Оснащення електрообладнання промислових установок пристроями захисного відключення передбачається міжнародними стандартами Електрообладнання поліграфічного виробництва має навантаження, що харчуються одно-і трифазним напругою Прикладами навантажень, снабжающихся однофазним напругою, можуть служити малопотужні електроприводи, пристрої нагріву тигельних машин або клейових пристроїв, електроприводи малопотужних компресорів і вентиляторів в одноножових різальних машинах та інше обладнання Прикладами навантажень, снабжающихся трифазним напругою, можуть служити електроприводи друкарських машин, пристрої інфрачервоного сушіння, великих одноножових різальних машин і т п

З початку розглянемо пристрій захисного відключення для трифазного навантаження

Функціональне призначення пристрою Пристрій захисного відключення трифазне електронне (УЗОТЕ) є прикладом електронного пристрою автоматики Воно призначене для захисного відключення енергоспоживачів (Електродвигунів, нагрівальних елементів, наприклад трубчастих електронагрівачів ТЕНів тигельних машин, галогенних ламп копіювальних рам і т п) при виникненні таких аварійних ситуацій в їх роботі:

– обрив лінійного (фазного) дроти в лінії електропостачання енергоспоживача незалежно від місця обриву

– перекіс фаз мережі живлення, наприклад, в лінії електропостачання друкарської машини, різальної машини і т п, в лінії електроживлення приводного асинхронного двигуна, наприклад позолотного преса, сталкивателя стопи паперу різальної машини ит п;

– перевищення номінального або робочого струму енергоспоживачів при виникненні несправностей технологічного обладнання

-Перевищення пускового струму і часу пуску електроприводу технологічного обладнання

Пристрій приладу Конструктивно прилад виконаний у пластмасовому корпусі, що складається з основи і кришки Всі елементи електронної схеми розміщені на одній платі, укріпленої на підставі На платі знаходиться змінний резистор R8 «УСТ ЧАС », службовець для завдання часу відсічення пусковий перевантаження, резистор R3« УСТ СТРУМУ », службовець для установки номінального струму навантаження, а також світлова індикація на двох світлодіодах: один V9 – «НОРМА» (зеленого кольору), що сигналізує про нормальному режимі роботи енергоспоживача, другий V2 – «ПЕРЕЕРУЗКА» (червоного кольору), що сигналізує про аварійний режим роботи енергоспоживача при одночасному світінні з індикатором V9 «НОРМА» і про відключений двигуні в аварійній ситуації при окремому світінні Підключення зовнішніх ланцюгів виробляється через клеммник, укріплений на підставі пристрою Для введення приладу в дію напругу його живлення подається до подачі напруги на енергоспоживачів, наприклад, вимикачем OF (рис Е48) Живлення пристрою здійснюється напругою 220 В від однієї з фаз напруг, на якій встановлюється вимірювальний трансформатор струму (в розглянутій схемі фаза А) і нульового проводу

Рис 148 Схема підключення УЗОТЕ з котушкою пускача на напругу ΞΞ0 В

Опис принципу дії пристрою Принципово пристрій складається з двох однакових каналів, що впливають на відключає електронний ключ VS (симистор – електронний аналог релейного контакту), що знаходиться в ланцюзі живлення котушки пускача, керуючого включенням-відключенням силового навантаження (комутуючого силове навантаження, тобто енергоспоживачів) Канал струмового захисту перетворює напругу, знімається з вторинних обмоток и1-и2 (в межах 0,4 .. 0,8 В) одного або двох трансформаторів струму (ТА \, ТА2) в постійну напругу випрямлячем UZ1, ємнісним фільтром С1 і С2, працюючим на навантажувальний резистор R2 Значення цієї напруги пропорційно току, споживаному енергоспоживачів Напруги, що знімаються з вторинних обмоток трансформаторів, не повинні відрізнятися один від одного на величину більше 20%, що забезпечується достатнім рівністю струмів, що протікають в фазних проводах енергоспоживача Напруга на резисторі R2 бере участь у розподілі напруги живлення (Лшт між опором L1 і частиною опору змінного резистора R3 Напруга, що знімається з опору RI, надходить на вхід 2 перетворювача частоти D1 Перед включенням енергоспоживача на схему управління ним (SB \, SB2 і КМ, рис 149) подається напруга Од-новременно воно надходить на пристрій захисного відключення (точки 4-5) При відсутності струму енергоспоживача відсутня напруга на опорі R2, тому на опорі L1 досить високий рівень напруги, який прикладається до входу 2 перетворювача частоти D1 Якщо на вході 2 високий рівень, то на виході 3 низький, а на виході 6 мається знакозмінний напруга прямокутної форми Ця напруга випрямляється діодом V4, створюючи йому позитивний рівень, і надходить на базу транзистора 112 У результаті транзистор VT2 відкривається і від напруги живлення починає протікати струм через нього, світлодіод V9 і оптопару VT3 Оптопара VT3 закарачіва-ет діагональ випрямні мосту UZ2, і напруга 220 В, прикладена до сіммістору VS (точки 4-6), через опір LI4 по керуючому електроду сіммістора включає його, тим самим готує ланцюг включення пускача КМ (рис Е49) Натисканням кнопки SB2 подається напруга на котушку пускача КМ, який включається і своїми силовими контактами КМ подає напругу на енергоспоживачів

