Особенности защиты
В литературе довольно распространено описание несложных схем защиты электродвигателей (ЭД) с помощью токового реле, которое включено между нулевой точкой двигателя и нейтралью сети. Но эти схемы не являются новыми среди устройств защиты ЭД и уже неоднократно рассматривались.
Одним из недостатков этих схем является то, что они требуют доступа к нулевой точке обмоток ЭД, т.е. двигатель должен иметь шесть выводов. Поскольку ЭД, например серии 4А имеют только три вывода (С1, С2, С3) при соединении обмоток звездой или треугольником, то область использования предложенных схем защиты ограничена. Кроме того, схемы не имеют задержки во времени на срабатывание защиты.
Схема защиты и принцип работы
Данная схема защиты ЭД свободна от указанных недостатков. Искусственная нейтраль создаётся с помощью трёх конденсаторов С1...С3 ёмкостью 0,01...0,033 мкФ с напряжением 400...600 В, которые подключены к входным клеммам ЭД или к выходным клеммам магнитного пускателя (контактора).
Резисторы R3, R4 используются как делитель напряжения. Потенциометром R4 можно регулировать уставку срабатывания защиты.
Диод VD3 и конденсатор фильтра С4 выполняют функцию однополупериодного выпрямителя, с выходом которого соединены балластный резистор R5 и стабилитрон VD4, предназначенные для параметрической стабилизации напряжения.
Транзистор VT1 выполняет функцию усиления напряжения смещения при несимметричных режимах работы ЭД. Он питается от параметрического стабилизатора напряжения на балластном резисторе R8 и стабилитроне VD5, который вместе с накопительным конденсатором С5 обеспечивает необходимое напряжение питания усилителя при обрыве любой фазы питающей сети.
Защита перехода база-эмиттер транзистора VT1 от повышенного напряжения смещения нейтрали осуществляется стабилитроном VD4. Стабилизатор напряжения транзисторного усилителя питается от двухфазного выпрямителя, собранного на диодах VD1, VD2, которые подключены к фазам А и В сети питания ЭД через резисторы R1, R2. Резисторы R1 и R2 облегчают режим работы диодов VD1, VD2 и повышают их надёжность.
К двухфазному выпрямителю через тиристорный ключ VS1 подключено электромагнитное реле К1 (исполнительный элемент). Контакты реле К1.1 введены в цепь катушки магнитного пускателя КМ1 последовательно с блокирующими контактами КМ1.2.
Диод VD6, включённый параллельно с катушкой К1, облегчает работу реле К1 и защищает тиристор VS1 от ЭДС самоиндукции, которая наводится в цепи реле при его отключении. Катушка магнитного пускателя КМ1 через кнопки «Стоп» и «Пуск» подключается к фазам А и С сети питания ЭД для повышения надёжности работы диодов VD1, VD2 выпрямителя.
Устройство защиты ЭД от несимметричных режимов работает следующим образом. Допустим, что напряжение присутствует на всех трёх фазах сети питания ЭД. Во время пуска ЭД при нажатии кнопки «Пуск» трёхфазное напряжение питания подаётся на конденсаторы С1...С3 искусственной нейтрали.
При этом напряжение смещения между искусственной и заземлённой нейтралью отсутствует, напряжение на резисторе R4 практически равно нулю, транзистор VT1 и тиристор VS1 остаются закрытыми, реле К1 обесточено, а его контакты К1.1. в цепи катушки магнитного пускателя КМ1 остаются замкнутыми, что обеспечивает блокирование кнопки «Пуск» после запуска ЭД.
Одновременно через резистор R8 заряжается конденсатор С5 до напряжения стабилизации стабилитрона VD5, что обеспечивает готовность схемы защиты к работе. Поскольку элементы схемы VT1, VS1 и реле К1 обесточены, а сопротивление резистора R8 достаточно велико и составляет 51 кОм, то во время работы ЭД схема практически не потребляет энергии.
При обрыве одной из фаз сети питания ЭД или нарушении симметрии линейных напряжений между искусственной нейтралью конденсаторов С1...С3 и заземлённой нейтралью трёхфазной сети возникает напряжение смещения нейтрали, часть которого снимается с потенциометра R4, выпрямляется диодом VD3, стабилизируется параметрическим стабилизатором и подаётся на базу транзистора VT1.
При этом транзистор VT1 и тиристор VS1 открываются, срабатывает реле К1 и размыкает свои контакты К1.1 в цепи управления ЭД, катушка магнитного пускателя (контактора) обесточивается, и ЭД отключается от сети питания линейными контактами КM1.1.
После размыкания линейных контактов магнитного пускателя напряжение смещения нейтрали становится практически равным нулю, транзистор VT1 и тиристор VS1 закрываются, реле К1 обесточивается и возвращается к дежурному режиму.
Устройство обеспечивает также блокирование пуска ЭД при обрыве одной из фаз или недопустимом значении несимметрии напряжений трёхфазной сети.
С помощью конденсатора С4 осуществляется задержка времени срабатывания устройства при неодновременном замыкании линейных контактов магнитного пускателя (контактора) КМ1, а также в случае несимметричных коротких замыканий в электросети. Для повышения надёжности работы схемы уставка срабатывания защиты от несимметричных режимов выставляется для режима нерабочего хода ЭД потенциометром R4.
Детали
В устройстве используются резисторы типа С2-23, диоды VD1, VD2 заменимы на серию Д211 на 600 В или на КД105В, Г. Вместо стабистора VD4 типа КС119А с напряжением стабилизации 1,9 В можно использовать стабистор КС107А (2С107А на 0,7 В) и КС113А (2С113А на 1,3 В), соединив их последовательно.
Стабилитрон VD5 типа Д814А - с напряжением стабилизации 7...8,5 В. Диод VD6 - серии Д226Б или КД105 с любым буквенным индексом.
Тиристор VS1 типа КУ202Н можно заменить на КУ202М, КУ202Л, КУ202К, КУ201Л. Транзистор VT1 (n-р-n) типа КТ315 с любым буквенным индексом. Конденсаторы С1...С3 типа МБМ или керамические с одинаковым отклонением от номинала.
Электролитические конденсаторы С4 и С5 - типа К50-35 на напряжение 16 В. Реле К1 - малогабаритное типа РП-21 на напряжение 220 В переменного тока.
Элементы схемы защиты ЭД подключаются к схеме ЭД входными клеммами 1...8.
Устройство опробовано в производственных условиях. Его практическое использование даёт возможность значительно повысить надёжность работы ЭД во время эксплуатации.
