Контактор для управления и защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме
Полезная модель контактора предназначена для ручного и автоматического управления двигателями трехфазного тока и обеспечивает их защиту при возникновении неполнофазного режима в питающей сети.
Отличие полезной модели контактора от известных моделей состоит в том, что, в случае потери напряжения на любой Фазе в питающей сети, контактор отключается непосредственно - без воздействия на него специальных устройств релейной и тепловой защиты.
Полезная модель контактора является, универсальным по применимости, аппаратом управления двигателями трехфазного тока. Новая модель контактора одинаково применима - без каких бы-то ни было изменений конструкции, как при ручном управлении - кнопками «Пуск» и «Стоп», так и при автоматическом управлении - датчиком, и кроме того, обеспечивает исполнения «Команд на отключение» при технологической перегрузке двигателя.
Новые полезные свойства контактору придает «Трехфазная трехпроводная катушка» Турусова, используемая в качестве намагничивающей, вместо традиционной катушки.
Другая особенность полезной модели контактора состоит в том, что модель не содержит блок-контакта, традиционно используемого для шунтирования кнопки «Пуск» и тем, что в контакторе предусмотрен дополнительный зажим для присоединения цепи управления. Шунтирование же кнопки «Пуск» осуществляется одним из силовых контактов контактора.
Полезная модель контактора обладает свойством не только управлять, но и обеспечивает защиту двигателей при обрыве одной фазы в трехфазной сети.
Массовое производство новой модели контакторов и их повсеместное использование радикально решает проблему защиты двигателей при неполнофазном режиме. Отпадет надобность в использовании других устройств - более сложных и потому менее надежных.
Появление полезной модели контактора по праву может считаться знаковым событием для электротехники и энергетической отрасли. Оригинальное решение застарелой технической проблемы, над которой трудились многие авторы увенчался полным успехом. Совет Мудреца: «Упрощайте и получите самое значительное» получил реальное воплощение.
Присвоение полезной модели контактора имени автора всегда отличало бы это устройство от других известных, но менее удачных технических решений.
Контактор для управления и защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме.
Известные контакторы Л-2 ,стр.627 имеют тот недостаток, что не отключаются при обрыве одной фазы в питающей сети, а в одном случае обрыва фазы допускают включение двигателя на две фазы. Поясняющие схемы даны в приложении.
Работа двигателя на двух фазах, и особенно его включение на две фазы, приводит к повреждению статорной обмотки двигателя, из-за возрастания в ней тока.
Известны многочисленные устройства защиты двигателей трехфазного тока при обрыве фазы.
Однако повреждаемость двигателей трехфазного тока остается высокой. Наиболее часто повреждаются двигатели небольшой мощности и особенно двигатели, работающие в автоматическом повторно-кратковременном режиме.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить более высокую степень надежности защиты двигателей при неполнофазном режиме.
Поставленная цель достигается путем создания контактора обладающего свойством отключаться при обрыве любой фазы и не включаться ног две фазы.
Необходимые свойства, соответствующие поставленной цели, контактору придает трехфазная трехпроводная катушка, Л-3, используемая в качестве намагничивающей.
Катушка наматывается плоским жгутом, состоящим из трех проводящих полос4П,2П,ЗП и трех изоляционных прокладок 1И,2И,ЗИ между ними, Фиг.1.
Катушка образует три ленточных конденсатора, соединенных в треугольник
у которых обкладками являются три проводящие полосы, Фиг.2. Причем, каждая проводящая полоса является обкладкой у двух конденсаторов:
1П-у C 1-С3, 2П-у С.-С2, 3П-у С 2-С3.
При подключении проводящих полос к трехфазной сети наружными концами -1Н,2Н и 3Н по проводящими полосам идут зарядные токи двух конденсаторов по каждой, Фиг.2. По П1-###U304с1 и ###U304 с3; по П2- ###U304с2 и ###U304 c1; по П3- ###U304с3 и ###U304 с2.
Согласно первому закону Кирхгофа:
###U304 1П =###U304c1-###U304 c3; ###U3042П=###U304 с2 -###U304cl ; ###U304 3П= ###U304c3-###U304 c2, ФиГ.2
Причем в любом сечении проводящей полосы ток одинаков.
Основание-Первый закон Кирхгофа.
