Устройство для тепловой защиты электродвигателя Советский патент 1980 года по МПК H02H7/08 

.. ,.:.,.,.

Изобретение относится кобласти защиты I электрических двигателей и может быть использовано в металлургической промышлен1ЮСТИ, например прокатном производстве, в позиционных следящих системах с управляющими воздействиями случайного характера, исполнительные органы и электродвигатели которых имеют такие величины моментов инерции, по сравнению с которыми их стати«юские моменты несоизмеримо малы.

Известно устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее аналоговую схему, выполненную из резистора и конденсатора. Устройство также содержит цепь нагрузки, заряжающей конденсатор со скоростью, зависящей от тока, потребляемого электромашиной, термистор, размещенный в обмочке электромашины, схему для измерения температуры, детектор уровня, отключающий электромашину,когда напряжение на выходе схемы для измерения температуры превышает заданную величину, в котором моделируется тепловая цепь защищаемой электрической мащ1шы и сравнивается напряжение на выходе модели с заданной величиной. При превышении напряжения на выходе моделирующего устройства над заданным устройство защиты отключает электродвигатель 1.

Недостатком указанного устройства для технологических лроцессов является неизбежHocib прерывания процесса для отключения злектродвйгателя с целью его охлаждения.

Известно устройство для тепловой защкты электродвигателя, содержащее рассеивающие

0 тепловые средства, соединенные с нагрззкой и тиристор. Два главных электрода тиристора соединяются последовательно с нагрузкой. Последовательное соединенне резистора и конденсатора образует цепь, включенную парал5лельно главным электродам тиристора, параллельно цепи включен термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Точка между резистором и конденсатором соединена с управляющим электродом тиристора. Тиристор устанавливают в непосредственной близости от рассеивающей тегою среды 2J.

НедЬстатком этого устройства также, как и первого, является то, что защита от перерузки двигателя основана на отключении дни ателя с целью охлаждения, что, в свою очеедь, прерывает технологический процесс, в отором действует этот двигатель.

Наиболее близким по технической сущности устройством к изобретению является устройство для защиты ротора электрической машины от перегрева 3 с имитатором ротора, снабженным измерителем тока, перемножателем, интегратором, блоком сравнения и ограничителем тока.

Недостатком этого устройства является то, что для уменьшения нагрева двигателя умень шается уставка максимального тока, что неприемлемо, например, для электродвигателейШиф1Вйнь1х следящих систем в прокатном производстве, так как неизбежно прерьтается технологический процесс, например процесс 1фокатки, для отключения двигателя с целью его охлаждения, а для некоторых следящих систем снижается быстродействие и увеличивается ошибка слежения {4.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, т.е. возможности использования для работы электродвигателя в повторно-кратковременном режиме, путем изменения среднеквадратичного тока электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее датчик тока якоря двигателя, квадратичный преобразователь, интегратор, соединенные последовательно, задатчик максимально допустимого нагрева и исполшггельный орган, введены блок извлечения Квадратного корня, задатчик начЫьной зоны нечувствительности исполнительного механизма и сумматор, при этем задатчик максимально допустимого нагрева выполнен в 1вИде задатчика сигнала, пропорционального номинальному току двигателя, выход этого задатчика соединен с входом сумматора, к даум другим вход&м которого подключены выходы задатчика начальной зоны нечувствительности и блока извлечения квадратного корня, вход которого Пбдключёч к твЫходу интегратора, а выход сумматора соединен с входом исполнительного органа, который выполнен в виде реiyjiHTOpa полоЖшяиШблШтеЖногр механизма.

Устройство для тепловой защиты, электро jiEfiffraTertiffTfOkaaaHdHa чертёже7 оно состоит из датчика тока 1 якоряjiBiarateiiln, квадратичного преобразователя 2, вход которого .соединен с выходом датчика тока 1, интегратора 3, §з бй кеггорого соединен с выходам квадратичного преобразователя, а выход со входом блока 4 извлечения квадратного корня. Выход блока 4 соедаиен с первым входом сумматора 5, второй вход которого соединен с задатчиком 6 максимально допустимого нагрева, выполненного в виде задатчика сигнала, пропорционального номинальному току Зн электродвигателя, тогда при обеспечении величины среднеквадратичного тока Зек не более величины номинального тока, т.е. ск Зн будет обеспечиваться тепловая адщита двигателя. Третий вход сумматора 5 соединен с выходом задатчика 7 начальной зоны нечувствительности, причем выход сумматора 5 подключен к исполнительному органу 8.

Устройство работает следующим образом.