При включенні енергоспоживача виникають пускові струми, перевищують його номінальні значення При пускових токах напруга на опорі R2 перевищує виставлене резистором R3 напруга, і це призводить до низького рівня напруги на опорі R \, що викликає зниження рівня напруги на виході 6 перетворювача частоти D1 і поява коливань поклади-

тельного напруги прямокутної форми / Д Ця напруга диференціюється ланцюжком з світлодіода V2 і конденсатора С2 Позитивні імпульси цього продифференцировав напруги через опору R4 подається на базу транзистора VT \, який включається-вимикається з частотою диференціюючого напруги Напруга / Д призводить до імпульсного світінням світлодіода V2, ніж попереджає про протікання пускових струмів З колектора транзистора VTI напруга надходить на вхід 2 мікросхеми / 92, в якій обєднані таймер і тригер Напруга, що надходить на вхід 2, запускає таймер Час, визначальне затримку появи напруги на виході таймера після появи такого на вході, задається / ZC-ланцюгом з резистора RS і конденсатора С7 Цей час має перевищувати нормативний час дії пускових струмів У різних енергоспоживачів час дії пускових струмів різному, і тому для використання пристрою є можливість зміни часу затримки таймера Ця можливість реалізується зміною опору RS Якщо за час роботи таймера пускові струми зменшилися до нормативних значень, на виході 3 мікросхеми D \ зявиться низький рівень напруги, що призведе до закриття транзистора VTI і появи напруги на вході 2 мікросхеми / 92, який зупиняє роботу таймера Пристрій захисту не відключить енергоспоживачів Якщо тривалість дії пускових струмів перевищить нормативне значення, то після відпрацювання таймером витримки часу його вихідна напруга приводить в дію тригер, який встановлюється в одиничний стан, в результаті чого на виході 9 мікросхеми D2 зявляється низький рівень напруги, що закриває транзистор VT2 і оптопару (73 Відключення оптопари расшунтірует діагональ випрямляча UZ2, що знімає напругу з керуючого електрода сіммістора VS, в результаті чого він закривається Закриття сіммістора VS відключає пускач КМ, а його силові контакти відключають енергоспоживачів від напруги живлення Е1осле появи низького рівня на виході 9 мікросхеми D2 позитивний рівень напруги на виході 6 мікросхеми D \ зменшується Це створює зрив коливань і поява на виході 3 високого позитивного рівня напруги, стійко що відкриває транзистор VT 1, що дає постійне світіння світлодіода V2 Закриття транзистора VT2 припиняє світіння світлодіода V9 Для повернення пристрої захисту в початковий стан необхідно зняти з нього напруга живлення приблизно на 10 с При цьому розрядиться час-задає конденсатор С7 і при повторній подачі напруги живлення на пристрій тригер мікросхеми D2 відновить високий рівень напруги на виході 9 мікросхеми D2 і підготує пристрій до роботи

