Устройство для ограничения тока нагрузки электродвигателя постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах с регулируемыми преобразователями, где требуется ограничивать ток электродвигателя, а также его нагрев или вызываемые им мэменты (усилия) при работе приводимого механизма на сильном морозе, и является усовершенствованием усТ ройства по авт. св. № 457155.

Цель изобретения - повьииение надежности электродвигателя и механизма.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - графики, характеризующие работу устройства.

Устройство для ограничения тока нагрузки электродвигателя постоянного тока содержит управляемый преобразователь 1 , к KOTOpoNfy подключен электродвигатель 2 постоянного тока с обмоткой 3 возбуждения, на дополнительные полюса 4 и компенсационные обмотки 5 электродвигателя 2 включен термозависимый делитель напряжения, состоящий из двух резисторов 6 и 7 с малым температурным коэффициентом сопротивления и терморезистора 8с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Первое плечо делителя напряжения, содержащее рег1истор 7 и термор эистор 8, подключено через

О1

ю

-vj

ю

К)

узел 9 токоограничения к входу регулятора (не показан) в цепи управления преобразователем,

В устройство введены блок 10 огра- ничения, звено 11 управляемой проноди мости, датчик 12 температуры электродвигателя, датчик 13 температуры воздуха, сумматоры 14 и 15, источники 16 и 17 опорного напряжения и диоды 18 и 19.

В звене 1 управляемой пpoвoд rNocт резистор 20 соединен последовательно с управляемым ключом 21 , управляю1ций вход которого подключен к выходу ши- ротно-импульсного модулятора 22, При этом один из его входов соединен через выпрямитель 23 с генератором 24 треугольных колебаний, а второй и третий входы - с диодами 18 и 19,

На фиг,2а показано семейство зави симостей напряжения на первом плече делителя напряжения от тока, нагрузки при различных значениях температуры якоря или температуры воздуха; на фиг,26 - семейство зависимостей напря жения обратной связи по току якоря от тока нагрузки при тех же условиях; на фиг.2в - внешние характеристики системы преобразователь - двигатель при двух значениях указанных температур.

Кроме того, на фиг,1 и 2 приняты следующие обозначения: и и Uy - выходные напряжения сумматоров 14 и 15; и, - напряжение на первом плече делителя напряжения; U(,p - опорное напряжение узла токоограничения; напряжение обратной связи по току яко ря, подаваемое на вход регулятора в .пи управления преобразователем; I - ток якоря; 1 - значение тока отсечки; ICTOO значение стопорного тока; со - угловая скорость двигателя; 9 j - температура двигателя; 6д - допустимое значение температуры двига теля; Qg - температура водуха; . 0 кр - критическая температура хладо ломкости конструкционных материалов.

, -

В устройствне напряжение источника 16 опорного напряжения принимается противоположным по знаку и равным по величине тому значению выходного напряжения датчика 12 температуры

электродвигателя, которое соответству ет допустимой температуре 0 , на 5 - 10°С меньшей, чем допустимое значение, определяемое классом изоляции якоря. Напряжение источника 17

Q

c Q с

Q

5

опорного напряжения должно быть противоположным по знаку и равным по величине сигналу на выходе датчика 13 температуры воздуха при ее значении , рапном критической температуре хладоломкостп конструкционных материалов механического оборудования, При этом полярности указанных сигналов выбирают такими, чтобы выходные напряжения Uu, и Uu сумматоров 4 и 15 были одинако)зыми по знаку (для включения диодов, показанного на фиг,1 - положительными) в случаях, когда температура двигателя бд больше допустимой величины 0 или когда температура воздуха Q,, меньше критического значения ,

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии экстремальных температурных условий,- когда электродвигатель не перегревается ( бд : 6 ) а температура внешнего воздуха не опускается ниже критического значения (Og 9к«),на управляющий вход звена 11 управляемой проводимости сигналы от сумматоров 14 и 15 не поступают, так как при этом они имеют полярности, которые соответствующие диоды 18 и 19 не пропускают, Проводимость звена 1 при этом равна нулю, а параметры делителя напряжения (элементы 6-8) остаются такими же, как и в известной схеме, благодаря чему

т (01

ТОК отсечки IOTC стопорный ток IcTon электродвигателя поддерживаются неизменными независимо от его .температуры Од.

При нагреве электродвигателя свыше допустимого значения ( бд бд ) сигнал на выходе датчика 12 температуры электродвигателя становится больше напряжения, поступающего от источника 16 опорного напряжения, и на выходе сумматора 14 появляется управляющий сигнал Uy,, пропорциональный перегреву (бд-бд) электродвигателя. Через диод 18, который в данном случае находится в проводящем состоянии, этот сигнал поступает на управляюпшй вход звена 11 управляемой проводимо- стно Под воздействием напряжения Uu, проводимость звена пропорционально увеличивается. Если однако ток электродвигателя при этом относительно мал, вследствие чего падение напряжения Uj на резисторе 6 не Превосходит напряжения открьшания U,., блока 10

ограничения, то ток через последовательное соединение элементов 10 и 11 не протекает, и они, как и в предыдущем случае, не оказьшают влияние на работу устройства. С увеличением тока якоря I свыше некоторого значения I, при котором Ид и,р , в последовательно соединенных элементах 10 и 11 (при рассматриваемом условии JQ 0,бд) начинает протекать ток, причем тем больший, чем больше проводимость звена П, которая, как указывалось, пропорциональна перегреву . . Вследствие появления этого тока па- j дение напряжегТия U,- на первом плече делителя (резистор 7 и терморезистор 8) увеличивается по сравнению со случаем, когда цепь из элементов 10 и 11 разомкнута. В целом напряжение и тем больше, чем больше якорный ток I и чем больше перегрев 9д 9д

т ч /,1,.,-, о «Ч

(при I ) фиг.2а)

В случаях, когда напряжение U( превосходит опорное напряжение и, узла 9 токоограничения, на его выходе появляется напряжение UQC U - Ug,, , которое является сигналом задержанной обратной связи (отсечки) по току для регулятора в цепи управления преобразователем. Из семейства зависимостей Ujp (1,9/,) показанного на фиг12б, видно, что при повышенных температурах электродвигателя 2 обратная связь по току появляется при меньших его значениях, т.е. ток отсечки I д, уменьгаа- ется. Одновременно с этим увеличивается наклон характеристик UQ.C.T () По обеим этим причинам стопорной ток Т.стоп электродвигателя при его нагреве, уменьшается (фиг.2в).

Для электродвигателя, работающего с переменной нагрузкой, уменьшение величины стопорного тока приво дит к снижению среднеквадратичного тока, а значит, температуры электродвигателя. Таким образом, благодаря действию дополнительно вводимых элементов перегрев электродвигателя

3(0

40

45

го источника 1/ опорного напряжения и на выходе сумматора 15 появляется управляющее напряжение U, пропорциональное мере переохлаждения /б(,-0к(, |, Полярность этого напряжения в данном случае такова, что она пропускаете. диодом 19 на вход широтно

импульсного модулятора 22, В остапь- ном под действием сигнала Uu устрой ство работает так же, как и под дейи

Общий резу;гьтат что при пониженных

У|

ствием сигнала является и том,

температурах воздуха / б g l б р ток отсечки I ат(; системы преобразователь - двигатель уменьшаете); (фиг.2б вместе с тем увеличивается также наклон зависимости ) сигнапа

J

обратной сплзи по току якоря от его величины. В целом это приводит к уменьшению значения стопорного I ,-TQp, электродвигателя при .ии ких температурс х воздуха, а значит к уменьшению ма1ссимальных момен п-; 25 (усилий) в механизме, приводимом

электродвигателем,а также в связанг ы с механизмом рабочем оборудовании и метгшлоконптрукциях, что снижае вероятность их поломки из-за хладо- ломкости.

Звено управляемой проводимости в составе предлагаемого устройства дхгя ограничения тока нагрузки действует следующим образом. При отсутствии управляющ1;х сигналов U, и UN на вход широтпо-импульсного модулятора 22 поступает только периодическое однополярное напряжение треуголь ной формы с выхода двухполупериодног выпрямителя 23, этот сигнал образуется из симметричного периодического напряжения треугольной формы, подава мого на вход выпрямителя 23 от генератора 24 треугольных колебаний. Полярность напряжения принимается такой, что широтно-импульсным модулятором 22 оно не пропускается. Таким образом, при Uy, 0иии2 0 на выходе широтно-импульсного модулясдерживается, и поэтому его температу- JQ тора 22 напряжение отсутствует, при

этом ключ 21 остается в разомкнутом состоянии.

При появлении управляющих напряжений и у, и UMJ (они должны иметь полярность, противоположную полярности н шряжения и,}) с шгебраическая сумма и, -и (или ,) на протяжении части периода треуг-пльньгх колебан:1й приобретает такой знак.

ра при тех же условиях эксплуатации оказывается ниже, чем в случае работы с известной схемой.

