Устройство для тепловой защиты электрической машины Советский патент 1988 года по МПК H02H5/04 H02H6/00 

:п

N3

фиг. 7

лельно фазам двигателя, В центральное отверстие цилиндрической капсулы помещается датчик температуры. Это устройство помещается в среду, обтекающую защищаемый двигатель, причем постоянная времени нагрева этой тепловой модели выбирается меньше постоянной времени нагрева электродвигателя. Температура нагрева электродвигателя моделируется в зависи24

мости от его нагрузки. Возможность регулирования динамических тепловых характеристик модели путем изменения постоянной времени нагрева двигателя позволяет регулировать моменты срабатывания защиты в динамике при поВьшении нагрузки, то есть более полно использовать его тепловой запас. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, для защиты электродвигателей, работаю- tnjix в режиме случайных нагрузок с быстро изменяющимися температурой обмоток и условиями среды. Цель изобретения - повыиение надежности заидаты путем увеличения точности моделирования тепловых процессов и расширение области применения защиты. При токовой перегрузке тепловыделения от нагревательных элементов 5 и 6 возрастают, цилиндрическая капсула нагревается, температура датчика 7 возрастает до точки срабатывания и вырабатывается сигнал на отключение защищаемого электродвигателя. Первая группа нагревательных элементов 5 подключается к фазам двигателя последовательно или через трансформаторы тока, а нагревательные элементы 6 второй группы - паралс S (Л

1

Изобретение относится к области автоматизированного электропривода и может быть использовано для тепловой заищты электрических машин, в первую очередь, для электродвигателей, работающих в режиме слу- чайньгх нагрузок с быстро изменяющимися температурой обмоток и условиями среды.

Цель изобретения - повышение надежности защиты путем увеличения точности моделирования тепловых процессов и расширение области приме- .нения защиты.

На фиг.1 приведено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит наконечники 1 обтекаемой формы, которые, например, на резьбе крепятся к цилиндрической капсуле 2 и фиксиртдот регулировочные шайбы 3, выполненные из материала с низкой теплопроводностью, и шайбы 4, выполненные из материала с высокой теплопроводностью. В отверстиях цилиндрической капсулы 2 расположены две группы нагревательных элементов 5 и 6-. В центральном отверстии цилиндрической капсулы 2 находится датчик 7 температуры. Нагревательные элементы и датчик находятся в тепловом контакте с цилиндрической капсулой. Подключение нагревательных элементов и датчика температуры осуществляется через герметизированный ввод 8. Установка предлагаемого устройства осуществляется с помоп1ью крепящей стойки 9.

Устройство работает следующим образом.

5

0

5

0

5

0

При номинальной нагрузке электродвигателя температура датчика 7 ниже температурысрабатьюания. При токовой перегрузке тепловыделения от нагревательных элементов 5 и 6 возрастают, цилиндрическая капсула нагревается, температура датчика возрастает до точки срабатывания, и вырабатывается сигнал на отключение за- щщаемого электродвигателя. Первая группа нагревательных элементов 5, воспроизводящая переменные.потери в электродвиг-ателе, подключается к фазам защищаемого электродвигателя последовательно или через трансформаторы тока, а нагревательные элементы второй группы 6 - параллельно к фазам здшищаемого электродвигателя. Па цилиндрическую поверхность капсулы 2 надеваются сменные шайбы 3 и 4 с высокой и низкой теплопроводностью, фиксируемые наконечниками 1 обтекаемой формьц а в центральное отверстие цилиндрической капсулы помещается датчик температуры реагирующего блока, например УБТЗ-1М. Это устройство помещается в среду, обтекающую защищаемый электродвигатель.

I

При повьш1ении температуры электродвигателя температура капсулы 2, а следовательно, температура датчика 7, находящегося с ней в тепловом контакте, также повышается. При повьш1е- нии температуры двигателя, а следовательно, модели Bbmie заданных пределов, двигатель отключается. Постоянная времени нагрева тепловой модели выбирается меньше постоянной времени нагрева электродвигателя, что

31365224

обеспечивает лучшую заищту электродвигателя. При этом моделируется температура нагрева электродвигателя в зависимости от его нагрузки.