У ході роботи енергоспоживача можуть виникнути струми перевантаження, від яких також слід його захистити Цю функцію наведене пристрій виконує, оскільки канал струмового захисту зафіксує підвищення струму в фазах харчування енергоспоживача, підвищиться напруга на опорі R2, вступить в дію мікросхема D \ і далі пристрій буде працювати за описаним вище алгоритмом Якщо є необхідність відключення енергоспоживача відразу після появи струмів перевантаження, то схему пристрою слід доповнити схемою, що складається з чотирьох мікросхем / 931, / 932, / 941, / 942 ( / / /-тригер, 2І-НЕ) Мікросхема / 941 (2І-НЕ) спільно з резистором R \ 5 і конденсатором С9 встановлює / / /-Тригери по їх / /-входу в нульовий стан (О = 0, (9 = 1) за рахунок імпульсного заряду конденсатора С9 При включенні енергоспоживача і появу пускових струмів напруга, що надходить на вхід 2 мікросхеми D2, за допомогою мікросхеми D42 і конденсатора СЮ по тактовому входу З переведе тригер D31 в одиничний стан (О = 1, О = 0) Оскільки на тактовій вході тригера 1) 32 зявиться логічний нуль, яким він не управляється, то його стан збережеться При появі струмів перевантаження зявилося знову напруга на вході 2 мікросхеми D2 мікросхемою D42 по тактовому входу З тригера D31 переведе його в нульовий стан (0 = 0, О = 1) Поява логічної одиниці на тактовій вході З тригера D32 переведе його в одиничний стан (О = 1, О = 0) Низький рівень на виводі 14 цього тригера через діод V8 закриє транзистор VT2 і, як наслідок подальшої роботи пристрою, відключить енергоспоживачів від напруги живлення, запобігши тим самим без затримки його перевантаження

Для деталізації роботи пристрою розглянемо побудову аналого-цифрового інтегрального таймера марки КР1006ВІ1, використовуваного, зокрема, у пристрої УЗОТЕ Його функціональна схема дана на рис 150 У нього входять резисторний дільник RI = R2 = R3, два компаратора DD1 і DD2, / / ​​S-тригер Т з тактується входом Е, вихідні транзистори 171, 172, 173 Напруга живлення таймера Uwт, Розподілене резисторного дільником, подається на входи компараторів Одне напруга UBX\ Подається на інверсний вхід компаратора DD1, другий напруга 1 /ВХ2 подається на неінверсний вхід компаратора DD2 Напруги з виходів компараторів управляють по / / S-входів станами тригера Т Тригер може встановлюватися в нульовий стан (0 = 0, О = 1) за Тактируемого входу Е сигналом низького рівня Е = 0 Якщо на виведення 6 таймера напруга Uв> Dbxi, то з виходу компаратора DD 1 надійде сигнал на / /-вхід тригера для установки його в нульовий стан Якщо на виводі 2 таймера напруга [Д ЇХ2, то з виходу компаратора DD2 надійде сигнал на S-вхід тригера для установки його в одиничний стан

рис 150 Схема таймера КР1006ВІ1

Якщо на входи тригера одночасно надходять сигнали установки його в різні стани, то він буде перемикатися у відповідності з наступним пріоритетом сигналів Перший пріоритет має сигнал на виводі 4 – це сигнал дозволу Е Якщо Е = 1 (на тактовій вході тригера високий рівень сигналу), то робота таймера дозволена Якщо Е = 0, то тригер знаходиться в нульовому стані Другим за пріоритетністю є безперервний сигнал UBx2 на виведення 2 Якщо Е = 1 і U2 < DBx2, то на виході Про тригера є високий рівень сигналу О = 1, і такий стан тригера не залежить від логічного стану виводу 6, тобто від співвідношення напруг [/6і UBX\ Третій пріоритет має безперервне напруга Ue При U6 > I/вх|, ll2 > UBx2 і Η 1 ця напруга 1 /() встановлює тригер в нульовий стан Транзистори VTI і 172 забезпечують по струму (до 100 мА) безпосереднє управління електромагнітним реле Основна схема включення таймера наведена на рис 151 Режим її роботи відповідає режиму одновібратора Вихід (точка а) времязадающей інтегрує / ((-ланцюга приєднаний до висновків 6 і 7 таймера, а сама / ((-ланцюг – до напруги джерела живлення / /ІІТ Початково на виведення 2 підтримується напруга II2 > UBX2, А тим самим на вході S тригера мається логічна одиниця, що ставить його в нульовий стан 0 = 1, у результаті чого транзистор VT3 відкритий і на виході / ((-ланцюга також є нульовий потенціал

