close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 13258

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13258
(13) C1
(19)
H 02K 15/12
H 02H 5/00
H 02H 7/08
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ
ОБМОТОК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ВО ВРЕМЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАУЗ
(21) Номер заявки: a 20071189
(22) 2007.10.01
(43) 2009.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный аграрный технический университет"
(BY)
(72) Авторы: Гурин Владимир Владимирович; Лавцевич Елена Викторовна;
Равинский Павел Александрович
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
аграрный технический университет"
(BY)
(56) ПАХОМОВ А. Радио. - 2002. - № 6. C. 32-33.
BY 4185 C1, 2001.
RU 2025857 C1, 1994.
SU 680102, 1979.
SU 1758755 A1, 1992.
US 3656136 A, 1972.
BY 13258 C1 2010.06.30
(57)
1. Устройство для автоматической сушки изоляции обмоток трехфазного асинхронного
электродвигателя во время технологических пауз, содержащее источник питания, блок подогрева обмоток с устройством управления, блок измерения сопротивления изоляции Rиз,
Фиг. 1
BY 13258 C1 2010.06.30
блок сравнения и элементы сигнализации, отличающееся тем, что блок измерения сопротивления изоляции выполнен по мостовой схеме, источник питания содержит блок повышенного стабилизированного испытательного напряжения со средней заземленной
точкой, а блок сравнения выполнен на базе четырех компараторов, четырех транзисторов,
четырех реле, двух диодов и пяти светодиодов, причем мостовая измерительная схема,
три плеча которой содержат резисторы одинакового сопротивления в пределах от допустимого минимального Rдоп.мин до допустимого номинального Rдоп.ном, выполнена с возможностью подачи на ее диагональ питания повышенного испытательного напряжения;
инвертирующие входы компараторов соединены с резисторными делителями, включенными на пониженное стабилизированное напряжение, неинвертирующие входы первого и
второго компараторов соединены с резисторными делителями, включенными между средней точкой блока испытательного напряжения и первым узлом измерительной диагонали
мостовой схемы через первый диод, катодом к указанным резисторным делителям, а неинвертирующие входы третьего и четвертого компараторов соединены с резисторными
делителями, включенными между средней точкой блока испытательного напряжения и
вторым узлом измерительной диагонали мостовой схемы через второй диод, катодом к
указанным резисторным делителям; выход первого компаратора соединен с базой первого
транзистора, в коллекторную цепь которого включены первый светодиод "Rиз = 0" и первое реле "Rиз = 0", выход второго компаратора соединен с базой второго транзистора, в
коллекторную цепь которого включены второй светодиод "Rиз ≤ Rдоп.мин" и второе реле
"Rиз ≤ Rдоп.мин" через размыкающий контакт первого реле, выход третьего компаратора соединен с базой третьего транзистора, в коллекторную цепь которого включены третье реле "Rиз ≥ Rдоп.ном" и третий светодиод "Rиз ≥ Rдоп.ном", причем третий светодиод включен
последовательно с размыкающим контактом четвертого реле, а выход четвертого компаратора соединен с базой четвертого транзистора, в коллекторную цепь которого включено
четвертое реле "Rиз = ∞" и четвертый светодиод "Rиз = ∞", при этом все транзисторы указанного блока включены на нестабилизированное пониженное напряжение эмиттером к
заземленному "минусу" источника питания, и к этому напряжению подключен пятый светодиод "Rдоп.ном > Rиз > Rдоп.мин" через последовательно включенные размыкающие контакты первого, второго и третьего реле, а также цепочка из замыкающего контакта второго
реле, размыкающего контакта третьего реле и реле подогрева, которое через свой замыкающий контакт, включенный параллельно замыкающему контакту второго реле, подключено на самопитание, а параллельно реле подогрева включен шестой светодиод
"Подогрев".