Воспроизведение температуры электродвигателя путем его моделирования осуществляется в соответствии с дифференциальным уравнением его тепло.во- го баланса.

10

ZuP

dt

Cd

+ А1

dt 5

где ДР - суммарные потери мощности в электродвигателе;, теплоемкость электродвигателя;

превьшение температуры электродвигателя над температурой окружающей среды;

теплоотдача электродвигателя.

Потери электродвигателя при их воспроизведении разделяются в соответствии с выражением

15

С г А ZuP лРр + лР

Vn

где йРс постоянные потери; CiP - переменные потери.

Раздельное моделирование соответ ствующих потерь электродвигателя повышает точность воспроизведения тепловой модели электродвигателя при реальном диапазоне изменения нагрузки.

Температура защищаемого электродвигателя и модели изменяется в со- ртветствии с выражением, полученным при решении уравнения ющих преобразований

(,;

(1)

),

А

Г|М 1

где

А (

F Т теплоотдача;

удельная теплоотдача поверхности;

площадь теплоотдающей поверхности;

постоянная времени нагрева электродвигателя Постоянная времени нагрева Т из выражения (3) описывается следую1цим образом:

-г С ,ч .

А Zp-F .

Постоянные потери ьР. приняты пропорциональными квадрату напряжения, подаваемого на Лазы электродвигателя. Постоянные потери воспроизводятся нагревательными элементами 6 второй группы, устанавливаемыми в отверстиях цилиндрической капсулы 2 и находящимися с ней в тепловом контакте. Группа нагревательных элементов 6 параллельно подключена к ( 1 ) фазам защищаемого электродвигателя.

Переменные потери ЛР приняты пропорциональными квадрату силы тока, проте кающего в фазах электродвигателя. Они воспроизводятся первой группой нагревательных элементов 5, установленных в отверстиях капсулы и последовательно подключенных к фа20 зам защищаемого электродвигателя.

Регулирование величины множителя, .стоящего в выражении (З) п«ред скобками и связанного с потерями мощности, осуществляется за счет из25 менения теплоотводящей поверхности F, Эта поверхность регулируется шайбами 3 и 4 с высокой и низкой теплопроводностью, находящимися в тепловом контакте с капсулой 2,

30 Таким образом, на модели может воспроизводиться тепловой режим электродвигателя или отдельных его участков. Причем могут моделироваться как статические режимы нагрева

35 электродвигателя (параметрыZuP,A), так и динамические режимы (параметры Т),

Возможность регулирования динамических тепловых характеристик мо40 дели путем изменения постоянной вре- и последу- мени нагрева электродвигателя позволяет регулировать моменты срабатывания защиты в динамике при повьппении нагрузки. Это позволяет оптимально

45 использовать электродвигатель, т,е. полностью использовать его тепловой запас, не допуская значительного перегрева обмотки, снижающего срок службы электродвигателя.

(2)

(3) (4)

50

Формула изобретения

Устройство для тепловой загциты электрической машины, содержащее кор- 55 пус в виде цилиндрической капсулы, в котором установлены датчик температуры, первая группа нагревательных элементов, подключаемых через трансформаторы тока последовательно

50

Формула изобретения

Устройство для тепловой загциты электрической машины, содержащее кор- 55 пус в виде цилиндрической капсулы, в котором установлены датчик температуры, первая группа нагревательных элементов, подключаемых через трансформаторы тока последовательно

с фазными проводами защищаемого электродвигателя и соединенных через герметический ввод с реагирующим органом, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности защиты путем увеличения точности моделирования тепловых процессов и расширения области применения, дополнительно введена вторая группа нагревательных элементов, подключаемых параллельно фазным проводам защищаемого электродвигателя, причем в упомянутом корпусе вьтолнены дизтиндрические отверстия, внутри которых расположены две группы изолированных нагревательных элементов и датчик температуры, находящиеся в тепловом контакте с цилиндрической капсулой, которая закрыта с торцов наконечниками обтекаемой формы, на наружной поверхности цилиндрической капсулы установлены шайбы, выполненные из материала с высокой и низкой теплопроводностью, находящиеся в тепловом контакте с ее поверх - ностью.

ЦЗиг.2