Способ тепловой защиты электрической машины и устройство для его осуществления

 

ОПИСАН И

ИЗОБРЕТЕН И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ, 600654

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.11.75 (21) 2189403/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень М (45) Дата опубликования описания 04.04.7

) N. Кл е Н 02 Н 5/04

focyaapci еенный комитет

Совета Министров СССР до делам изобретений и открытий

) УДК 621.316.925 (088.8) (72) Автор изобретения

И. П. Сыч (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

30

Изобретение относится к области аппаратостроения и эксплуатации электрооборудования и может быть использовано при производстве аппаратов тепловой защиты электрических машин, при производстве аппаратов для тепловых измерений в электрических машинах и для их защиты от недопустимого перегрева в аварийных рехкимах при эксплуатации.

Известен способ тепловой защиты электрической машины путем измерения температуры обмотки встроенными в пее термодатчиками и получения от них выходного управляющего сигнала в зависимости от теплового состояния электрической машины (1).

Недостатком указанного способа является то, что практически невозможно исключить влияние инерционности тсрмодатчиков на эффективность тепловой защиты электрических машин. Это приводит к тому, что устройства защиты, в которых реализован приведенный способ, допускают значительный перегрев обмоток при авариях с большой скоростью нагрева (пуск с заторможенным ротором, опрокидывание электрической машины и т. д.) и ложные срабатывания при номинальном режиме работы электромашины.

Известен также способ тепловой защиты электрической машины путем измерения температуры обмотки встроенными в нес термодатчиками, которые перед пуском электромашины самоподогреваются пропускаемым через них током, и в получении от них выходного управляющего сигнала в зависимости от теплового состояния электрической маши5 иы (2).

Этот способ является иаиболсс бгп1зким к изобретению по технической сущности.

Недостатками этого способа являются потеря времени при пуске электрической машины

10 и невозможность обеспечения точного следования температуры термодатчиков за температурой меди обмотки при всех возможных аварийных режимах.

15 Теоретический анализ и опытные даииыс показывают, что нагрев термодатчиков, применяемых в настоящее время в устройсп3ах защиты, при пуске электрической машины с заторможенным ротором описывается выражсэ0 иисм где OE3 — превышение температуры тсрмодатчика температуры окружающей электрическую машину среды;

0„,, — адиабатпческая скоросп> нагрева меди обмоп и при заторможенном роторе;

/-- время работы;

Сл — теплоемкость термодатчика;

800654

/ 1м Сл

R С м

R — тепловое сопротивление между термодатчиком и медью обмотки;

PR — потери, выделяемые в термодатчике при прохождении тока.

Условие точного следования температуры термодатчика за температурой меди обмотки электрической машины записывается следующим образом:

ЛЕ,„= С, R. (ev„— O.,).= O, (2) где А8», р аз ность между темпер атурой меди обмотки и температурой термодатчика в момент срабатывания защиты;

Ovz — скорость нагрева термодатчика от выделяемых в нем потерь при отсутствии отвода тепла.

Тогдa для точного следования температуры термодатчика за температурой меди указанный способ тепловой защиты должен обеспечивать соблюдение условия:

Ovx R Rm = vRCR Rm

Это условие устройствами, где реализован указанный способ, не может быть соблюдено по следующим причинам. При пуске электрической машины возможны нормальный пуск и пуск с заторможенным ротором, что характеризуется различием в скорости нагрева меди в течение времени, а параметры цепи питания термодатчиков постоянны и не позволяют устранить влияние этого различия.

При опрокидывании электрической машины и переходе в режим заторможенного ротора или в другом аварийном режиме, наступившим в работающей машине, данное решение не обеспечивает компенсации отставания температуры термодатчика от температуры меди, так как самоподогрев термодатчиков при этом не осуществляется.

Первую причину можно устранить, если обеспечить соблюдение условия

С Rm < ., (4) где t — время пуска электрической машины.

Условие (4) практически не всегда осуществимо по технологическим и конструктивным причинам, а в процессе эксплуатации оно также может нарушаться из-за ухудшения теплового контакта между термодатчиками и медью обмотки.

Целью изобретения является обеспечение более точного следования температуры термодатчиков за температурой меди обмотки при всех возможных аварийных режимах электрической машины.

Поставленная цель достигается тем, что термодатчики подогревают в течение времени работы электрической машины, причем величину тока подогрева в цепи питания термодатчиков поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки последней по уравнению

60 бг где I> — ток в цепи питания термодатчиков;

1„— плотность тока в обмотке; р„— удельное сопротивление обмотки;

С„ — удельная объемная теплоемкость обмотки;

Св — теплоемкость термодатчика;

Ra — сопротивление термодатчика.

