Блок защиты двигателя от перегрузок

Проблема надёжной защиты от перегрузок электродвигателей, а соответственно, и механизмов, в которых установлены, до сих пор очень актуальна. Современные стандарты большинства стран мира, в том числе и России, предъявляют все более высокие требования к повышению безопасности работы персонала и росту экономической эффективности во всех отраслях промышленности. Эти факторы определяют потребность в защите и наблюдении за оборудованием и механизмами, приводимыми в действие электродвигателями. Пренебрежение указанными требованиями приводит к непредвиденному и значительному ущербу от снижения срока службы оборудования, к повышению вероятности травмирования персонала.

Для надежной и бесперебойной работы электродвигателей не малое значение имеет соблюдение необходимых требований и правил при составлении электрической схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры, проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропривода. Для повышения эффективности и снижения стоимости конечного продукта специалисты предприятий различных отраслей промышленности реализуют проекты, направленные на модернизацию электропривода машин и механизмов. Наиболее рационально эти цели могут быть достигнуты применением электронных систем защиты. Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.

Особенно на производстве, где нередко случаются нарушения установленных правил эксплуатации механизмов, приводящие к перегрузкам, да и аварии изношенного оборудования иногда происходят (заклинил редуктор, «рассыпался» подшипник, замыкание в кабеле или обрыв фазного провода).

Во всех этих случаях рассматриваемое защитное устройство надёжно срабатывает, выключая двигатель.

1. Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Высокие показатели надежности и долговечности электродвигателей возможны только при условии их работы при номинальных или близких к ним режимах, что можно обеспечить лишь установкой надлежащей защиты.

Целью данного дипломного проекта является разработка электрической схемы защиты электродвигателей. Устройство должно удовлетворять следующим требованиям:

— обеспечивать защиту по максимальному току,

— обеспечивать защиту по рабочему току;

2 стр., 925 слов

Допуск к защите выпускной квалификационной работе (дипломной работе)

... грамотность и лаконичность текста; заключение о возможности допуска дипломной работы к защите; общая оценка дипломной работы по пятибальной системе (отлично, хорошо, удовлетворительно, ... дня до защиты ВКР. Внесение изменений в дипломную работу после получения рецензии не допускается. Защита выпускной квалификационной работы (дипломной работы) Защита ВКР проводится на открытом заседании ...

— иметь регулируемые пределы порога срабатывания отключения двигателя для точной настройки;

— выполнять функцию электромагнитного пускателя;

— конструкция устройства должна обеспечивать возможность ремонта.

Устройство предназначено для крупного серийного производства. Изделие должно эксплуатироваться в помещениях. Напряжение питания устройства переменное 36 В для пускателя, и 12…18 В для устройства защиты от перегрузок.

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» срабатывает К1 – промежуточное реле электромагнитного пускателя электродвигателя, а с ним и сам пускатель, вспомогательные группы контактов которого КМ1.1 и КМ1.2 замыкаются. Первая из них блокирует кнопку SB1, которую теперь можно отпустить, а вторая включает в работу выпрямитель на диодном мосте VD5-VD8. Напряжение 12 В с выхода стабилизатора на стабилитроне VD9 и транзисторе VT1 подаётся в цепи питания устройства. Нужное для питания реле К1 напряжение 36 В имеется в пускателе. Обычно там удаётся найти и переменное напряжение 12…18 В для выпрямителя.

Сразу после включения питания конденсатор С6 заряжается через резистор R10, на котором формируется импульс, устанавливающий триггеры DD1.1 и DD3.2 в исходное состояние с низким уровнем на выходе.

Обычно в электромагнитных пускателях для контроля тока, потребляемого трёхфазным двигателем, применяют два трансформатора тока. В блоках защиты по максимальному току и по рабочему току происходит сравнение выходного тока трансформаторов с образцовым. Узлы сравнения построены на резисторах МЛТ-2, которые при превышении допустимых значений тока сильно нагреваются, иногда даже выходят из строя.. Следствием перегрева бывают кольцевые трещины в местах пайки выводов этих резисторов.

В рассматриваемом устройстве компараторы напряжения на ОУ DA1 и DA2 следят за амплитудой напряжения на нагрузочных резисторах трансформаторов тока Т1 и Т2 (соответственно R1 и R2), которая пропорциональна контролируемому току. Не исключено, что снимаемые с этих резисторов напряжения окажутся слишком малыми по сравнению с порогами срабатывания компараторов. В таком случае их можно усилить с помощью ОУ, включённых по стандартной схеме неинвертирующего усилителя.

Для защиты однофазного двигателя, когда ток контролируют только в одной цепи, трансформатор тока Т2 не нужен. Его исключают из устройства вместе с резистором R2 и диодом VD2, а верхний (по схеме) вывод подстроечного резистора R4 соединяют с таким же выводом резистора R3.

С началом работы электродвигателя на неинвертирующий вход ОУ DA2 поступают положительные полупериоды напряжения с движка подстроечного резистора R4. Их амплитуда намного превышает образцовое напряжениена выводе 2 ОУ, поскольку пусковой ток электродвигателя обычно в 5…7 раз больше рабочего. В результате на выходе ОУ DA2 присутствуют импульсы логических уровней. Фронтом первого из них запускаются одновибраторы на триггерах DD1.2 и DD3.1. Первый генерирует импульс длительностью 5 с, второй – 3с.