Рис 151 Схема одновібратора на основі таймераКР1006БІ1

Одночасно відкривається транзистор VT2, і на виході таймера (висновок 3) є нульовий потенціал Якщо на вхід таймера подати негативне напруга івх2 (Рис 84), яке забезпечило б виконання умови U2 < UBX2, То на вході S тригера Т зявиться логічна одиниця, яка переводить його в одиничний стан ((7 = 1, О = 0) В результаті цього транзистори VT2 і 173 закриваються, а транзистор VTI відкривається На виході таймера (висновок 3) зявляється напруга позитивного рівня, а конденсатор СЗ почне заряджатися від напруги живлення (Лшт через резистор R2 Коли конденсатор СЗ зарядиться до напруги, рівного (/ вх, на L-вході тригера зявиться логічна одиниця, яка переводить його назад в нульовий стан Це знову приводить до відкриття транзисторів VT2 і 173, закриття транзистора VT 1 і появі на виході 3 нульового потенціалу Цим моментом часу закінчується формування тривалості вихідного імпульсу таймера ДМП, яка визначається параметрами времязадающей / / (-ланцюга: /імп = R2-СЗ ЛПЗ = 1,1 ■ R2-СЗ Крім цього, формування тривалості вихідного імпульсу може виконуватися сигналом «дозвіл», що надходять на висновок 4, який перериває процес заряду конденсатора СЗ Якщо це не потрібно, то на висновок 4 подається напруга живлення + / /ІІТ Наступним прийомом зміни тривалості вихідного імпульсу служить управління роботою таймера по входу 5 Зовнішнім керуючим напругою Uynp здійснюється зміна напруги Свхь до якого заряджається конденсатор СЗ Е [ри цьому тривалість вихідного імпульсу буде рівна СМП =^ 2-СЗ-1п [(/піт/((/піт-(/ynp) J Найменша

тривалість вихідного імпульсу обмежена швидкодією логічних елементів таймера, найбільша – допустимими габаритами конденсатора С1 времязадающей ланцюга Підвищення перешкодозахищеності роботи таймера досягається зєднанням виведення 5 з загальним висновком через конденсатор С1 порядку 0,01 мкФ Можливі й інші схеми таймера КР1006ВІ1

Пристрої вбудованої температурного захисту (УВТЗ) Вони застосовуються для захисту електродвигунів від перевантаження, здійснюючи безпосередній контроль температури обмоток двигуна встановленими датчиками температури На малюнку 152 як приклад приведена електрична схема такого пристрою

рис 15Ξ Електрична схема пристрою I вбудованої температурного захисту УВТЗ

Як датчики температури використані напівпровідникові терморезистори з позитивним температурним коефіцієнтом опору (по-зістори) типу СТ14-1 Позистор СТ14-1 виконані у вигляді невеликих дисків діаметром 3 мм і товщиною 1,5 мм Їх закладають в лобові частини статорних обмоток трифазних асинхронних двигунів з боку, протилежного вентилятору охолодження, по одному в кожну фазу, і зєднують послідовно Тим самим забезпечують безпосередній контроль температури в найбільш нагрітої частини обмотки двигуна При перевищенні заданої температури опір позисторов Rt стрибкоподібно змінюється приблизно в 100 разів Таке релейне зміна опору датчиків температури викликає надійне спрацьовування пристрою захисту і відключення двигуна від живильної мережі Харчування УВТЗ здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В шляхом подачі його натисканням кнопки SB2 Пуск із зменшенням його опорами R \, R2 і конденсатором С і випрямленням його мостовим випрямлячем UZ, вихідна напруга якого стабілізується стабілітроном VD1 Виконавча схема складена на транзисторах VT1 і 112, включених за схемою з позитивною емітерний звязком, здійснюваної резистором R5, що утворює тригер Шмітта Вхідним керуючим сигналом тригера є падіння напруги на Rt, Яке надходить на базу VT2 Застосування тригера Шміта дозволяє здійснювати чітке перемикання вихідного реле KV (відсутність «брязкоту контактів») при перевищенні значення вимірюваної температури нагріву обмоток двигуна встановленої, що задається параметрами позисторов Якщо температура обмоток двигуна нижче встановленої опір позисторов Rt мало, тому транзистор VT 1 закритий, а транзистор 172 відкритий За рахунок падіння напруги на резистори R6, прикладають до керуючого електрода тиристора VS, він включається і включає реле KV Замикає контакт реле До V замикає ланцюг живлення магнітного пускача КМ, який своїми силовими контактами подасть напругу на обмотки двигуна, а його замикає контакт зашунтірует кнопку SB2, поставивши цим самим на саможивлення і схему управління двигуном, і схему УВТЗ Захист обмотки реле KV від комутаційних перенапруг виконується зустрічно включеним паралельно їй діодом VD2 При перевищенні значення температури нагріву обмоток двигуна встановленого значення опір термодатчиков (позисторов) стрибкоподібно збільшується Це призводить до закриття транзистора VT2, а при переході однофазного випрямленої напруги живлення з некерованого випрямляча UZ, – до вимикання тиристора VS, відключенню реле До V і пускача КМ Його силові контакти знімають напругу з обмоток двигуна, і він зупиняється Схеми управління двигуном і УВТЗ знімаються з самопіта-ня Аналогічно працює схема при обриві ланцюга термодатчиков Таким чином, УВТЗ безперервно контролює цілісність електричного кола термодатчиков і реагує на температуру обмоток двигуна незалежно від причин, що викликають її перегрів

