Способ тепловой защиты электродвигателя следящей системы

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, для заптиты электродвигателей постоянного тока следящих систем . Целью изобретения является повьшение надежности путем обеспечения непрерывного контроля теплового состояния двигателя и повышение точности. Результат апериод ического . усреднения квадрата тока, отражающий тепловое состояние двигателя, сравнивается с верхним уровнем уставки и формируется сигнал на отключение сигнала управления защищаемого двигателя. При последующем снижении температуры двигателя до уровня нижней уставки производится повторное автоматическое включение сигнала управления . При необходимости сохранения управления двигателем в режимах перегрузки возможен вибрационный режим. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (И) цр 4 Н 02 Н 5/04, 7/08

3СК > < ..И

@ щцОтККА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A BTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4047133/24-07 (22) 07.04.86 (46) 07.01.88. Бюл. № 1 (72) В.В.Аистов, Б.И.Леванов и И.Н.Медяков (53) 621.316.925(088.8) (56) Патент Франции N - 2162500, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N - 790064, кл. Н 02 Н 7/08, 1978. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ЗАЕЯТ11 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, для защиты электродвигателей постоянного тока следящих систем. Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения непрерывного контроля теплового состояния двигателя и повышение точности. Результат апериодического усреднения квадрата тока, отражающий тепловое состояние двигателя, сравнивается с верхним уровнем уставки и формируется сигнал на отключение сигнала управления защищаемого двигателя. При последующем снижении температуры двигателя до уровня нижней уставки производится повторное автоматическое включение сигнала управления. При необходимости сохранения управления двигателем в режимах перегрузки возможен вибрационный режим. 3 ил.

1365226

40 (3) t K

1н

-1п (1- —.— ) г

1, Ф ь (ь) = К i „(1-е ) Изобретение относится к области электротехники и может быть применено, в частности, для защиты электродвигателей постоянного тока следящих систем.

Цель изобретения — повышение надежности путем обеспечения непрерывности контроля теплового состояния двигателя и повышение точности.

На фиг.1 представлен график получения последовательности импульсов, которую используют в качестве сигнала, пропорционального квадрату тока; на фиг.2 — процессы изменения температуры перегрева c (t) (пропорциональной результату фильтрации) при нагружении двигателя номинальным током i, и током i = 1,5;„; на фиг.3 — схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Предлагаемый способ заключается в том, что непрерывно измеряют ток защищаемого двигателя, формируют сигнал, пропорциональный абсолютной величине тока, сравнивают его с однополярным, периодически обращающимся в нуль опорным сигналом треугольной формы, прерывают его на те промежутки времени, когда опорный сигнал больше, чем измеряемый ток. Текущий результат усреденения полученной последовательности импульса сравнивают с уставкой и формируют сигнал прерывания,в случае превышения над верхним уровнем уставки или последующего.включения сигнала управления защищаемого двигателя в случае снижения результата усреднения ниже уровня уставки, при этом верхний уровень уставки определяют по установившемуся значению результата усреднения при номинальном токе двигателя, а постоянную времени усреднения, осуществляемого путем апериодической фильтрации, определяют по формуле где t — максимально допустимый интервал длительности работы при тоKB 1,> 1„°

Как видно из фиг.2, сигнал, пропорциональный абсолютной величине, т.е. модулю тока защищаемого двигателя, сравнивают с периодическим обращающимся в нуль однополярным опорным сигналом П„, треугольной формы и

45 прерывают на те промежутки времени, когда опорный сигнал больше, получаемые таким образом импульсы (на фиг.2 заштрихованы) образуют последовательность, которую и используют в качестве сигнала, пропорционального квадрату тока. Очевидно, что длительность импульсов образованной последовательности при постоянном во времени модуле тока строго пропорциональна их амплитуде, а значит площадь, импульсов строго пропорциональна квадрату тока. Если ток и его модуль изменяются во времени, то эта строгость нарушается, однако возникающей ошибкой можно пренебречь, имея в виду, что период опорного сигнала легко сделать на один — три порядка меньше минимального времени интервала (например 3-10 с), эа который считают необходимым измерять тепловое воздействие тока.