Сумма токов в жгуте: ###U304ж =###U304 1п +12п+13п равна: ###U304ж=###U304 c1-###U304c3+###U304 c2-###U304c1 +###U304сз-###U304 с2=0
Векторная диаграмма токов в жгуте представлена на Фиг.3. Таким образом, трехфазная трехпроводная катушка при присоединении к источнику трехфазного тока наружными концами проводящих полос не обладает намагничивающей силой F к=Iж·Wж =0, Л-1, стр.79 и является источником реактивной мощности:
Q=3UлIc, где
Q-реактивная мощность катушки, вар.;
U л,-линейное напряжение сети включения, В;
I c-зарядный ток конденсатора 
, где :
-угловая частота переменного тока равная 314 рад./с;
С-емкость конденсатора, Ф
-относительная диэлектрическая проницаемость материала прокладки;
0-абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная 8,86-10'12 Ф/м;
S-площадь проводящей полосы,м2;
d-толщина прокладки, м Л-4,стр.41 и Л-1,стр. 17.
Трехфазная трехпроводная катушка становится намагничивающей-индук-ционной, если в одной проводящей полосе, например в 3 IT изменить направление тока на обратное, путем ее присоединения к сети не наружным концом 3Н, а внутренним-3К, Фиг.4. Тогда суммарный ток в жгуте станет равен:
Векторная диаграмма дана на Фиг.3.
Намагничивающая сила трехфазной трехпроводной катушки при полнофазном режиме:
Fк=Iж·W ж =3,46·###U304с·W ж (2)
Тождественный результат получается и при изменении направления тока в проводящей полосе 1П и 2П.
Реактивная мощность катушки Q=3Uл·###U304 c, вар (3)
При обрыве одной фазы в питающей сети намагничивающая сила трехфазной трехпроводной катушки уменьшается. Степень уменьшения зависит от того какая фаза оборвана.
На Фиг.6, Фиг.7, и Фиг.8 представлены три случая обрыва фазы. В каждом из трех случаев в жгуте сохраняются два конденсатора. Один -с одной прокладкой и неизменной емкостью:
и второй- с прокладкой удвоенной толщины:
Суммарная емкость двух конденсаторов, сохраняющихся в жгуте и соединенных параллельно равна Л-1,стр.20.
а именно Сk,=1,5·С, где
Ск-электрическая емкость жгута при обрыве одной фазы;
С-емкость одного конденсатора.
Суммарный зарядный ток конденсаторов катушки в каждом случае обрыва фазы равен Iк=1,5Iс.
Ток в жгуте при обрыве фазы А и фазы В показан на поясняющих схемах Фиг.6а и Фиг.7а. Намагничивающая сила катушки в случаях обрыва фазы А и В
Fk=Fk=I ж·Wж=1,5·I c·Wж (4)
Ток в жгуте при обрыве фазы С равен нулю. Поясняющая схема показана на Фиг.8а. Намагничивающая сила катушки при обрыве фазы С равна нулю.
Таким образом, обнаруживается глубокое снижение намагничивающей силы в трехфазной трехпроводной катушке при любом случае обрыва фазы. Соотношение между намагничивающими силами при полнофазном режиме и при обрыве одной фазы.
Полезная модель контактора обладает свойством нормально функционировать при полнофазном режиме и аварийно отключаться при обрыве любой фазы. Кроме того, шунтирование кнопки «пуск» в цепи управления осуществляется силовым контактом контактора, а не блок-контактором, как это предусматривается в известных контакторах.
Полезная модель контактора (Фиг.9) состоит из магнитопровода -МП с подвижным якорем-Я, механически соединенным с силовыми контактами K1,K 2,K3, из намагничивающей катушки-КК с проводящими полосами -1П,2П,ЗП, содержит зажимы 1,2,3 для присоединения к сети, а зажимы 4,5,6 для присоединения двигателя и зажим 7, соединенный с концом 3К третьей проводящей полосы. Цепь управления с кнопками «пуск» и «стоп» изображена штриховой линией.
Работа «контактора»:
1. Отключенное состояние контактора. Две проводящие полосы катушки соединены постоянно наружными концами 1Н и 2Н с двумя фазами цепи. Третья проводящая полоса 3П, включаемая в цепь управления концом, отключена от своей -третьей фазы, контактом кнопки «пуск». Намагничивающая сила катушки равна нулю, якорь магнитопровода отпал и разомкнул силовые контакты К 1,К2,К3. Двигатель остановлен.
