Устройство для тепловой защитыэлЕКТРичЕСКОй МАшиНы Советский патент 1981 года по МПК H02H5/04 H02H7/85 

1

Изобретение относится к аппаратостроению и эксплуатации электрооборудования и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для защиты электрических машин от недопустимого перегрева в аварийных режимах и для проведения тепловых измерений в электрических машинах с целью определения уровня нагрузки и использования изоляционных материалов.

Известно устройство по авт. св. № 600654, близкое по технической сущности к устройству для тепловой защиты электрической машины 1, состоящее из блока измерения, выполненного из встроенного в машину термодатчика, блока контроля нагрузки электрической машины, на вход которого подается параметр, характеризующий нагрузку машины (ток, момент, скольжение и пр.), а выход подключен к первому входу блока питания, один выход которого подключен на вход блока измерения, выход которого через управляющий блок подключен к исполнительному блоку. В этом устройстве, в частности, блока контроля нагрузки состоит из токового реле, включенного в цепь питания электрической машины, замыкающий контакт которого управляет величиной тока, проходящего

через термодатчик, в функциональной зависимости от тока нагрузки машины, и тем самым реализует способ тепловой защиты, описанный в этом же свидетельстве. Согласно этому способу для обеспечения оптимальной точности следования температуры термодатчика за температурой обмотки путем исключения влияния инерционности его подогревают пропускаемым током в течение времени работы мащины, причем величину тока поддерживают в функциональной зависимости от ее нагрузки по уравнению:

/А. - / 1 /

(1)

где /R -

ток в цепи питания термодатчика;

/м - плотность тока в обмотке; ри - удельное сопротивление обмотки;Ст - удельная объемная теплоемкость

обмотки;

CR - теплоемкость термодатчика; KR - сопротивление термодатчика. Указанное устройство достаточно точно реализует способ при использовании термодатчика, сопротивление которого до достижении температуры срабатывания пракТйчёскй не изменяется (например позистора). Но для получения характеристик нагрева электрической машины в различных режимах работы и в течение всего времени работы необходимо применять термодатчик по возможности с наибольшим температурным коэффициентом сопротивления на всем диапазоне рабочих температур. Это необходимо для обеспечения максимальной чувствительности устройства и достаточной точности контроля теплового состояния электрической машины. Но одновременно с увеличением температурного коэффициента сопротивления возрастает и погрешность измерения. Так, например, нагрев термодатчика с постоянным температурным коэффициентом сопротивления при адиабатическом нагреве обмотки с достаточной точностью описывается выражением:1 -t- а;г Погрешность измерения, как разность между температурой меди и термодатчика, в любой момент времени равна: л в,„41-тг ) «J е„„ 11 - -Г-:1 + V1 + тРк R I ,,X тРд«Л j V где вл - превышение температуры термодатчика над температурой окружающей электрическую мащину среды, град; - адиабатическая скорость нагрева обмотки электрической машины, град/с; t - время работы; - тепловое сопротивление между термодатчиком и обмоткой; PR - мощность, выделяющаяся в термодатчике в начальный момент времени; ал - температурный коэффициент мощности термодатчика, равный изменению его мощности при нагреве на один градус; вин - адиабатическая скорость нагрева термодатчика в начальный момент времени, град/с. Из выражения (3) следует, что погрещность измерения является функцией и от величины температурного коэффициента мощности, а следовательно и от температурного коэффициента сопротивления. Аналогичный вывод следует и при рассмотрении других нестационарных режимов работы электрической машины и других типов термодатчиков. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO 55 60 65 Поэтому главным недостатком вышеуказанного устройства является невозможность компенсации погрешности измерения от влияния термовыделения в теле термодатчика от температурного изменения протекаюшего по нему тока. Целью настояш,его изобретения является повышение точности контроля теплового состояния электрической машины путем снижения влияния тепловыделения в теле термодатчика от температурного изменения протекающего по нему измерительного тока. Поставленная цель достигается тем, что в описанную структурную схему устройства дополнительно введен блок сравнения, один вход которого подключен к второму выходу блока питания, другой - к выходу блока измерения, а выход через управляюЩий блок подключен к исполнительному блоку и на второй вход блока питания. Данное конструктивное решение для исключения погрешности от влияния температурного коэффициента сопротивления позволяет мощность, выделяющуюся на термодатчике, поддерживать практически независимой от температуры нагрева (). Так, например, для термодатчика с постоянным положительным коэффициентом сопротивления мощность Л(14-Авд) Анализируя выражение (4), можно сделать вывод, что для соблюдения указанного условия необходимо изменять напряжение на термодатчике по определенному закону в функции от температуры нагрева. В данном случае поддерживать его равным: + kQK В выражениях (4) и (5): UK - напряжение на термодатчике в в любой момент времени; и - напряжение на термодатчике в начальный момент времени; R - сопротивление термодатчика в начальный момент времени; k - температурный коэффициент сопротивления. Так как наличие блока контроля нагрузки позволяет обеспечивать равенство начальных скоростей нагрева обмотки и термодатчика (), то погрешность по выражению (3) становится равной нулю. На чертеже представлена структурная схема устройства для тепловой защиты электрической мащины. Устройство содержит блок питания 1, к которому подключены выход блока контроля нагрузки 2 и выход управляющего блока 3; блок измерения 4, подключенный к выходу блока питания и входу блока сравнения 5, который дополнительно связан с выходом блока питания и входом управляющего блока, и исполнительный блок 6, подключенный на выход управляющего блока и на вход коммутирующего блока 7.

