Автоматическая защита от влажности обмоток электродвигателей
категория
Электроника в быту
А. ПАХОМОВ, г. Зерноград Ростовской обл.
Радио, 2002 год, № 6
Электродвигатели, применяемые в быту и промышленности, нередко эксплуатируют и хранят в условиях повышенной влажности. Корпус двигателя не герметичен, влага неизбежно проникает внутрь, ее впитывает изоляция обмоток. Это приводит к уменьшению сопротивления изоляции, возрастанию токов утечки и в конечном итоге к пробою. Предлагаемое устройство постоянно контролирует сопротивление изоляции трехфазного асинхронного электродвигателя и автоматически поддерживает его на заданном уровне, исключая выход двигателя из строя в результате переувлажнения.
Устройство, о котором пойдет речь, образует с электродвигателем, питающей сетью и пусковым аппаратом единую систему, структура и принцип действия которой защищены авторским свидетельством [1]. Конструкция отмечена серебряной медалью ВДНХ (ВВЦ). Сопротивление изоляции контролируется и восстанавливается в наиболее опасные, с точки зрения конденсации влаги, интервалы времени- в перерывах работы электропривода.
Небольшое пояснение: суть изобретения заключается в том что при если на электродвигатель кратковременно подавать небольшие импульсы тока, то обмотки так или иначе будут нагреваться а, следовательно, и подсыхать.
Схема устройства
Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)
Как показано на рисунке, асинхронный электродвигатель М1 подключен к трехфазной сети через коммутационный аппарат КМ1. Собственно устройство сушки состоит из узлов питания (трансформатор Т1, выпрямители на диодных мостах VD1, VD3), контроля сопротивления изоляции (микросхема DA1, транзистор VT2, реле К1) и управления (микросхема DD1, транзисторы VT1, VT3, реле К2). Исполнительными элементами служат симисторы VS1 и VS2.
Включают устройство сушки выключателем SA1, первая группа контактов которого (SA1.1) замыкает цепь первичной обмотки трансформатора Т1, а вторая (SA1.2) соединяет обмотки двигателя М1 со входом узла контроля. Если силовые контакты коммутатора КМ1 замкнуты и двигатель подключен к сети, устройство сушки не функционирует, так как цепь первичной обмотки трансформатора Т1 разомкнута вспомогательными контактами коммутатора.
Стабилитроны VD6 и VD7 стабилизируют напряжения, нужные для питания микросхем DA1 и DD1, a VD2 ≈ напряжение 130 В, служащее испытательным для проверки сопротивления между обмотками и корпусом электродвигателя M1. Испытательное напряжение подано на корпус двигателя через защитный резистор R4.
ОУ DA1 охвачен положительной обратной связью через резистор R21, превращающей его в триггер Шмитта. Напряжение на инвертирующем входе ОУ зависит от тока, протекающего под действием испытательного напряжения через сопротивление изоляции между корпусом и обмотками двигателя, и от положения движка подстроечного резистора R12, которым регулируют порог срабатывания. При выбранной величине испытательного напряжения ток утечки закрытых симисторов VS1 и VS2, подключенных параллельно контролируемой цепи, мал и не приводит к существенной погрешности. Благодаря относительно небольшим номиналам резисторов R11≈R13, чувствительность узла к наводкам невысока и провода, соединяющие его с двигателем, могут быть значительной длины.
Пока сопротивление изоляции в норме, напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 больше, чем на неинвертиру-ющем. Напряжение на выходе ОУ ≈ низкое, транзистор VT2 закрыт, обмотка реле К1 обесточена. Горит сигнальная лампа HL1 "Контроль изоляции". С увлажнением обмоток сопротивление изоляции падает, напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 уменьшается (испытательное напряжение отрицательное). По достижении напряжением порога срабатывания триггера транзистор VT2 открывается, реле К1 срабатывает. Лампа HL1 гаснет, зажигается HL2 "Сушка изоляции".
Через замкнувшиеся контакты реле К1.2 поступает питание на микросхему DD1, на элементах которой и транзисторе VT1 собран мультивибратор [2]. Предусмотрена независимая регулировка длительности импульсов и пауз между ними. Длительность импульсов можно изменять переменным резистором R20 в пределах 0,3...7 с, пауз ≈ переменным резистором R14 в пределах 3...16 с. Выходной сигнал мультивибратора поступает на транзисторный ключ VT3, управляющий реле К2. Контакты К2.1 и К2.2 находятся в цепях управляющих электродов симисторов VS1 и VS2. Включившиеся симисторы подают фазное сетевое напряжение на две последовательно включенные обмотки электродвигателя М1. Для вращения ротора этого недостаточно, но протекающий по обмоткам ток подогревает и сушит их.
На время сушки контакты К2.3 разрывают цепь контроля. Резистор R5 предотвращает ложное срабатывание триггера Шмитта, имитируя пониженное до 510 кОм сопротивление изоляции. Выключателем SA2 этот резистор можно подключить постоянно, что вызовет принудительный переход устройства в режим сушки. Конденсаторы С5, С6 сохраняют неизменным напряжение на входе триггера во время "перелета" и дребезга контактов К2.3. Они же защищают вход от помех.