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит переключатель режимов
"Измерение-наладка" и блок наладки, причем переключатель режимов установлен в измерительном плече мостовой схемы переключающим контактом ко второму узлу измерительной диагонали мостовой схемы, а блок наладки включает четыре микрокнопки с
возможностью включения в измерительное плечо первой из них резистора с сопротивлением R = 0, второй - резистора R = Rдоп.мин, третьей - резистора R = Rдоп.ном, а четвертой резистора R = ∞.
Изобретение относится к устройствам сушки изоляции обмоток электродвигателей
пропусканием по ним электрического тока и может быть использовано для сушки изоляции электродвигателей во время технологических пауз в условиях сельского хозяйства.
Известно устройство для автоматической сушки обмоток электродвигателя, содержащее источник питания, блок подогрева обмоток (тиристорный коммутатор) и блок управления им в виде несимметричного мультивибратора с реле на выходе, блок измерения
сопротивления изоляции и элемент сравнения с реле на выходе [1].
2
BY 13258 C1 2010.06.30
Недостаток известного устройства состоит в том, что оно недостаточно надежно в связи
с периодическим включением и отключением измерительной цепи в период сушки. При
импульсах сушки 0,3…7 с и пауз 3…16 с [1] частота переключений реле и схемы составляет 1090…156 в час, что при ресурсе реле 105 переключений обеспечивает 91,7…641 часов работы. Недостаточно надежно определяется и величина сопротивления изоляции. В
[1] речь идет о минимальном сопротивлении изоляции 4 МОм, а по нормам ПУЭ
Rдоп.ном = 0,5 МОм. Кроме того, устройство определяет состояние изоляции и сигнализирует только о двух ее пределах (больше или меньше установленного значения), не определяя, например, обрыва или замыкания измерительной цепи.
Задача изобретения - повысить надежность определения сопротивления изоляции и
расширить функциональные возможности устройства путем сигнализации о состоянии
изоляции обмотки и цепей измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем источник питания, блок подогрева обмоток с устройством управления, блок измерения сопротивления
изоляции Rиз, блок сравнения и элементы сигнализации, блок измерения сопротивления
изоляции выполнен по мостовой схеме, источник питания содержит блок повышенного
стабилизированного испытательного напряжения со средней заземленной точкой, а блок
сравнения выполнен на базе четырех компараторов, четырех транзисторов, четырех реле,
двух диодов и пяти светодиодов, причем мостовая измерительная схема, три плеча которой содержат резисторы одинакового сопротивления в пределах от допустимого минимального Rдоп.мин до допустимого номинального Rдоп.ном, выполнена с возможностью
подачи на ее диагональ питания повышенного испытательного напряжения; инвертирующие входы компараторов соединены с резисторными делителями, включенными на пониженное стабилизированное напряжение, а неинвертирующие входы первого и второго
компараторов соединены с резисторными делителями, включенными между средней точкой
блока испытательного напряжения и первым узлом измерительной диагонали мостовой
схемы через первый диод, катодом к указанным резисторным делителям, а неинвертирующие входы третьего и четвертого компараторов соединены с резисторными делителями, включенными между средней точкой блока испытательного напряжения и вторым
узлом измерительной диагонали мостовой схемы через второй диод, катодом к указанным
резисторным делителям; выход первого компаратора соединен с базой первого транзистора,
в коллекторную цепь которого включены первый светодиод "Rиз = 0" и первое реле "Rиз = 0",
выход второго компаратора соединен с базой второго транзистора, в коллекторную цепь
которого включены второй светодиод "Rиз ≤Rдoп.мин" и второе реле "Rиз ≤ Rдоп.мин" через
размыкающий контакт первого реле, выход третьего компаратора соединен с базой
третьего транзистора, в коллекторную цепь которого включены третье реле "Rиз ≥ Rдоп.ном"
и третий светодиод "Rиз ≥ Rдоп.ном", причем третий светодиод включен последовательно с
размыкающим контактом четвертого реле, а выход четвертого компаратора соединен с
базой четвертого транзистора, в коллекторную цепь которого включено четвертое реле
"Rиз = ∞" и четвертый светодиод "Rиз = ∞", при этом все транзисторы указанного блока
включены на нестабилизированное пониженное напряжение эмиттером к заземленному
"минусу" источника питания, и к этому напряжению подключен пятый светодиод
"Rдоп.ном > Rиз > Rдоп.мин" через последовательно включенные размыкающие контакты первого, второго и третьего реле, а также цепочка из замыкающего контакта второго реле,
размыкающего контакта третьего реле и реле подогрева, которое через свой замыкающий
контакт, включенный параллельно замыкающему контакту второго реле, подключено на
самопитание, а параллельно реле подогрева включен шестой светодиод "Подогрев".