Так как интеграл во времени от .г сигнала К,, пропорциональный квадрату тока, соответствует только количеству тепла Ч,д, нагревающего двигатель, а количество тепла Q>, рассеивающегося и отводимого, можно учесть по интегралу от сигнала К Г, пропорционального температуре перегрева двигателя над окружавшей средой, тогда сама температура à — величина, пропорциональная разности значит, как результат усредненйя последовательности импульсов можно найти путем апериодической фильтрации

1 (= (Кi — К ь)at, (2) о так как преобразование (2) при К,= — К = — — соответствует дифференциальному уравнению апериодического фильтра

К = ° +ТС

Если до начала процесса с (0)=0 (температура двигателя равна температуре окружающей среды), а затем двигатель нагружают номинальным током i то процесс изменения с соответствует изображенной на фиг.2 кривой

Установившееся максимальное значение .г ь = K,i„ принимают за величины верх1365226

5 (t) = К,i„(1-е ), (5) которая достигнет уровня уставки

U> в момент t, определяемый уравнением . к

11 „,= К,1Н = К,1 (1-е ) ° (6) Поэтому, если известно допустимое работы двигателя с током i, то

К ъ постоянную времени Т определяют из уравнения (6), т.е. по формуле (1).

Таким образом, если достигнет верхнего уровня уставки U,T,, и двигатель отключится, что можно осуществить прерыванием сигнала управления, то начнется уменьшение по закону разряда апериодического фильтра (кривая III на фиг.2).

b(t) = 11 е (7) что соответствует процессу остывания двигателя, По истечении промежутка времени, определяемого по формуле

I С" достигнет нижнего уровня UL„, и двигатель вновь включают замыканием цепи сигнала управления защищаемого двигателя. Если задано время t откр пребывания двигателя в отключенном состоянии, то нижний уровень уставки определяют по формуле

<оххп

Б„= И „,—. е

Далее процесс повторяется.

В случае, когда необходимо продолжить управление двигателем в условиях перегрузки, но без превышения допустимого перегрева нижний уровень уставки U „ выбйрают него уровня уставки U,, = К, i „

При этом очевидно, что если рабочий ток хотя бы на 1% меньше номинального тока, то с (С) никогда не достиг° 2 нет уровня уставки К 1„ и срабатывания никогда не произойдет, что соответствует допустимости длительной работы двигателя при токе меньшем номинального. Если теперь, начиная от b(o)=o, нагрузить двигатель током i ) i то процесс изменения Т пойдет, как указано на фиг.2, кривой Il равным верхнему 1! „ . При этом после первого отключения на перегрузке возникает вибрационный релком ограничения тока, причем средний квадрат его не превысит номинального.

Датчик 1 абсолютной величины тока двигателя через первый прерыватель 2 соединен с входом инвертирующего интегратора 3, другой вход которого соединен с его выходом. Выход этого интегратора в свою очередь соединен с входом первого компаратора 4, другой вход которого соединен

15 с источником постоянного напряжения

Ц „,. Выход этого компаратора соединен с сигнальным входом второго прерывателя 5, который включен в цепь сигнала U „p управле2р ния защищаемого двигателя, Кроме того, генератор 6 опорного сигнала и датчик 1 абсолютной величины тока подключены к входам второго компаратора 7, выход которого подключен к

25 управляющему входу первого прерывателя 2.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал (i) с выхода датчика аб30 солютной величины тока и опорный сигнал U „ с выхода генератора 6 сравнивается на компараторе 7., на выходе которого образуется напряжение U прямоугольной формы, постоянной амплитуды и переменной скважности, причем длительность импульсов, например, положительной полярности пропорциональна сигналу (i). Напряжение

U поступает на управляющий вход

4б прерывателя 2 и импульсами (в данном случае) отрицательной полярности прерывает сигнал (i), который проходит через прерыватель только при положительной полярности напряже45 ния Б. Таким образом, на выходе прерывателя 2 получам последователь° 2 ность импульсов i, амплитуда и длительность которых практически пропорциональна (i). Этот процесс описан и графически представлен на фиг.2.