13 стр., 6363 слов

Релейная защита и автоматика трансформаторов

... возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды. По своему назначению реле разделяют на реле управления и реле защиты. Реле управления ... предусматриваются следующие устройства автоматики: автоматическое повторное включение, предназначен­ное для повторного включения трансформатора после его отключения максимальной токовой защитой. Требо­вания ...

Соединённые последовательно элементы микросхемы DD2 создают задержку, благодаря которой при одновременном запуске одновибраторов высокий уровень на входе D триггера DD3.2 устанавливается позже, чем на входе С, поэтому триггер остаётся в исходном состоянии, а обмотка реле К3 – обесточенной.

Если ток двигателя за 3 с. не уменьшился до рабочего значения и импульсы на выходе ОУ DA2 не прекратились, произойдёт повторный запуск одновибратора на триггере DD3.1. Поскольку установленный ранее на входе D триггера DD3.2. высокий уровень остался прежним, этот триггер переключится, реле К3 сработает, его контакты К3.1 разомкнутцепь обмотки реле К1. Двигатель будет выключен.

Аналогичные процессы произойдут и при увеличении тока сверх допустимого рабочего в результате механической перегрузки двигателя. Если её продолжительность менее 3 с., двигатель продолжит работать, а если больше, он будет выключен.

Следует иметь ввиду, что в случае, когда контакты кнопки SB1 выполняющего её функции реле блока дистанционного управления (БДУ) остаются замкнутыми более 3 с., после аварийного выключения двигателя произойдёт его повторное включение ещё на 3 с. Чтобы не допустить этого, можно, например, заменить обычное реле К3 на имеющее два устойчивых состояния (дистанционный переключатель) и использовать его вторую обмоткудля возвращения устройства защиты в рабочий режим после устранения причины аварии.

Второй канал устройства, собранный на трансформаторе тока Т1, ОУ DA1, триггере DD1.1, транзисторах VT2, VT3 и реле К2, немедленно выключает двигатель при превышении допустимого значения пускового тока. Импульсыперегрузки, появившиеся в этом случае на выходе ОУ, переводят триггер в состояние с высоким уровнем на выходе ОУ, переводят триггер в состояние с высоким уровнем на выходе ОУ, переводит триггер в состояние с высоким уровнем на выходе, что приводит к срабатыванию реле К2, размыкающего цепь питания К1, — промежуточного реле пускателя. Для устранения последствий слишком длительного нажатия на кнопку SB1 рекомендуется заменить дистанционным переключателем и реле К2.

Налаживание печатной платы сводится к проверке длительности импульсов одновибраторов натриггерах DD1.2 и DD3.1 и к установке порогов срабатывания защиты подстроечными резисторами R3 и R4.

2. Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов

Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом изложенных в техническом задании условий и требований. Эксплуатационная надежность элементной базы в основном определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и при использовании в режимах, которые не превышают предельно допустимые.

Для правильного выбора типа элементов необходимо на основе требований по установке в частности климатических, механических и др. влияний проанализировать условия работы каждого элемента и определить:

эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);

значения параметров и их разрешенные изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);

51 стр., 25005 слов

Выбор трансформаторов на подстанции

... n% - ордината соответствующей ступени типового графика, в %. В данном курсовом проекте нам даны суточные типовые графики нагрузки предприятий (зима, лето), которые переводим в пять графиков ... , для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который можно определить из данных в курсовом проекте типовых графиков силового максимума в процентах в ...

разрешенные режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и др.);

показатели надежности, долговечности и срока сохранения.

Критерием выбора в устройстве электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ, заданных условиями работы и эксплуатации.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ является:

технические параметры:

номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схемы прибора;

допустимые отклонения величины ЭРЭ от их номинального значения;

допустимое рабочее напряжение ЭРЭ;

допустимая мощность рассеивания ЭРЭ;

диапазон рабочих частот ЭРЭ;

коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

эксплуатационные параметры:

диапазон рабочих температур;

относительная влажность воздуха;

атмосферное давление;

вибрационные нагрузки;

другие показатели.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ является:

унификация ЭРЭ;

масса и габариты ЭРЭ;

наименьшая стоимость.

Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации ЭРЭ при конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:

значительно уменьшить сроки и стоимость проектирования;

сократить на предприятии номенклатуру примененных деталей и сборочных единиц;

увеличить масштабы производства;

исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта схемы, то есть упростить подготовку производства;

создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятия;

улучшить эксплуатационную и производственную технологичность;

снизить себестоимость выпуска проектируемого изделия.

Выберем ЭРЭ наиболее дешевых, распространенных, которые поставляются многими организациями – поставщиками электронных компонентов, при условии соблюдения принципа наименьших габаритов и размеров.

2.2 Обоснование выбора резисторов

Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=U I , P=U2 /R, P=I2 R, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличивается вдвое. Исходя из полученных значений, выбирают, резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5, 10Вт и т.д.

9 стр., 4108 слов

Устройство, характеристика и виды резисторов

... постоянных и переменных резисторов). Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение резистора, указываются в определенной последовательности. Для резисторов постоянного сопротивления указываются: тип резистора; номинальная мощность рассеяния, номинальное сопротивление и буквенное обозначение ...

Металлооксидные резисторы содержат резистивный элемент в виде очень тонкой металлической пленки, осажденной на основании из керамики, стекла, слоистого пластика, ситалла или другого изоляционного материала. Металлопленочные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. Для разрабатываемого устройства подходят резисторы МЛТ — резисторы общего применения для ручной и автоматизированной сборки, предназначенные для работ в электрических цепях постоянного, переменного токов и в импульсном режиме.