Кроме этого, устройство содержит переключатель режимов "Измерение-наладка" и
блок наладки, причем переключатель режимов установлен в измерительном плече мостовой схемы переключающим контактом к второму узлу измерительной диагонали мостовой схемы, а блок наладки включает четыре микрокнопки с возможностью включения в
3
BY 13258 C1 2010.06.30
измерительное плечо первой из них резистора с сопротивлением R = 0, второй - резистора
R = Rдoп.мин, третьей - резистора R = Rдоп.ном, а четвертой - резистора Rиз = ∞.
На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства, а на фиг. 2 изменение напряжения Uаб от отношения Rx/R и диапазон сопротивлений изоляции, высвечиваемый светодиодами.
Устройство состоит из блока коммутации 1, источника питания 2, мостовой измерительной схемы 3, переключателя режимов 4, блока наладки 5, блока компараторов и сигнализации 6, реле подогрева 7, блока подогрева 8, контактора подогрева 9 с
замыкающими контактами 10, 11 и 12.
Электромагнитный пускатель 13 с силовыми контактами 14, блок-контактом 15 и
кнопками 16 "Пуск" и 17 "Стоп" в состав устройства не входят.
Блок коммутации 1 включает реле коммутации 18 и реле времени 19, причем размыкающий контакт 20 реле коммутации 18 включен в разрыв цепи электромагнитного пускателя 13, а реле времени 19 включено последовательно в цепь с размыкающим контактом 21
реле подогрева 7 и размыкающим контактом 22 первого реле 23 "Rиз = 0" блока компараторов 6, и эта цепочка включена параллельно размыкающему контакту 20 реле коммутации 18 и катушке электромагнитного пускателя 13. Реле коммутации 18 включено
последовательно с размыкающим контактом 24 (с выдержкой времени на замыкание) реле
времени 19 и выключателем 25 на фазное напряжение сети, причем параллельно реле
коммутации включена первичная обмотка источника питания 2, и через замыкающий контакт 26 включен контактор подогрева 9, контакт 12 которого соединяет первичную обмотку блока подогрева 8 с питающей сетью, а через контакты 10 и 11 соединяет вторичную
обмотку блока подогрева 8 с обмотками двигателя после контактов пускателя 14.
Источник питания 2 имеет блок повышенного стабилизированного испытательного
напряжения Uисп постоянного тока 27 со средней точкой и блок пониженного стабилизированного и нестабилизированного постоянного напряжения 28, причем его "минус" заземлен и соединен со средней точкой узла повышенного испытательного напряжения.
Повышенное испытательное напряжение подано на диагональ питания мостовой измерительной схемы 3, три плеча которой имеют резисторы одинакового сопротивления R.
В измерительном плече мостовой схемы 3 установлен переключатель режимов 4 ("Измерение" или "Наладка").
В режиме "Измерение" в измерительное плечо включена обмотка двигателя через замыкающий контакт 29 реле коммутации 18, причем контакт 29 подключен к обмотке после контактов 14 электромагнитного пускателя 13, а второй провод плеча присоединен к
проводу РЕ.
В режиме "Наладка" измерительное плечо мостовой схемы 3 присоединено к четырем
параллельно включенным цепям, состоящим из микрокнопок и резисторов: микрокнопка
30 включает цепь, имитирующую Rиз = 0 (замыкание на корпус), микрокнопка 31 включает резистор 32, имитирующий Rиз = Rдоп.мин, микрокнопка 33 - резистор 34, имитирующий
Rиз = Rдоп.ном, микрокнопка 35 имитирует Rиз = ∞ (обрыв).
