле напряжения теряет питание, его контакты 13.2 размыкаются от фазного провода 3, а контакты 13.3 замыкаются на фазный провод 2 и схема управления продолжает работать. К электродвигателю 9 и к конденсаторам 10 подводится два фазных напряжения из трех и через два конденсатора и нагреватель 11 протекает ток через катушку 12.1 токового реле, его контакт 12.2 замыкается и через замкнутый при включенном трехфазном магнитном пускателе вспомогательный контакт 7.4, через размыкающий контакт 17.3 подается питание на катушку 17.1 двухпозиционного реле, это реле срабатывает с фиксацией сработавшего состояния и размыкает размыкающие контакты 17.3 и 17.4. Контактом 17.3 разрывается питание катушки 17.1 магнитного пускателя, его силовые контакты 7.2 размыкаются и электродвигатель 9 и конденсаторы 10 теряют питание, при этом через катушку 12.1 токового реле ток не протекает, его контакты 12.2 размыкаются. После обестачивания катушки 7.1 магнитного пускателя замыкается его вспомогательный размыкающий контакт 7.3 и от датчика наружной температуры 15 подается питание на катушку 16.1 контактора 16. Его контакты 16.3 замыкаются и с фазного провода 2 подается питание на средний конденсатор 10. Под действием этого напряжения протекает ток через конденсатор, через нагреватель 11, через нулевой провод и через катушку 12.1 токового реле, его контакты 12.2 замыкаются и лампа 20 сигнализирует «нагреватель включен». Через контакт 17.6 загорается сигнальная лампа 18 «обрыв фазы», а контактом 17.7 подается сигнал обслуживающему персоналу об аварии. Возврат двухпозиционного реле в исходное состояние осуществляется кратковременным нажатием кнопки 21, при этом протекает тока через вторую обмотку 17.2 двухпозиционного реле, которое возвращается в исходное состояние, размыкая собственный контакт 17.5 и замыкая контакт 17.4.
3) Обрыв фазного провода 2. При обрыве фазного провода 2 катушка 13.1 реле напряжения не теряет питание, его контакты 13.2 остаются замкнутыми на фазный провод 1 и схема управления продолжает работать. К электродвигателю 9 и к конденсаторам 10 подводится два фазных напряжения из трех и через два конденсатора, через нагреватель 11 протекает ток через катушку 12.1 токового реле, его контакт 12.2 замыкается и через замкнутый при включенном магнитном пускателе вспомогательный контакт 7.4, через размыкающий контакт 17.3 подается питание на катушку 17.1 двухпозиционного реле, это реле срабатывает с фиксацией сработавшего состояния и размыкает размыкающие контакты 17.3, 17.4. Контактом 17.4 разрывается питание собственной катушки 17.1 двухпозиционного реле, контактом 17.3 разрывается цепь питания катушки 7.1 магнитного пускателя, его силовые контакты 7.2 размыкаются и электродвигатель 9 и конденсаторы 10 теряют питание. Прекращается ток через катушку 12.1 токового реле, его контакт 12.2 размыкается, а контакт 12.3 замыкается. Но после обестачивания катушки 7.1 магнитного пускателя замыкается его вспомогательный размыкающий контакт 7.3 и от датчика наружной температуры 15 подается питание на катушку 16.1 контактора 16, контакты которого 16.3 и 16.2 замыкаются. От фазного провода 1 через замкнувшийся контакт 16.2 контактора, через замкнутый контакт 12.3 токового реле, через диодный мост 22 протекает ток к нулевому проводу. На выходе диодного моста 22 подается напряжение на катушку 23.1 промежуточного реле. Через небольшую выдержку времени, (примерно 1 сек.) замкаются контакты 23.2 и 23.3. Замкнувшиеся контакты 16.2 контактора и 23.2 промежуточного реле шунтируют силовой контакт 7.2 магнитного пускателя в проводе 1. Через этот провод подается напряжение на конденсатор (на схеме фиг.1 правый), под действием напряжения протекает ток через конденсатор, через нагреватель 11, через нулевой провод 4, через катушку 12.1 токового реле. Токовое реле срабатывает, замыкается его контакт 12.2, а контакт 12.3 размыкается, но катушка 23.1 промежуточного реле не обестачивается, так как контакты 12.3 шунтируются собственными контактами 23.3 промежуточного реле. Через контакт 12.2 загорается сигнальная лампа 20 «нагреватель работает». После устранения обрыва фазного провода схема возвращается в исходное состояние воздействием на кнопку 21.
4) Обрыв фазного провода 3. При обрыве фазного провода 3 катушка 13.1 реле напряжения не теряет питание, его контакты 13.2 остаются замкнутыми на фазный провод 1 и схема управления продолжает работать. К электродвигателю 9 и к конденсаторам 10 подводится два фазных напряжения из трех и через два конденсатора, через нагреватель 11 протекает ток через катушку 12.1 токового реле, его контакт 12.2 замыкается и через замкнутый при включенном магнитном пускателе вспомогательный контакт 7.4, через размыкающий контакт 17.4 подается питание на катушку 17.1 двухпозиционного реле, это реле срабатывает с фиксацией сработавшего состояния и размыкает размыкающие контакты 17.3, 17.4. Контактом 17.4 разрывается питание собственной катушки 17.1 двухпозиционного реле, контактом 17.3 разрывается цепь питания катушки 7.1 магнитного пускателя, его силовые контакты 7.2 размыкаются и электродвигатель 9 и конденсаторы 10 теряют питание. Прекращается ток через катушку 12.1 токового реле, его контакт 12.2 размыкается, а контакт 12.3 замыкается. Но после обестачивания катушки 7.1 магнитного пускателя замыкается его вспомогательный размыкающий контакт 7.3 и от датчика наружной температуры 15 подается питание на катушку 16.1 контактора 16, контакты которого 16.3 и 16.2 замыкаются. Во избежании одновременного шунтирования контактов 7.2 в проводе 2 и в проводе 1 выполнена задержка в срабатывании промежуточного реле с катушкой 23.1. Замкнувшийся контакт 16.3 контактора подает напряжение на один конденсатор (на фиг. 1 средний). Под действием напряжения протекает ток через конденсатор, через нагреватель 11, через нулевой провод 4, через катушку 12.1 токового реле. Токовое реле срабатывает, замыкается его контакт 12.2, а контакт 12.3 размыкается, но катушка 23.1 промежуточного реле не успевает сработать, поэтому шунтируется силовой контакт 7.2 трехфазного пускателя только в проводе 2. Через замкнувшийся контакт 12.2 загорается сигнальная лампа 20 «нагреватель работает». После устранения обрыва фазного провода схема возвращается в исходное состояние воздействием на кнопку 21.
Предполагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей схемы путем отключения трехфазного пускателя и остановке электродвигателя при обрыве любой фазы в питающей сети с сохранением работы нагревателя от одной из фаз, получения световых сигналов «нагреватель включен» и «обрыв фазы» и сигнализацией обслуживающему персоналу.
Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям "Новизна". Оно может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "Промышленная применимость".
Использованные источники
1. Грундулис А.О. Защита двигателей в сельском хозяйстве. 2-е изд. - М.: Агропромиздат, 1988. - стр. 30, рис. 7.
2. Патент на изобретение №2516218. H02J 3/24. Устройство для управления трехфазной и однофазной нагрузками по силовой четырехпроводной сети. Опубл. 20.05.2014. Бюл. №14.
3. Патент на изобретение №2673057. H02J 3/24 Устройство для управления трехфазной и однофазной нагрузками по силовой четырехпроводной сети. Опубл. 22.11.2018. Бюл. №33.