С датчика тока 1 сигнал, пропорциональный фактическому току контролируемого двигателя, цоступает на вход квадратичного преобразователя 2, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный квадрату фактического тока i, который поступает на вход интегратора 3 и преобразуется в сигнал, пропорциональный интегралу от квадрата тока

& Т

К

..ii -1

1

(1)

коэффициент пропорциональности;

ЭЕгдеТ - время интегрирования;

эх о

квадрат среднеквадратичного тока, интегратора 3 поступает на вход

Сигнал с блока 4 извлечения квадратного корня, а с выхода последнего на первый вход сумматора 5 поступает сигнал, пропорциональный среднеквадратичному току двигателя ,На два других входа сумматора 5 поступают сигналы с задатчика 6 К,, 3.. и задатчика

TX.Q, а с выхода сумматора 5 на вход регулятора 8 положения поступает сигнал, пропорциональный необходимой величине зоны Нечувствительности

()о

(г)

Величину необходимой зоны нечувствительности получают из следующих соображений.

Электродвигатели в металлургической промышленности, например в прокатном производстве, в позиционных следящих системах с управляющими воздействиями случайного характера, раЬотают в случайных режимах, ввиду многообразия факторов, определяющих их нагрузк. Процессы изменения тока нагрузки электродвигателя в таком режиме являются стационарными случайными процессами.

Дисперсия первой производной стационарного случайного процесса X(t) может быть выражена через дисперсию процесса X{t)

.

(3)

коэффициент пропорциональное ги Дисперсия второй производной стационарного слз айного процесса x(t) может быть аналогично выражена через дисперсию процесса X(t) DCx-a-kjM где К - коэффициент пропорциональности; В то же время дисперсия второй ной стационарного случайного процесса пропорциональна дисперсии ускорения (или дисперсии динамической состдвляющей тока) исполнительного электродвигателя следящей системы ВСЗЗ--3 к5т)Ю(5) где ВГЗЗ- дисперсия динамической составляющей тока электродвигателя; среднеквадратичный (эквивалентный ток) электродвигателя; k - коэффициент пропорциональности. Учитывая формулы (4) и (5), получим 3g--Kj-K DCXl При наличии в регуляторе зоны нечувс вительности величина дасперсии на вь1ходе регулятора с коэффициентом усиления лин ной части (4) будет т),.„гк:1--1Ф-2Ф(| з -огх1 ТОе) дисперсия процесса на выходе регулятора с зоной нечувстви тельности ± Эб- ; ф( функция Крампа; tr (x) среднеквадратичное отклонени . случайной величины управляю щего воздействия на входе регулятора. При 1, что практически вьшолняется в большинстве следящих систем, функ щя Крампа может быть заменена величиной, пропорхйюнальной ее аргументу, т.е. B CKiH-t- f cx.: Учитывая, что о о а - сЬсхз и зависимости (4) и (8), получим ох- БС- ;) ,(x-) где эх. среднеквадратичный ток электродвигateля при управляющем воздействии в виде стационарного случайного процесса, прошедшего через регулятор с зоной нечувствительности ±зе. При установленной начальной зоне нечувствительности ioe. ( откуда е-, .к«. Чтобы среднеквадратичный ток двигателя был равен номинальному, необходимо изменить зону нечувствительности, тогда одставляя значение (х, из (12) в (13), осле несложных преобразований, получим iff . Этсо-Зи „ - ° (9эeo и ЭСо УС Л. лл - KD Формула изобретения Устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее датчик тока якоря двигателя, квадратичный преобразователь, интегратор, соединенные последовательно, задатчик максимально допустимого нагрева и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, т.е. возможности использоваия для работы электродвигателя в повторноратновременном режиме, путем изменения среднеквадратичного тока двигателя, в него введены блок извлечения квадратного корня, задатчик начальной зоны нечувствительности исполнительного механизма и сумматор, при этом задатчик максимально допустимого . нагрева выполнен в виде задатчика сигнала, пропорционального номинальному току двигателя, выход этого задатчика соединен с вхоДОм сумматора, к двум другим входам кото:рого подключены выходы задатчика начальиой зоны нечувствительности и блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход сумматора соединен с входом испрлнительшго органа, который выполнен в виде регулятора положения исполнительного механизма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

8

1.Патент Франции № 2214186,кл.Н02Н7/00, опублик, 13.09.74.

2.Патент США № 3846674, кл. 317-18, опублик. 05.11.74.

3.Патент ФРГ N 2431540, кл. Н Q2 Н 7/08, опублик. 22.01.76.

4.Наумов Н. Б. Теория нелшейных автоматических систем. Ц„ Наука 1972.