В паузах между импульсами, когда реле К2 обесточено, а симисторы VS1, VS2 закрыты, временно восстанавливается режим контроля. Если сопротивление изоляции уже пришло в норму, триггер на ОУ DA1 изменит свое состояние, обесточит реле К1 и прекратит сушку. В противном случае она будет продолжена с началом очередного импульса мультивибратора.
Чередование подогрева и контроля изоляции гораздо эффективнее непрерывной сушки [3]. По сравнению с известными ранее устройствами [4] нужный результат достигается при меньших энергозатратах, что и явилось целью изобретения [1]. Другое преимущество ≈ возможность запуска электродвигателя независимо от состояния устройства сушки благодаря тому, что в режиме "Сушка изоляции" вспомогательные контакты коммутатора КМ1 разрывают управляющую цепь симистора VS2 раньше, чем замкнутся основные силовые контакты. Даже если контакты реле К2.2 в этот момент были замкнуты, симистор успеет закрыться, не вызывая замыкания фазы С на нейтраль трехфазной сети.
В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, переменные ≈ СПЗ-16, неполярные конденсаторы ≈ К73-17, причем С1 ≈ на напряжение 630 В, а С2 ≈ не менее 250 В. Оксидные конденсаторы любого типа. В качестве DD1 пригодна микросхема К155ЛАЗ, DA2 ≈ К140УД6. Трансформатор Т1 габаритной мощностью не менее 20 Вт. Напряжение на обмотке II ≈ 140...150 В при токе 10 мА, на обмотке III ≈ 16...18 В при токе 0,2 А. Реле К1 ≈ РЭС-47 паспорт 4.500.408, К2 ≈ РЭС-22 паспорт 4.500.131. Сигнальные лампы HL1, HL2 ≈ МН18-0,1. Допустимая мощность электродвигателя М1 зависит от типа примененных симисторов VS1, VS2. Для указанных на схеме она не должна превышать 5 кВт. Устройство собрано в корпусе размерами 260x160x150 мм от магнитного пускателя.
Проверяют и налаживают устройство сушки, не подключая его к электродвигателю. На обмотку I трансформатора Т1 подают переменное напряжение 220 В. Между верхним по схеме выводом резистора R4 и нормально замкнутым контактом реле К2.3 устанавливают несколько последовательно соединенных резисторов мощностью не менее 0,5 Вт и общим сопротивлением 6,8...10 МОм. Контакты выключателя SA2 должны быть разомкнуты.
Подстроенным резистором R12 добиваются, чтобы при уменьшении сопротивления набора резисторов до 4 МОм реле К1 срабатывало, а при восстановлении прежнего значения ≈ отпускало. О состоянии реле можно судить по зажиганию ламп HL1 и HL2. Срабатывание реле К1 должно сопровождаться генерацией импульсов мультивибратора и характерными щелчками реле К2. Соотношение между порогами срабатывания и отпускания узла контроля зависит от номинала резистора R21. При необходимости его можно подобрать.
Далее устройство устанавливают на предназначенное для него место рядом с двигателем М1 или коммутатором КМ1 и соединяют его с ними согласно схеме. Естественно, на время монтажа вся система должна быть отключена от сети.
Для определения оптимального режима сушки автором разработана специальная методика, описание которой выходит за пределы журнальной статьи. На практике рекомендуется выключателем SA2 принудительно включить сушку и установить переменными резисторами R14 и R20 такие длительности импульсов и пауз, чтобы температура корпуса электродвигателя стабилизировалась в интервале 70...75╟С.
В заключение отметим, что электродвигатель с описанным устройством можно подключать по рассмотренной выше схеме только к промышленной трехфазной электросети с "глухозаземленной" нейтралью. Соединять корпусы электроустановок с нулевым проводом бытовых электросетей нельзя. В этом случае корпус двигателя следует заземлить отдельным проводом, а цепь, соединяющую корпус с выводом симистора VS2 и нейтралью сети, ≈ разорвать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пахомов А. Система энергоснабжения. Описание изобретения к авторскому свидетельству № 1585862. — Бюллетень "Открытия, изобретения,...", 1990, № 30.
2. Дьяконов В. Широкодиапазонный автоколебательный мультивибратор на интегральных микросхемах транзисторно-транзисторной логики. — Приборы и техника эксперимента, 1976, № 2, с. 103.
3. Ванурин В., Пахомов А. Сушка электродвигателей импульсами тока. — Техника в сельском хозяйстве, 1986, № 6, с. 28, 29.
4. Мартыненко И., Корчемный М., Ма шевский В. Способ защиты изоляции обмоток электродвигателя от конденсации влаги и устройство для его осуществления. Описание изобретения к авторскому свидетельству № 680102. — Бюллетень "Открытия, изобретения, ...", 1979, № 30.
От редакции. Если при работе электродвигателя выключатель SA1 оставлен замкнутым, элементы устройства защиты оказываются соединенными с одной из фаз сети и прикосновение к ним опасно для жизни.