Последовательность импульсов поступает на вход инвертирующего интегратора 3, который, будучи охвачен резисторной обратной связью через входной резистор второго входа, представляет собой апериодический фильтр, усредняющий последовательность

1365226

Результат усреднения ь, получающийся на выходе интегратора 3, сравнивается на компараторе 4 с постоянным напряжением, равным верхнему уровню уставки U,. До тех пор, пока сигнал c < U „, сигнал W с выхода компаратора 4 не оказывает воздействия на прерыватель 5, через который проходит сигнал управления U „ защищаемого двигателя, и следящая система работает в нормальном режиме. Как только сигнал С превышает верхний уровень уставки U „, ñèãíàë

W с выхода компаратора 4 йзменяет полярность и воздействием на управляющий вход прерывателя 5 прерывает цепь сигнала управления защищаемого двигателя. Ток через двигатель прекращается, Сигналы (i) и i обращаются в нуль, а сигнал начинает уменьшаться за счет действия обратной связи интегратора,3.

После снижения сигнала до нижнего уровня уставки, величина которой может быть задана коэффициентом положительной обратной связи компаратора 4, напряжение на его выходе возвращается к исходной полярности, и прерыватель 5 вновь замыкает цепь сигнала управления U> . Следящая система продолжает работу.

Если коэффициент положительной обратной связи компаратора 4 выбирают равным нулю, то нижний уровень уставки совпадает с верхним и вместо повторяющихся при нагрузке циклов

"включено-выключено" возникает вибрационный режим ограничения тока, при котором средний квадрат тока не превышает номинальный, что при бесконтактном способе коммутации и полупроводниковых усилителях мощности (УМ) вполне допустимо.

Предлагаемое устройство защиты применяется как для защиты двигателей следящих систем, работающих в непрерывном режиме отработки задающих воздействий, так и для двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме. В последнем случае необходимо не отключать устройство на время пауз для контроля теплового состояния за время всего цикла.

Изобретение было использовано при разработке тепловой защиты малоинерционного электродвигателя ЗД11-34, причем верхний и нижний уровни уставки были взяты равными, а постоянная времени устройства тепловой защиты была определена по требованиям технических условий при токах, в 1,5 и 3 раза превышающих номинальный, длительность работы двигателя не должна превышать 60 и 1 2 с соответственно.

Постоянная времени для этого устlp ройства тепловой защиты взята равной 100 с.

Предлагаемый способ позволяет значительно. упростить процедуру контроля теплового состояния элект15 родвигателя.

Повышение точности контроля теплового состояния двигателя повышает эксплуатационную надежность следящей системы и достигается выбором величины Р входного резистора. формула изобретения

Способ тепловой защиты электро25 двигателя следящей системы, при котором непрерывно измеряют ток защищаемого двигателя, формируют сигнал, пропорциональный квадрату тока двигателя, .усредняют указанный сигнал во

30 времени, сравнивают результат усреднения с заданной уставкой, и в случае превышения его над заданной уставкой, формируют сигнал на отключе- ние двигателя, о т л и ч а ю щ и й—

35 с я тем, что, с целью повышения на дежности путем обеспечения непрерывности контроля теплового состояния двигателя и повышения точности, формируют сигнал, пропорциональный аб4О солютной величине тока, сравнивают

его с однополярным, периодически обращающимся в нуль опорным сигналом треугольной формы, прерывают его на те промежутки времени, когда опорный

45 сигнал больше, чем измеряемый ток, текущий результат усреднения полученной последовательности импульсов сравнивают с уставкой и формируют сигнал прерывания в случае превыше5О ния над верхним уровнем уставки или последующего включения сигнала управления защищаемого двигателя в случае снижения результата усреднения ниже нижнего уровня уставки, при этом

55 верхний уровень уставки определяют по установившемуся значению результата усреднения при номинальном токе двигателя, а постоянную времени усреднения определяют по формуле

1365226 где t. — максимально допустимый интервал длительности работы двигателя при токе — номинальный ток двигателя. й

1365226

Составитель К.Шилан

Техред М,Дидык Корректор А.Ильин

Редактор Л.Зайцева

Заказ 6648/49 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4