Блок компараторов и сигнализаторов 6 состоит из четырех операционных усилителей,
включенных по схеме компараторов 36, 37, 38, 39, инвертирующие входы которых присоединены к резисторным делителям, включенным на стабилизированное напряжение, а
неинвертирующие входы первого 36 и второго 37 компараторов подключены к резисторным делителям, имеющим соответствующие построечные резисторы 40 и 41. Резисторные
делители включены между средней точкой испытательного напряжения и первым узлом
измерительной диагонали (точкой "а") через первый диод 42, катодом к указанным резисторным делителям, а инвертирующие входы третьего и четвертого компараторов 38 и 39
подключены к соответствующим резисторным делителям, имеющим подстроечные резисторы 43 и 44, причем резисторные делители включены между средней точкой испытательного напряжения и вторым узлом измерительной диагонали (точкой "б") через второй
диод 45, катодом к указанным резисторным делителям.
4
BY 13258 C1 2010.06.30
Выход первого компаратора 36 соединен с базой первого транзистора 46, в коллекторную цепь которого включены первый светодиод 47 "Rиз = 0" и первое реле 23 "Rиз = 0".
Выход второго компаратора 37 соединен с базой второго транзистора 48, в коллекторную цепь которого включены второй светодиод 49 "Rиз ≤ Rдоп.мин" и второе реле 50
"Rиз ≤ Rдоп.мин" через размыкающий контакт 51 первого реле 23.
Выход третьего компаратора 38 соединен с базой третьего транзистора 52, в коллекторную цепь которого включены третье реле 53 "Rиз ≥ Rдоп.ном" и третий светодиод 54
"Rиз ≥ Rдоп.ном", включенный последовательно с размыкающим контактом 55 четвертого
реле 56 "Rиз = ∞".
Выход четвертого компаратора 39 соединен с базой четвертого транзистора 57, в коллекторную цепь которого включено четвертое реле 56 и четвертый светодиод 58 "Rиз = ∞".
Все транзисторы 46, 48, 52, 57 включены на нестабилизированное низкое напряжение
узла питания 28, эмиттером к заземленному "минусу".
К нестабилизированному напряжению присоединен через размыкающий контакт 51
первого реле 23, размыкающий контакт 59 второго реле 50 и размыкающий контакт 60
третьего реле 53 пятый светодиод 61 " Rдоп.ном > Rиз > Rдоп.мин", а также цепочка из замыкающего контакта 62 второго реле 50 и размыкающего контакта 63 третьего реле 53, и реле
подогрева 7, которое через свой замыкающий контакт 64 подключается на самопитание, а
параллельно реле подогрева 7 включен шестой светодиод 65 "Подогрев".
Устройство защиты работает следующим образом. Предположим, электродвигатель
включен. В этом случае включены электромагнитный пускатель 13 и реле времени 19, отчего контакт 24 разомкнут и отключены блок питания 2, реле коммутации 18, блок подогрева 8 и контактор подогрева 9.
При нажатии кнопки 17 "Стоп" отключаются электромагнитный пускатель 13 и реле
времени 19, отчего отключается от сети электродвигатель и через некоторое время, большее, чем время остановки электропривода, замыкается контакт 24 реле времени 19 и
включается реле коммутации 18 и блок питания 2, и контакт 29 реле коммутации 18 подключает испытательное напряжение в цепь двигателя. Контакт 20 реле коммутации 18
размыкается в цепи электромагнитного пускателя 13, обеспечивая блокировку от одновременного включения электромагнитного пускателя и схемы измерения.
При подаче напряжения Uисп на мостовую схему 3 в ее измерительной диагонали, между точками "а" и "б" появляется напряжение, равное:
U  R − Rx 
,
U аб = исп 
(1)
2  R + R x 
где R - сопротивление плеч моста, кОМ;
Rx - сопротивление изоляции, кОМ.