Фазочувствітелние пристрої захисту (ФУЗ) Ці засоби захисту двигунів від перевантаження мають обмежене застосування для електроприводів тільки в економічно обгрунтованих випадках, на увазі високої складності і вартості, а також за невисокої якості напруги (асиметрія, коливання напруги та ін) Фазочувсшвішелное пристрій захисту реагує на зміну кута зсуву фаз між напругою і струмами трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором Базова структура ФУЗ складається з двох фазовращающіх трансформаторів струму і кільцевого фазового детектора з косинусной характеристикою, на виході якого включено електромагнітне реле захисту (рис 153)

У розглянутій схемі захисту (рис 153, а) реле KV включено між середніми висновками вторинних обмоток фазовращающіх трансформаторів струму ТА 1 і ТА2 Самі вторинні обмотки включені відповідно на діагоналі діодного детектора EDI .. ED4 У кожному плечі детектора послідовно з діодом включений резистор Опору цих резисторів погоджено з опором котушки реле KV і параметрами вторинних обмоток трансформаторів струму ТА 1 і ТА2 Тому при роботі електродвигуна з номінальним струмом в котушці реле KV протікає незначний струм, який суттєво менше струму відпускання /отп цього реле, і воно відключене При збільшенні струму електродвигуна вище номінального, наприклад, через обрив фази або заклинювання валу двигуна, вимірювані напруги U \ і U2 зростають, що призводить до збільшення струму в котушці реле KV, і воно включається, так як його ток стає більше струму спрацьовування /ср Це відображено на фазових характеристиках ФУЗ (рис 153, б) Своїм контактом включене реле KV впливає на схему управління двигуном, відключаючи його від напруги живлення ФУЗ – досить надійне засіб захисту асі-хрон двігаелей від неповнофазного режиму, заклинювання валу і незавершеного пуску Недоліками ФУЗ є великі ваго-габаритні показники, створювані трансформаторами струму, а також необхідність виготовлення їх на певні діапазони робочих струмів електродвигунів Крім того, як випливає з фазових характеристик (рис 153, б), вони володіють зниженою чутливістю до малих перевантажень, які можуть бути досить тривалими

Рис 154 МікросхемаК1182СА1

Розглянемо пристрій захисного відключення для однофазного навантаження, основу якого становить мікросхема К1182СА1 (рис 154)