Указанное соотношение следует из условия (3) с учетом того, что .2 2

JM „ IR RR

О,„= ", 0 —

С„д

Данный способ может быть реализован устройствами тепловой защиты, в которых имеется блок контроля нагрузки электрической машины, который в зависимости от изменений нагрузочных параметров (тока, момента, частоты вращения, скольжения и пр.), в процессе работы машины своим выходным сигналом управляет величиной тока в цепи питания тер м од ат ч и ко в.

Устройство для тепловой защиты содержит блок оперативного питания, термодатчики, непосредственно контролирующие температуру обмотки электрической машины и подключенные ко входу управляющего блока, на выход которого подключен исполнительный орган. Отличается опо тем, что в цепь питания электрической машины включена обмотка токового реле, замыкающий контакт которого подключен параллельно резистору в цепи питания термодатчиков.

Предлагаемое решение позволяет компенсировать влияние инерционности термодатчиков на эффективность тепловой защиты при всех возможных аварийны.; режимах электрической машины.

На чертеже представлена схема устройства, в котором реализован предлагаемый способ тепловой защиты элелтрической машины.

Устройство содержит блок питания 1, блок управления 2 и исполнительный блок 3, состоящий из реле Р1, и блок измерения 4, содержащий позисторы Rl, R2, РЗ с самоподогревом. Электрическая машина управляется пускателем 5, а функциональная взаимосвязь между током позисторов и нагрузкой элект ромашины осуществляется токовым реле б.

Устройство защиты работает следующим образом.

При пуске электрической машины с холодного состояния, когда по обмотке проходит пусковой ток, реле б срабатывает и своим концом контактом б шунтирует токоограничительное сопротивление R4. Это приводит к тому, что через термодатчики пойдет ток такой величины, что обеспечит нагрев термодатчиков, равный нагреву обмотки от пускового (0„,=0,в) тока. При нормальном режиме по истечении времени пуска реле б отключается и через термодатчики проходит нормальный рабочий ток. Если же ротор машины заторможен, то через термодатчики продолжает протекать ток, в функции от пускового тока электрической машины, который позволяет

600654 следовать температуре термодатчиков за температурой меди на протяжении времени отсутствия теплового взаимодействия между медью и термодатчиками, которое из выражения (1) равно CRR. Это приводит к тому, что при достижении обмоткой температуры равной допустимой сопротивление позисторов резко возрастает и реле Рl контактом Рl отключает пускатель 5, который контактами 5, 5", 5" отключает электрическую машину, так как температура термодатчиков на это время будет парктически равной температуре меди.

В номинальном режиме работы электрической машины термодатчики продолжают контролировать температуру обмотки и при незначительных перегрузках устройство отключает машину в течение времени допустимого по условиям нагрева обмотки.

При опрокидывании электрической машины с номинального режима работы и переходе в дальнейшем в режим заторможенного ротора снова срабатывает токовое реле 6, шунтирует сопротивление R4, и нагрев термодатчика следует за нагревом меди обмотки.

Использование предлагаемого способа и устройства тепловой защиты позволяет осуществлять тепловую защиту электрических машин с большей эффективностью, так как практически полностью исключается влияние инерционности термодатчиков на время срабатывания устройства защиты, что позволяст предельно уменьшить аварийный тепловой и механический износ изоляции обмоток.

Формула изобретения

1. Способ тепловой защиты электрической машины, основанный на измерении температуры обмотки термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, преобразо35 ванин и формировании выходного сигнала в случае превышения полученного сигнала над уставкой, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем обеспече5 ния более точного следования температуры термодатчиков за температурой обмотки, IIoдогрев осуществляют в течение времени работы электрической машины, причем величину тока подогрева в цепи питания термодатчиков

10 поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки в соответствии с уравнением / „.„„c . /

Я м

15 где IR — ток в цепи питания термодатчиков;

j„, — плотность тока в обмотке электрической машины; о„, — удельное сопротивление обмотки;

C„ — удельная объемная теплоемкость об20 мотки;

C> — теплоемкость термодатчика;

RR — сопротивление термодатчика.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее источник оперативного пита25 ния, термодатчики, непосредственно контролирующие температуру обмотки и подключенные ко входу управляющего блока, на выход которого подключен исполнительный орган, отличающееся тем, что, в цепь питания

30 электрической машины включена обмотка токового реле, замыкающий контакт которого подключен параллельно дополнительно введенному токоограппчивающему резистору в цепи питания термодатчпков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №433586, кл. Н 02Н 5/04, 1972.

2. Патент Японии № 48-26519, кл. Н 02Н

40 5/04, 1973.