Если Rx < R, то Uaб положительное по значению;
если Rx = R, то Uaб = 0;
если Rx > R, то Uaб отрицательное по значению;
если Rx = 0, то Ua6 = Uисп/2;
если Rx = ∞, то Uaб = -Uисп/2.
В графическом виде изменение напряжения Ua6 от отношения Rx/R представлено на
фиг. 2.
Из фиг. 2 видно, что изменение знака выходного напряжения наступает при Rx = R,
поэтому R надо выбирать в диапазоне от R > Rдоп.мин до R < Rдоп.ном.
Сопротивление R рекомендуется выбирать по среднему значению указанных сопротивлений, а именно:
− R доп.мин 
R
 .
R = R доп.ном −  доп.ном
(2)
2


5
BY 13258 C1 2010.06.30
При рекомендованных в ПУЭ значениях R доп.мин = 500 кОм и при Rдоп.мин =
= Uном/100 (МОм), имеем:
 500 − 380 
R = 500 − 
 = 440 кОм.
2


При таком сопротивлении резисторов измерительного моста будем иметь при
Rиз = Rдоп.мин = 380 кОм и при Rиз = 0 напряжение Uaб со знаком "плюс", а при
Rиз = Rдоп.ном = 500 кОм и Rиз = ∞ напряжение Uaб со знаком "минус".
Обычно после отключения электродвигателя сопротивление изоляции в норме. Увлажнение обмотки наступает после длительного перерыва во влажной среде. Поэтому наиболее
вероятное состояние схемы после отключения двигателя соответствует Rиз ≥ Rдоп.ном. В
этом случае Ua6 отрицательное, значит, потенциал точки "б" больше чем точки "а". Работают компараторы, подключенные плюсом к точке "б". Напряжение на неинвертирующем
входе (на резисторе 40) компаратора 38 больше, чем на инвертирующем входе, и на выходе
компаратора положительное напряжение, отчего третий транзистор 52 переходит в режим
насыщения и включаются третье реле 53 и третий светодиод 54 "Rиз ≥ Rдоп.ном". Реле 53
своим контактом 60 разорвет цепь пятого светодиода 61, а контактом 63 разорвет цепь реле подогрева 7.
По мере увлажнения обмоток сопротивление изоляции уменьшается и может стать
меньше Rдоп.ном = 500 кОм. Тогда третий компаратор 38 отключится и загорится пятый
светодиод 61 "Rдоп.ном < Rиз > Rдоп.мин". Контакт 63 замкнется, но реле подогрева 7 не
включится.
При увлажнении обмоток менее Rдоп.мин напряжение Uaб становится положительным и
работают компараторы, входы которых подключены к диоду 42, т.е. к точке "а".
Напряжение на неинвертирующем входе (на резисторе 41) больше, чем на инвертирующем входе второго компаратора 37, отчего компаратор 37 переключится, на выходе
его появится положительное напряжение, откроется второй транзистор 48, включатся второе реле 50 и второй светодиод 49 "Rиз ≤ Rдоп.мин". Разомкнется контакт 59 и замкнется
контакт 62, отчего включится реле подогрева 7. Посредством контакта 64 реле 7 станет на
самоподпитку. Загорится светодиод 65 "Подогрев", замкнется контакт 26 реле подогрева 7,
и включится контактор 9, его контакт 12 замкнется, и включится блок подогрева 8, разомкнется контакт 21 в цепи реле времени 19. Теперь нажатие кнопки "Пуск" 16 не вызовет включения реле времени (т.е. произойдет блокировка схемы от включения двигателя).
Контактор 9 включит контакты 10 и 11, произойдет включение блока подогрева 8 в цепь
двигателя и подсушка двигателя током до тех пор, пока сопротивление изоляции не достигнет значения Rдоп.ном и включится компаратор 38 "Rиз ≥ Rдоп.ном".
В случае Rиз = 0 (замыкание на корпус) Uaб = Uиcn/2 и сработают оба компаратора 36 и 37.