Устройство работает следующим образом.

При любом режиме работы машины на вход блока контроля нагрузки 2 поступает возмущающий сигнал I(t), и на выходе появляется сигнал в функнии от нагрузки электрической маншиы, который воздействует на блок нитания 1 и тем самым уиравляет величиной тока в цепи блока измерения 4 по закону (1). Одновременно на блок измерения воздействуют тепло обмотки электрической машины и потери в самом термодатчике, ноэтому на выходе этого блока сигнал будет функционально зависим как от нагрузки электромашины, так и от изменения температуры термодатчика. Этот суммарный сигнал подается на один вход блока сравнения 5, а на другой вход этого блока постуиает опорный сигнал с выхода блока питания, равный или пропорциональный сигналу, поступающего с этого же блока на блок измерения и функционально зависимый от нагрузки.

В блоке сравнения 5 оба сигнала сравниваются, выделяется (например, путем вычитания этих сигналов) и поступает на выход сигнал, зависимый только от температуры (от изменения сопротивления термодатчика). Этот сигнал усиливается и преобразуется в управляющем блоке 3 и подается на второй вход блока питания, через который он изменяет напряжение на термодатчике по выражению (5), поддерживая мощность на нем не зависимой от изменения сопротивлення. Кроме того, этот

сигнал подается и на исполнительный блок, который в зависимости от величины поступающего на него сигнала управляет работой электрической машины через коммутирующий блок 7 и фиксирует ее тепловое состояние на измерительных приборах.

Использование предлагаемого устройства для контроля теплового состояния электрической NiauiHHbi позволяет производить тепловые измерения с большей точностью, так как практически исключается влияние пнериионпости термодатчиков п температурного изменения протекающего через него тока на величину погрешности измерения, что иозволяет с большей достоверностью судить о тепловых нагрузках конструктивных элементов электрической машины и предотвращать их перегрев в аварийных режимах.

Формула изобретения

Устройство для тепловой защиты электрической машины по авт. св. № 600654, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем снижения влияния тепловыделения в теле термодатчика от протекания по нему измерительного тока, оно доиолнительно снабжено блоком сравпення, один вход которого подключен к второму выходу блока питания, второй вход блока сравнения ирисоединен к выходу блока измерения, а выход блока сравнения через управляющий блок присоединен к исполнительному блоку и к второму входу блока питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 600654, кл. И 02Н 5/04, 1975 (прототип).