Тепловой аналог электродвигателя

 

Союз Советскмк

Соцмапмстмческмз

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИИеСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 18.07.80 (21) 2959370/24-07 с присоелннением заявки М (23) Приоритет (5l)M. Кл.

Н 02 Н 7/085

Государственный квинтет

СССР ао делен изобретений и открытий

Опубликовано 15.06 82 Бюллетень М 22 (53) УДК 621, 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 15. 06. 82

М.З.Дудник, М.М.Федоров, В.Е.Михай и Н.Н.Соломченко (.72) Авторы изобретения

До ец ий ордена Трудового Краснор Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) ТЕПЛОВОЙ АНАЛОГ, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для создания тепловой модели электродвигателя, которая может быть использована в устройствах тепловой защиты электродвигателей.

Известно устройство для релейной защиты от перегрева, позволяющее воспроизводить температуру обмоток электродвигателя, основанное на том; что если на вход контура, состоящего из сопротивления и емкости, постоянная времени которого равна постоянной времени нагрева электродвигателя, подавать напряжение, пропорциональное квадрату тока нагрузки электродвигателя, то напряжение на емкости будет пропорционально температуре обмоток электродвигателя и изменяться по тому же закону (1).

Это устройство выполненное с активно-емкостным контуром, на входе которого устанавливается квадратор для воздействия напряжения вторичной обмотки трансформатора тока в квадрат, не находит широкого применения, так как обладает целым рядом существенных недостатков.

В связи с тем, что электродвигатель в тепловом отношении является неоднородным телом и его кривые нагрева и охлаждения представляют собой суммы экспонент, замена кото"

10 рых эквивалентной экспонентой приводит к тому, что несмотря на то, 4то общая длительность теплового пере" ходного процесса двигателя и его теплового аналога будет одинаковой . имеются существенные отклонения на

1S начальных этапах переходного процес. са, особенно для кривой охлаждения.

Поэтому при работе двигателя с переменной нагрузкой или повторнократковременным режиме происходит . постоянное накопление ошибки рассогласования, которое приводит в конечном счете к значительному расхождению показания теплового анало3 9361 га и истинной температуры обмоток электродвигателя. Это существенно ограничивает функциональные возможности устройства защиты от перегрева и снижает точность его работы.

Наиболее близким к изобретению

rio технической сущности является устройство для защиты электродвигателя от перегрева, содержащее тепловой аналог, представляющий собой актив- )e но-емкостный контур, причем с целью учета процессов теплообмена между обмотками и активным железом ак" тивное сопротивление контура шунтировано нелинейным сопротивлением. И

Подобный подход дает более точное совпадение кривых нагрева и охлаж- . дения двигателя с кривыми теплового аналога 2 Д, 26

Основным. недостатком данного устройства является то, что в схеме теплового аналога используется нелинейный элемент, вольт-амперная характеристика которого должна менять ся для двигателей разного типа, разной мощности и даже. режима работы (охлаждения и нагрева . Это значительно снижает функциональные возможности устройства. Выбор необходимо- ю

30 го нелинеиного элемента для теплово" го аналога связан с анализом переходных процессов в нелинейных цепях, что снижает точность подбора кривых теплового аналога, а следовательно, и точность работы устройства.

Кроме того, значительное расхождение кривых нагрева и охлаждения в предлагаемой схеме учитывают добавлением только активного сопротивления, что снижает точность подбора кривой охлаждения и: срабатывания устройства в повторно-кратковременном режиме работы двигателя.

Цель изобретения " более точное моделирование теплового состояния электродвигателя..

Для достижения поставленной цели тепловой аналог выполнен в виде слож ной активно-емкостной цепи, .состоящей только из линейных элементов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого теплового аналога, на фиг. 2 - схема его включения в устройство тепловой защиты.

Тепловой аналог представляет собой сложную активно-емкостную цепь (фиг.lg) в которой последовательно с сопротивлением 1 и емкостью 2 вклю87 4 чена параллельная ветвь из активных сопротивлений 3, 4 и емкости 5, причем в ветви активного сопротивления

4 имеется ключ 6. На фиг.. 18 ключ 6 заменен вентилем 7.

Устройство защиты двигателя от перегрева, аыполненное на основе предлагаемого теплового аналога, состоит из трансформатора тока 8, квадратора теплового аналога 10 и исполнительного механизма 11. Трансформатор тока включен в силовую цепь электродвигателя. Напряжение его вторичной обмотки подается на вход квадратора, в котором формируртся сигнал, прямо пропорциональный греющим потерям электродвигателя. Этот сигнал пода" ется на вход теплового аналога. Параметры аналога подбираются таким образом, что изменение напряжения на обкладках конденсатора 2 прямо пропорционально температуре обмотки двигателя. Когда напряжение на зажимах конденсатора 2 достигает значе ния, соответствующего предельно допустимой температуре нагрева обмотки электродвигателя, исполнительный механизм подает сигнал на снижение нагрузки или отключение двигателя.

При работе электродвигателя ключ 6 замкнут, а при отключении его - разомкнут, за счет чего учитывается .различие кривых нагрева и охлажде" ния двигателя.

Известно, что электродвигатель в тепловом отношении представляет собой неоднородное тело, которое можно представить в виде нескольких тел, обладающих различными теплоемкостями и соединенных между собой тепловыми сопротивлениями, величина которых различна при включенном и отключенном двигателе, поэтому кривые теплового переходного процесса представляют собой сумму экспонент с различными постоянными времени, зависящими от теплоемкости тел и тепловых сопротивлений. Распространенное представление двигателя в виде двух тел позволяет учесть основные различия теплоемкостей обмоток и активного железа. Кривые нагрева и охлаждения в этом случае представляют собой сумму двух экспонент с малой и большой постоянными времени, условно называемыми постоянными меди и стали. Экспериментальные кривые нагрева и охлаждеФормула изобретения

5 93618 ния подт верждают справедли вост ь такого подхода и хорошо аппроксимируются двумя экспонентами с малой и большой постоянными времени.

Попытка аппроксимировать кривые . S теплового переходного процесса одной экспонентой приводила к тому, что, хотя общая длительность переходного теплового процесса истинной и аппроксимирующей кривых была оди- В иаковой, наблюдались значительные отключения на промежуточных этапах переходного процесса, особенно для кривой охлаждения, поэтому если для длительного режима работы двигателя с постоянной нагрузкой это не приводит к существенным ошибкам, то при переменной нагрузке или в поа- торно". кратковременном режимах работы электродвигателя происходит постоян- 20 ное накопление ошибки и сигнал на выходе теплового аналога значительно отличается от истинной температуры обмотки двигателя.

Предлагаемый тепловой аналог co" 23 держит два реактивных элемента (конденсаторы 2 и 5), поэтому кривые переходного процесса в нем представляют сумму двух экспонент .с малой и большой постоянными времени, зф

;что обеспечивает хорошее совпадение с кривыми нагрева и охлаждения

7 6 электродвигателя на всех этапах переходного процесса при любых режимах работы двигателя. Кроме того, предлагаемый тепловой аналог выполнен на базе только линейных элементов, что значительно облегчает настройку и подбор необходимых параметров аналога, а Следовательно, и большую точность работы устройства защиты от пеperpeea электродвигателя в целом.

Тепловой аналог электродвигателя, содержащий резистивно-емкостный контур, отличающийся тем, что, с целью более точного моделирования теплового состояния электродвигателя, последовательно с вышеупомянутым контуром включена цепь из параллельно соединенных двух сопротивлений и конденсатора, причем в ветвь одного из сопротивлений включен ключ или вентиль.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Риман Я.С. Защита подземных электроустановок угольных шахт. И., "Недра", 1977, с. 150-152.

2. Авторское свидетельство СССР

М 197734, кл. H 02 H 7/08, 1966.

936187

Составитель С. Курбангалиева

Редактор М.Келемеш Техред Т. Иаточка Корректор H. Стец

««««««««««««««««««« ю

Заказ 4238/64 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета: СССР по делам изобретений и открмтий

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

« ««

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4