Загорится светодиод 47 "Rиз = 0" и разомкнется контакт 51 первого реле 23, отчего отключатся второе реле 50 и светодиод 49 "Rиз ≤ Rдоп.мин", разорвется цепь питания светодиода 61
и разомкнется контакт 62, и отключится реле подогрева 7. Отключатся контактор 9 и блок
подогрева 8. Контакт 22 первого реле 23 разорвет цепь реле времени 19. Включить электродвигатель нельзя, пока не будет устранено повреждение (замыкание на корпус). Разблокировать отключение можно выключателем 25.
В случае Rиз = ∞ (обрыв измерительной цепи) сработает четвертый компаратор 39, на
его выходе появится положительное напряжение, откроется четвертый транзистор 57,
включатся четвертое реле 56 и четвертый светодиод 58 "Rиз = ∞", одновременно включатся
и третий компаратор 38, и третий транзистор 54, и третье реле 53, но третий светодиод 54
"Rиз > Rдоп.ном" будет отключен контактом 55 четвертого реле 56.
Наладка устройства производится следующим образом. При отключенном электромагнитном пускателе 13 включают выключатель 25, отчего включатся реле коммутации 18
и блок питания 2. Переключатель 4 устанавливают в положении "Наладка". Нажимают
6
BY 13258 C1 2010.06.30
первую микрокнопку 30 "Rиз = 0, замыкание на корпус", не отпуская микрокнопку 30,
увеличивают сопротивление 30. Добиваются срабатывания первого компаратора 36,
включения реле 23 и светодиода 47 "Rиз = 0". Отпускают первую микрокнопку 30 и включают
вторую микрокнопку 31, отчего в мостовую схему включается первый резистор 32, имитирующий Rиз = Rдoп.мин. Увеличивают сопротивление резистора 41 до срабатывания второго
компаратора 37 и включения второго реле 50 и второго светодиода 49 "Rиз ≤ Rдoп.мин".
Также должны включиться реле подогрева 7 и контактор 9, светодиод 65 "Подогрев".
Нажимают третью микрокнопку 33, отчего в измерительную схему включается второй
резистор 34 "Rиз = Rдoп.ном". Увеличивают сопротивление 43 до такого значения, при котором
переключится компаратор 38, загорится светодиод 54 "Rиз > Rдoп.ном" и сработает реле 53,
отчего реле 7 подогрева отключается.
Нажимают четвертую микрокнопку 35 "Rиз = ∞", отчего в измерительную цепь включается сопротивление, имитирующее обрыв измерительной цепи. С помощью резистора
44 увеличивают напряжение на неинвертирующем входе четвертого компаратора 39 до
его срабатывания и загорания светодиода 58 " Rиз = ∞". Одновременно отключается третий светодиод 54 "Rиз ≥ Rдoп.ном".
Таким образом, выполнение схемы измерения сопротивления изоляции в виде моста,
три плеча которого имеют резисторы одинакового сопротивления в пределах от допустимого минимального Rдoп.мин до допустимого номинального Rдoп.ном источника питания в
виде блока повышенного испытательного напряжения со средней заземленной точкой, и
блока сравнения на базе четырех компараторов, четырех транзисторов, четырех реле, двух
диодов и пяти светодиодов позволяет повысить надежность определения сопротивления
изоляции и расширить функциональные возможности устройства путем сигнализации о
состоянии изоляции обмоток и цепей измерения (замкнуто накоротко или обрыв). Кроме
этого, применение переключателя режимов "Измерение или Наладка" и блока наладки из
четырех микровыключателей и двух резисторов позволило более точно и удобно настроить компараторы на требуемое значение сопротивления изоляции.
Экономический эффект от применения устройства связан с повышением надежности
работы электродвигателей и снижением эксплуатационных расходов.
Источники информации:
1. Пахомов А. Устройство автоматической сушки обмоток электродвигателя // Радио. № 6. – 2002. - С. 32-33.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
708 Кб
Теги
13258, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа