Способ тепловой защиты электродвигателя Советский патент 1992 года по МПК H02H5/04 H02H7/08 

Изобретение относится к защите электродвигателей от аварийных режимов, в частности от перегрева, и предназначено для защиты электродвигателей, работающих в режиме переменных нагрузок с быстроиз- меняющейся температурой обмоток.

Известен способ защиты электродвигателя от перегрева, основанный на измерении температуры лобовых частей фаз обмоток двигателя, преобразовании ее в электрический сигнал, сравнении полученного сигнала с эталонной величиной, причем измерение температуры производят в стыках лобовых частей одной фазы обмотки электродвигателя с двумя другими.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет добиться полного использования перегрузочной способности электродвигателей, имеющих переменный характер нагрузки.

Наиболее близким к изобретению является способ тепловой защиты электрической машины и устройство для его осуществления, основанный на измерении температуры обмотки термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, величину которого поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки двигателя в течение времени его работы, преобразовании и формировании выходного сигнала в случае превышения полученного над уставкой.

Недостаток известного способа заключается в том, что они, реагируя на допустиVJ

К)

isQ СО

мую температуру изоляции по классу нагре- востойкости, не учитывают характер ее изменения, вследствие чего снижается средний коэффициент загрузки электродвигателя по мощности, а следовательно, не полностью используется нагрузочная способность электродвигателя при переменной нагрузке с быстроизменяющейся температурой обмотки.

Теоретический анализ и опытные данные показывают, что срок службы электродвигателя в основном определяется износом изоляции его обмоток, который зависит от температуры обмоток и продолжительности ее воздействия. Согласно теории старения изоляции температура изоляции, превышающая ее допустимую температуру по классу нагревостойкости, сокращает, а температура изоляции, меньшая допустимой, увеличивает срок ее службы.

Износ изоляции электродвигателя при переменной нагрузке определяется следующим уравнением:

нице, при этом соблюдается следующее условие:

Рсл Рбаз,(3)

где Рбаз - Убаз Т Т;1(4)

Т Т.макс + tMMH.j

Тогда с учетом условия (3) и выражения (4) можно записать

ЮУмакс Хмакс + VMHH 1мин - Т.

(5)

Из уравнения (5) находим соотношение продолжительности воздействия повышенной температуры и продолжительности цик- ла изменения температуры, гарантирующее сохранение нормативного срока службы электродвигателя:

t макс 1 УМИН 20ТVMBKC - VMHH

(6)

В свою очередь согласно правила Мон- тзингера

Изобретение относится к защите электродвигателей от аварийных режимов, в частности от перегрева, и предназначено для защиты электродвигателей, работающих в режиме переменных нагрузок с быстроизменяющейся температурой обмоток. Целью изобретения является повышение эффективности защиты путем увеличения использования нагрузочной способности электродвигателя при переменной нагрузке. Поставленная цель достигается тем, что измеряют температуру двигателя и при превышении допустимой температуры измеряют продолжительность температурного воздействия. Если в течение допустимой продолжительности температурного воздействия температура обмотки не снизится ниже допустимой температуры, то формируют сигнал на отключение электродвигателя. В случае достижения температуры значительного превышения, снижающей срок службы изоляции, формирует сигнал на отключение электродвигателя без выдержки времени. 2 ил. (Л С

РСЛ - Рмакс + Рмин - VMBKC Хмакс + VMHH tMHH, (1)

где Рмакс, VMBKC, Тмакс - соответственно износ изоляции, относительная скорость и продолжительность износа при температуре изоляции, превышающей ее допустимое значение по классу нагревостойкости;

Рмин, VMHH, tMMH - соответственно износ изоляции, относительная скорость и продолжительность износа при температуре изоляции, меньшей, чем ее допустимое значение ;

Рсл - общий износ за один цикл изменения температуры изоляции.

Относительная скорость износа характеризует изменение срока службы при тем- пературе, отличающейся от допустимой температуры изоляции по классу нагревостойкости, и определяется:

(2)

где LB базовый срок службы изоляции, принимаемый за нормативный срокслужбы при определенной неизменной температуре, равной температуре изоляции по классу нагревостойкости;

L - срок службы при рассматриваемой температуре изоляции.

Для поддержания срока службы электродвигателя при переменной нагрузке, рав- ным нормативному, относительная скорость износа V должна быть равной едил

ьдлаке - ьлоп

V 0 макс VWVIH 2.

л л

СМИН ДОП

ж

где АТБ- приращение температуры, сокращающее срок службы изоляции вдвое;

Тдоп - допустимая температура изоляции по классу нагревостойкости;

Тмакс - температура, превышающая t доп;

Тмин - температура, меньшая,чем тДОп .

Допустимая продолжительность воздействия повышенной температуры определяется из уравнения (6) с учетом формул (7) следующим образом:

5

0

AonsVflKc T

-2

л л IMHH - t-Aon

л л

-2

л. л

А1ИИ -ДОП

.л Ы-&

(8)

5

Таким образом, при выполнении условия (8) фактический срок службы электродвигателя не ниже нормативного, несмотря на кратковременный перегрев изоляции обмоток выше допустимой температуры изоляции по классу нагревостойкости.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты путем увеличения использования нагрузочной

способности электродвигателя при переменной нагрузке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе тепловой защиты электродвигателя, основанном на измерении температуры обмотки термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, величину которого поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки двигателя в течение времени его работы, преобразовании и формировании выходного сигнала в случае пре- вышения полученного сигнала над уставкой, дополнительно измеряют температуру обмоток добавочными термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, преобразуют и формируют сигнал на измерение продолжительности температурного воздействия в случае превышения полученного сигнала над уставкой добавочных термодатчиков, сравнивают продолжительность температурного воздействия с допустимой продолжительностью температурного воздействия и в случае превышения продолжительности температурного воздействия над допустимой продолжительностью температурного воздействия формируют сигнал, отключающий электродвигатель от сети, при этом допустимую продолжительность температурного воздействия определяют по формуле:

Ал

ДЛИН

Д.ОП

4-2

лЛ

,

-2

мин- ЬАОП 4Ав

При этом уставку термодатчиков, формирующих выходной сигнал, выбирают рав- ной температуре, превышающей допустимую температуру изоляции по классу нагревостойкости, а уставку добавочных термодатчиков выбирают равной допустимой температуре изоляции по классу нагревостойкости.

