Устройство для тепловой защиты электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02H5/04 

Изобретение относится к области апг а атостроения и эксплуатации электрооборудования и может быть использовано во всех отраслях народ нотчэ хозяйства для защиты; элейтрическиХ макши от недопустимого перегрева их обмотки в аварийных режимах работы, Известен способ тепловой защиты электрической машины, по которому для обеспечения оптималвной точности следования температуры термодатчика, встроенного в обмотку, за температурой обмотки путем ис1 лючения влияния инерционности датчика его подогревают пропускаемым током в течение времени работы машины С Причем величину тока поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки .электрической машины по урав нению где Л - ток в цепи питания термодат Чика iff, плотность тока в обмотке; Рдц- удельное сопротивление обмоткиС - удельная объемная теплоемкость обмотки f Cft - теплоемкость термодатчика; RR - сопротивление термодатчика. Этот способ тепловой защиты может быть реализован и с помощью уст ройства, содержащего ТермодатчикипОзисторы, которые включены последовательно в фазы питания обмотки электрической машины и одновременно выполняют роль термочувствительного элемента и токоограничителя 2. Для обеспечения точного следования температуры термодатчика за темпера турой обмотки его конструктивные па раметры должны быть выполнены с учё , том параметров обмотки i. f. где S.| - сечение провода обмотки; п - число параллельных цепей фазы обмотки равное произведению числа параллельных ветвей фазы на число параллельных проводников. Если достичь соотношения (2), то такая тепловая защита не будет имет себе равных. Однако в настоящее вре мя при существующих позисторах прим нение указанного устройства защиты крайне ограничено из-за высокого на чального сопротивления позисторов. Это приводит к высокому падению нап жения на позисторах. и проявлению варисторного эффекта, что влияет на их температурно-омную характеристику, на точность и надежность отключения обмотки. Кроме того, затруднено применение такого устройства защиты в электрических машинах, в которалх частота вращения регулируется посредством переключения схемы соединения частей обмотки. Поскольку в этих случаях п 5 const и это нельзя учесть при конструировании позисторов. К недостаткам этого устройства можно также отнести технологические трудности по изготовлению позисторов для каждого типа электрической машины. Известно также устройство для тепловой защиты электрической машины, в котором теранодатчик выполнен из двух элементов: нагревателя и позистора, расположенных рядом, но изолированных друг от друга слоем изоляции проводов бифилярно намотанного нагревателя наполнителем. Нагреватель и позистор включены в различные цепи. Нагреватель подключен последовательно в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, который поддерживает величину тока, протекающего через нагреватель, в функциональной зависимости от тоКа нагрузки электрической машины по уравнению {I). Позисто1ял подключены на вход управляющего блока, выход которого включен в цепь питания коммутирующего элемента, который управляет питаниемобмотки электрической машины. В этом устройстве тейловой поток от нагревателя посредством теплопроводности передается через слои изоляции к термочувствительному элементу. Повьвиение быстродействия достигается благодаря тому, что толщина изоляции между нагревателем и позистором меньше толщины основной изоляции обмотки высоковольтной машины и предусмотрена возможность, посредством изменения количества витков обмотки трансформатора тока, выделе{ ия в нагревателе повышенной мощности теплового потока 3. Недостатком этого 5 стройства является его сложность и чрезмерно высокая погрешность контроля теплового состояния, особенно при применении в низковольтных электрических машинах. Первое обусловлено тем, что для каждой электрической машины необходим свой трансформатор тока и тер- модатчик требует сложных технологических решений по тщательной установке нагревателя, позистора и изоляционных прослоек. Кроме того, такой термодатчик довольно громоздок, что затрудняет его применение в машинах малой мощности. Второе характерно для рассматриваемого устройства при обрыве ТОЙ фазы, куда включена первичная обмотка трансформатора тока. Поскольку в аварийных режимах с обрывом этой фазы функциональная между нагрузкой электрической машины и током питания нагревателя нарушается и изоляция подвержена интенсив ному тепловому старению из-за инерционности термодатчика. Трудно прим нять это устройство и для защиты электрических машин, частота вращен которых регулируется noicpfeicTBOM пе реключения схемы соединения частей обмотки. Трансформатор тока контрол рует ток фазы, а как он распределяется по ее частям таким датчиком то проконтролировать на практике очеЬь трудно. Высокая погрешность контрол обусловлена также наличием изоляции между позистором и нагревателем, ft поскольку динамическая погрешность контррля температуры обмотки прямо пропорциональна теплоемкости позистора и тепловому сопротивлению межд медью нагревателя и рабочим Теплом термодатчика С 1.1, то очевидно, что это особенно опасно в низковольтных машинах, где толщина изоляции обмот ки близка к толщине .