Рассмотрим работу устройства в случаях, когда температура внешнего воздуха опускается ниже критического значения 0 . При этом сигнал от датчика 13 температуры воздуха становится больше выходнот о напряжения второ55

го источника 1/ опорного напряжения и на выходе сумматора 15 появляется управляющее напряжение U, пропорциональное мере переохлаждения /б(,-0к(, |, Полярность этого напряжения в данном случае такова, что она пропускаете. диодом 19 на вход широтноимпульсного модулятора 22, В остапь- ном под действием сигнала Uu устройство работает так же, как и под дейи

Общий резу;гьтат что при пониженных

У|

ствием сигнала является и том,

температурах воздуха / б g l б р ток отсечки I ат(; системы преобразователь - двигатель уменьшаете); (фиг.2б) вместе с тем увеличивается также наклон зависимости ) сигнапа

JQ j

3(0

40

45

J

обратной сплзи по току якоря от его величины. В целом это приводит к уменьшению значения стопорного I ,-TQp, электродвигателя при .ии ких температурс х воздуха, а значит к уменьшению ма1ссимальных момен п-; 25 (усилий) в механизме, приводимом

электродвигателем,а также в связанг ы с механизмом рабочем оборудовании и метгшлоконптрукциях, что снижае вероятность их поломки из-за хладо- ломкости.

Звено управляемой проводимости в составе предлагаемого устройства дхгя ограничения тока нагрузки действует следующим образом. При отсутствии управляющ1;х сигналов U, и UN на вход широтпо-импульсного модулятора 22 поступает только периодическое однополярное напряжение треугольной формы с выхода двухполупериодног выпрямителя 23, этот сигнал образуется из симметричного периодического напряжения треугольной формы, подавамого на вход выпрямителя 23 от генератора 24 треугольных колебаний. Полярность напряжения принимается такой, что широтно-импульсным модулятором 22 оно не пропускается. Таким образом, при Uy, 0иии2 0 на выходе широтно-импульсного модуля55

при котором на выходе широтно-импульс- него модулятора 22 поппляется напряжение, вызывающее за 1канне ключа 21, Чем больше упрапляю цнй сигнал Ui,,

an и и

41

тем больше относительнан

доля периода треугольных колебаний (скважность импульсов J ), на протяжении которого ключ 21 замкнут, значит, тем больше среднее значение прородикости цепи, состоящей из последовательно соединенных ключей 21 и резистора 20.

Таким образом, применение предлагаемого устройства повышает показатели надежности электродвигателя, а также связанных с ним механических передач, рабочего оборудования и конструкций механизма, приводимого этим электродвигателем,благодаря чему увеличивается производительность механизма, исчисляемая за длительный срок его экс1шуатац11И.

Формула изобретения 25

1. Устройство для ограничения тока нагрузки электродвигателя постоянного тока по авт. св. № 457155, о т. л и - чающееся тем, что, с целью повышения .надежности электродвигателя и механизма, в него введены звено . управляемой проводимости, блок ограничения, датчик температуры электродвигателя, датчик температуры возду

хя, два сумматора , дна 11Г1Ч)чника с;порного напряжения и два диода, при этом последовательнм соединенные блок ограничения и звено управляемой проводимости включены параллельно второму плечу делителя напряжения, первый управляющий вход эвена управляемой проводимости через первый диод соединен с выходом первого сумматора, первым входом подключенного к датчику температуры электродвигателя и вторым входом к выходу первого, источника опорного напряжения, второй управляющий вход звена управляемой проводимости через второй диод соединен с выходом второго сумматора, входы которого подключены к датчику температуры воздуха и к выходу второго источника опорного напряжения.

2. Устройство поп,1,отлича- ю щ е е с я тем, что звено управляемой проводимости выполнено в виде последовательно соединенных резистора и управляемого .ключа, подключенного управляющим входом к выходу широтно- импульсного модулятора, первый вход которого через двухполупериодный выпрямитель соединен с выходом генератора треугольных колебаний, а второй и третий входы служат управляющими входами звена управляемой проводимости.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, требующих ограничивать ток электродвигателя при работе в тяжелых условиях. Цель изобретения - повышение надежности электродвигателя и механизма. Устройство содержит включенную параллельно цепи делителя напряжения на резисторах последовательную цепь из последовательно соединенных звена управляемой проводимости и блока ограничения, при этом звено управляемой проводимости управляется в функции температуры электродвигателя и температуры окружающего воздуха посредством широтно-импульсного модулятора. Изобретение позволяет за счет повышения надежности увеличить производительность механизма. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

-igzSeb

Чпо-.

Составитель В.Кузнецоиа Редактор ОоЮрковецкая Техред Л.Олийнык

Заказ 7518/57

Тираж 551

ВР1ШШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская нвб., д, 4/3

Производственно-издательский комбинат Патент, г Ужгород, ул. Гагарина, 101

. I

fffte iff ff

УАеличеникв, CHWKCHi/eSf

fPui.Z

Корректор М.Максимишинец

Подписное