2. Включение контактора и двигателя.
Нажатием кнопки «пуск» замыкается цепь управления : внутренний конец К 3 третьей проводящей полосы -зажим7-кнопка «стоп»-замкнувшийся при нажатии контакт кнопки «пуск»-третья фаза. Три проводящие полосы, две из которых
соединены с двумя фазами сети наружными концами 1Н и2Н и третья 3П, соединенная с третьей фазой внутренним концом 3К, возбуждают в катушке контактора намагничивающую силу Fк=3,46-Ic·Wж, обеспечивающую срабатывание контактора. Притянувшийся к магнитопроводу якорь замыкает силовые контакты К1,К 2,К3. Двигатель включается. Отпущенная кнопка «пуск» шунтируется силовым контактом К 3 по цепи: зажим6-контакт кнопки «пуск» со стороны кнопки «стоп». Двигатель остается в работе. Контактор генерирует в сработавшем (во включенном состоянии) реактивную мощность : Q k=3Uл·Ic .
3. Отключение контактора и двигателя производится нажатием кнопки «стоп», которая своим контактом разрывает цепь управления и снимает напряжение третьей фазы с 3К. Две другие проводящие полосы остаются включенными на две фазы, однако не создают в катушке намагничивающую силу. Якорь отпадает и размыкая силовые контакты К1,К2;К 3, отключает двигатель. Катушка отключенного контактора продолжает генерировать реактивную мощность Q k=1,5Uл·Ic .
4. Аварийное отключение контактора происходит при обрыве любой фазы из-за глубокого снижения намагничивающей силы в катушке-до нуля или до 0,43 от расчетного (номинального) значения.
5. Управление двигателем при повторно-кратковременном режиме. При переводе контактора и двигателя в повторно-кратковременный режим работы кнопка «пуск» заменяется датчиком. Связь цепи управления с зажимом 6 разрывается.
Полезная модель контактора с трехфазной трехпроводной намагничивающей катушкой, один из силовых контактов которого используется в цепи управления для шунтирования кнопки «пуск», решает надежно и простейшим способом проблему защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме. Кроме того, контактор не потребляет, а генерирует реактивную мощность во включенном и отключенном состоянии. При массовом производстве таких контакторов и их широком внедрении, отпадет надобность в известных более сложных устройствах. По истине прав мудрец, сказавший: «Упрощайте и получите самое существенное»
Полезная модель контактора, представленная на рассмотрение, не известна из источников в патентной информации, обладает существенной новизной и промышленной применимостью, и по мнению автора, нуждается в защите авторским свидетельством, а возможно и патентом.
Учитывая широкую перспективу внедрения в промышленности новой модели контактора, оригинальное и предельно простое решение проблемы защиты двигателя, а также многолетний труд автора в обозначенной области, прошу рекомендовать присвоение полезной модели контактора, имя ее создателя.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. В. Е. Китаев, П. С. Шляпинтох. Электротехника с основами промышленной электроники «Высшая школа». Москва 1973 год.
2. И. В. Чернобровов. Релейная защита. «Энергия». Москва 1974 год.
3. Патент на изобретение «Трехфазная трехпроводная катушка» №2221294. Автор М. С. Турусов. Приоритет от 21 августа 2000 г. Зарегистрирован в Госреестре РФ 10 января 2004 г.
4. А. С. Касаткин. Основы электротехники «Высшая школа». Москва, 1975 год.
Контактор для управления и защиты двигателя трехфазного тока при неполнофазном режиме, состоящий из магнитопровода с неподвижной частью и подвижным якорем, механически связанным с силовыми контактами для включения и отключения двигателя, с обмоткой на неподвижной части, с зажимами для присоединения к сети и для присоединения двигателя отличающийся тем, что в качестве намагничивающей катушки используется трехфазная трехпроводная катушка, наматываемая трехпроводным жгутом, две проводящие полосы которого присоединяются к двум фазам сети наружными концами, а третья проводящая полоса присоединяется к третьей фазе внутренним концом по цепи: третья фаза - кнопка “пуск” - кнопка “стоп” - внутренний конец третьей проводящей полосы, причем для шунтирования кнопки “пуск” используется силовой контакт третьей фазы, соединяемый зажимом со стороны двигателя с контактом общим для кнопки “пуск” и “стоп”.