На фиг.1 дана блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - кривые, поясняющие способ.

При пуске электродвигателя с холодного состояния, когда по обмотке электродвигателя проходит пусковой ток, реле срабатывает и своими контактами 1 и 2 шунтирует токоограничительные сопротивления R4 и R5. Это приводит к тому, что через термодатчики пойдет ток такой величины, который обеспечит нагрев термодатчиков, равный нагреву обмотки электродвигателя от пускового тока. При нормальном режиме по истечении времени пуска реле отключается и через термодатчики проходит нормальный рабочий ток. Термодатчики

R1,R2,R3,R6,R7,R8 продолжают контролировать температуру обмотки.

При перегрузке срабатывает токовое еле, шунтирует сопротивления R4n R5. На5 грев термодатчиков следует за нагревом обмотки. При превышении температуры изоляции допустимой температуры по классу нагревостойкости (уставки добавочных термодатчиков) сопротивления термодатчи10 ков R6,R7,R8 резко возрастают и реле К 2 контактом К2 отключает реле 3 времени, которое начинает измерение продолжительности температурного воздействия и сравнение ее с допустимой продолжитель15 ностью. Если до истечения допустимой продолжительности температурного воздействия температура изоляции не снизится ниже допустимой температуры, то реле 3 времени своим контактом 47отключа20 ет пускатель 5, который контактами 5, 5й, 51 отключает электродвигатель от сети. Если до истечения допустимой продолжительности температурного воздействия температура изоляции снизится ниже допу25 стимой, то реле К2 контактом К21 включает реле времени и устанавливает его на положение нового счета времени. Двигатель при этом остается включенным в сеть. В случае опрокидывания электродвигателя с номи30 нального режима в режим заторможенного ротора температура изоляции достигает температуры, снижающей срок службы электродвигателя (уставки позисторов R1,R2,R3). Сопротивления термодатчиков

35 R1.R2,R3 резко возрастают и реле К1 контактом К11 отключает пускатель 5 без выдерж ки времени, который своими контактами 51, 5 , 5 отключает электродвигатель от сети. Реализацию предлагаемого способа

40 тепловой защиты электродвигателя поясним на следующем примере;

Допустим, при переменной нагрузке электродвигатель нагревается по кривой, приведенной на фиг.2. В случае использова45 ния известного способа и устройства защиты уставку термодатчиков выбирают равной допустимой температуре по классу нагревостойкости г доп , при которой большую часть времени температура изоляции находится

50 ниже т доп , что свидетельствует о недоиспользовании мощности электродвигателя (фиг.2а).

При изменении уставки термодатчиков т доп до тмакс для увеличения коэффициента

55 средней загрузки электродвигателя может иметь место преждевременный износ изоляции, сокращающий срок службы электродвигателя, из-за того, что температура изоляции может находиться выше т Д0п , но

:Y

ниже Тмакс, при которой защита не срабатывает (фиг.2б).

Если в данном случае уставку термодатчиков оставить равной, то технологический процесс прерывается частыми отключениями электродвигателя (точка А,В и т.д., фиг.2б).

При таком же графике нагрева использование предлагаемого способа позволит увеличить коэффициент средней загрузки электродвигателя, так как перегрузки, длительность которых меньше допустимой продолжительноститемпературноговоздействия tAOn по уравнению (8), не вызывают отключения электродвигателя, но и не снижают нормативный срок службы (фиг.2в).

Формула изобретения

Способ тепловой защиты электродвигателя, при котором измеряют температуру обмотки термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, величину которого поддерживают в функциональной зависимости от нагрузки двигателя в течение времени его работы, преобразуют и формируют выходной сигнал в случае превышения полученного сигнала над уставкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем увеличения использования нагрузочной способности электродвигателя при переменной нагрузке, дополнительно измеряют температуру обмоток добавочными термодатчиками с подогревом от пропускаемого через них тока, преобразуют и формируют сигнал на измерение продолжительности температурного возА0

0

5

0

5

5

действия в случае превышения полученного сигнала над уставкой добавочных термодатчиков, сравнивают продолжительность температурного воздействия с допустимой продолжительностью температурного воздействия и в случае превышения продолжительности температурного воздействия над допустимой продолжительностью температурного воздействия формируют сигнал, отключающий электродвигатель от сети, при этом допустимую продолжительность температурного воздействия т.ДОп определяют по формулеЛ

Чоп-Т

4-2

-ЛАИН сдоп

Л.

.оп

6

лЛ6

2 -2

где АТБ - приращение температуры, сокращающее срок службы изоляции вдвое, °С;

Тдоп -допустимая температура изоляции по классу нагревостойкости, °С;

Тмакс - температура, превышающая Тдоп, С; Тмин - температура, меньшая т Д0п . °С;

Т - продолжительность цикла изменения температуры,

уставку термодатчиков, формирующих выходной сигнал, выбирают равной температуре, превышающей допустимую температуру изоляции по классу нагревостойкос™, а уставку добавочных термодатчиков выбирают равной допустимой температуре изоляции по классу нагревостойкости.

СЧ1

I