Вона діагностує стан живильної мережі за допомогою датчика струму, підсилює і передає його сигнал виконавчому пристрою, що вимикає мережеве живлення від навантаження Мікросхема містить два операційних підсилювача DA1 і DA2, що підсилюють (по модулю) сигнал від датчика струму з коефіцієнтами посилення близько 280, що надходить на входи ΙΝ + і IN Цей сигнал подається на компаратор DA3 і далі через лінію затримки на вхід складеного транзистора 172, 113, який формує напруга на відкритому виході мікросхеми Харчування самої мікросхеми здійснюється від мережі змінного струму (входи АС 1, АС2) Вихідна напруга мікросхеми (виводи NT-GDN) постійного струму, що знімається з діодного моста UZ Харчування операційних підсилювачів, компаратора та інших внутрішніх елементів виконується стабілізованою напругою, формованим транзистором VTI на підставі опорного напруги, що знімається зі стабілітрона VD Для стійкої роботи мікросхеми на навантаження (наприклад, на реле KV) доцільне використання зовнішнього джерела живлення, підключається до висновків 11 (NT) і 1 {GDN) Додаткові опорні напруги, необхідні для нормальної роботи підсилювачів і компаратора знімаються резистивного дільника R6-R7-RS Висновок DELAY (затримка) служить для підключення ємності, регулюючої затримку включення складеного транзистора (VT2, 173) До висновку CL підключається ємність, переважна мережеві перешкоди, які можуть викликати ненормативне включення транзисторів VT2, 173 Висновок GND – загальний для підключення ємностей і навантаження

На прикладі схеми, показаної на рис 155, продемонструємо реалізацію захисту електричних ланцюгів від перевантаження по струму мікросхемою К1182СА1 У цій схемі використовується ще одна мікросхема типорозміру К1182ПМ1 – DAI, яка в даному випадку виконує функцію керованого електронного ключа (тиристора), включеного послідовно з реле змінного струму / / Е1 в мережу 220 В Подача напруги на однофазну навантаження здійснюється натисканням кнопки SB3, що призведе при розімкнутому контакті допоміжного реле KV2 (розімкнуті висновки С + і С-мікросхеми DA 1) до включення реле KV1 і замикання його контактів Включене стан пристрою индицируется світлодіодом VD2 Контроль асиметрії струмів у фазовому і нейтральному провіднику (витік) і перевантаження по струму в одному з провідників виконують токочувствітельние датчики: по асиметрії струму – ТА 1, по перевантаження по струму – ТА2)

У разі виникнення витоку струму по фазового і нейтральному проводам тече різний за значенням струм Це відстежується датчиком по асиметрії струму ТА \, і сигнал помилки надходить на входи DA2 (висновки 3 і 5) через резистивний дільник на резисторах R3 і R4, останній служить для настройки всієї схеми Якщо цей сигнал більше порогового напруги мікросхеми і його тривалість не менше 2 мсек (порогова тривалість задається ємністю С2), то мікросхема спрацьовує і включає реле KV1

Датчик являє собою сердечник з листових пластин електротехнічної сталі або з ферритового кільця (див § Е16) Сигнал датчика при заданій витоку може бути в межах 50 .. 200 мВ Налаштування всій схеми проводиться регулювальним резистором R4 Ємності Cl, С2 і С4 необхідні для часткового придушення імпульсних перешкод Для контролю працездатності пристрою служить кнопка SBI, натисканням на яку імітується витік по одному з провідників Одночасно вона виконує функцію відключення навантаження від мережі

При появі витоку в одному з провідників або перевантаження по струму спрацює мікросхема DA2 або 1) А 3, що призведе до включення реле KV2 і замикання його контактом висновки С + і С-мікросхеми DA 1, яка відключить реле KV1, а воно розімкне свої контакти, ніж зніме напругу з навантаження Якщо при включенні захисного пристрою буде спочатку існувати витік або перевантаження по струму, то на першій же полуволне після замикання контактів KV1 відбудеться спрацьовування однієї з мікросхем DA2, DA3 і реле К12, які залишаться включеними, поки утримується кнопка SB3 в замкнутому стані Це – гідність розглянутої схеми захисного відключення Іншою перевагою є те, що на вхід CL (висновок 8) мікросхеми К1182СА1 підключений конденсатор С4, який залишає включеним її складовою транзистор деякий час після припинення струму по виходу OUT (висновок 9) Вкажемо на третє гідність схеми, яке полягає в постановці після спрацьовування мікросхем DA2 і DA3 мікросхеми DA 1 на саможивлення контактом KV2 (ефект «засувки»), У цьому стані включення пристрою кнопкою SB3 неможливо Після повернення мікросхеми DA1 в початковий стан натисканням кнопки SB2 можна повторно подати напругу на навантаження

Джерело: Бєляєв В П, Шуляк Р І, «Електронні пристрої поліграфічного обладнання», Білоруський державний Технологічний університет, Мінськ, 2011 р