изоляции мелдау нагревателем и позистором. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности ко троЛя теплового состояния обмотки электрической машины. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для тепловой защиты электрической машины, содерж щем термодатчики, состоящие из нагревателя, вьтолненного из токопроводящего материала, и термочувствительного элемента, которые связан с входом управляющего блока, выход, которого включеи питания исполнительного элемента, нагреватели выполнен в виде пластины, которая эвтектически своей более широкой плоскостью присоединена к омическом контакту термочувствительного элемента взамен одного из его выводных проводов, причем концы каждого нагревателя подсоединены последовательно в цепь питания защищаемой обмофки, а оставшийся выводной про. вод кёивдого терялочувствительирго элемента подключен к входу управляю щего блока. На чертеже представлена сяема устройства тепловой защиты электрической машины. . Устройство содержит два термодатчика, состоящие соответственно из нагревателей 1, 2 и позисторов 3, 4. Теплоотдакицая поверхность каж дого нагревателя посредством пайки высокотеплопроводньа припоем соединена с тепловоспринимаквдей поверх ностью соответствующего позистора. Нагреватели включены последовательно в фазы В и С обмотки, а имеющиеся выводы позисторов подсоединены . на вход управляющего блока 5,выход которого включен в цепь питания обмотки кo o yтиpyющeгo элемента 6. Конструктивные параметры нагревателей для обеспечения точного следования, температу рь1 и Нагреве за температурой обмотки выполняются с соблюдением соотнсшения t2 L Поскольку падения напряжения на нагревателе при протекании тока нагрузки фазы обмотки или ее части раёно дополнительному потенциалу на позисторе, то максимально допустимое значение сопротивления нагревателя определяется также и из условия возникнования в позйсторах варисторного эффекта. В частности, нагреватель может быть выполнен из меди, т.е. из того же материала, что и обмотка электрической машины. При этом даже в случае максимально возможной нагрузки (в режиме заторможенного ротора) дополнительный потенциал на позйсторах не превьаиает сотых долей вольта. Устройство защиты работает еледующим образом. При любом нормальном или аварийном симметричном или несимметричном режиме (с обрывом любой фазы, несимметрии питающего напряжения) ток нагрузки обмотки или её части протекает хотя бы через один нагреватель термодатчика. Поскольку конструкция нагревателей выполнена по соотношению (21, то в любой момент времени их температура при протекании тока нагрузки равна температуре защищаемой обмотки. Выделянлцийся в нагрю вателях тепловой поток через эвтектическое соединение быстро передается к позисторам и нагревает их.Установлено, что при таком соединении двух элементов тепловое сопротивление между ними практически равно нулю. Поэтому температура рабочего тела позисторов равны температуре нагревателей, а следовательно, и температуре нагрева обмотки. При достижении температуры срабатывания сопротивление одного или двух позисторов резко возрастает, измерительный тсис в их цепи аОб п const уменьшается, что приводит к появлению на выходе блока 5 упирающего сигнала, который обеспечивает отключение коммутирующего элемента 6 и питания обмотки электрической машины. Использование предлагаемого устройства для тепловой защиты электрической машины более выгодно по сравнению с известным. Поскольку исключается часть конструктивных элементов упрощается конструкция и технология изготовления термодатчиков, обеспечивается во всех аварийных режимах работы оптимальная точность кбнтроля теплового состояния обмотки электрической машины. Такое устройство можно широко применять и а машинах с переключаемой схемой обмотки. Для этого нагреватели изготавливаются по соотношению (2) с учетом параметров той части обмотки по которой при всех переключениях протекает ток нагрузки и для которой . п (const, в эту часть обмотки

нагреватель включается последовательно.

Совокупность данных признаков позволяет значительно упростить конструкцию устройства для .тепловой защиты и одновременно исключить чрезмерный износ изоляции обмотки в аварийных режимах электрических машин

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ. ТЕПЛОЮЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ,содержащее термодатчики, состоявшие из нагревателя, выполненного из токопроводяшего материала/ и термочувствительного элемента, которые связаны Н-1л.; ;;. i ;-{: -;. EMr. с входом управлям;11,его блока, выход которого включен к цепь питания исполнительного элемента, отличающее- с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности контроля теплового состояния обмотки, нагреватели выполнены в виде пластины, которая эвтектически своей более широкой плоскостью присоединена к омическому контакту термочувствительного элемента взамен одного из его выводных проводов,причем концы каждого нагревателя соединены последовательно в цепь питания зацщщ аемой обмотки, а оставшийся выводной провод каждого термочувстi вительного элемента подключен к вхоДУ управляющего блока. (Л А fSBffС ft оо 00 оо