Тепловая модель электродвигателя постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02H7/08 

(54) ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к электротехнике в частности к системам электропривода.. .

По основному авт.св. 748641 известна тепловая модель, содержащая датчик температуры якоря, выполненный в виде обмотки из провода с тем же температурным коэффициентом сопротивления, как и у проводников обмотки якоря, а снаружи обмотка датчика покрыта слоем теплоизолирующего материала , внутри которого расположен термочувствительный элемент. С. целью повышения точности моделирования процессов нагрева и охлаждения якоря путем учета влияния температуры на характеристики магнитной системы и якоря машины модель снабжена управляющим источником переменного тока и демодулятором, вход которого вместе с обмоткой датчика присоединен к выходу источника, а термочувствительный элемент выполнен в виде магнитного сердечника, одинакового с материалом сердечника якоря l

Недостатком данного устройства является то, что выходная инфоракация модели содержит составляющую, пропорциональную только температурным вариациям гока, вызванную вариациями

сопро ивлёния обмотки якоря, и не- полный учет .всех других термоэависящих параметров, влияющих на ток якоря, в частности изменения сопротивления перехода полупроводниковых приборов в силовой части привода. Сопротивление полупроводников обычно уменьшается с температурой, а не увеличивается, как сопротивление обмотки якоря.

Цель изобретения - повышение степени адекватности модели путем учета всех термозависиколх параметров электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в модель дополнительно введен трансформа.тор,. первичная обмотка кото рого включена либо между дросселем и детектором, либо между дросселем и модулятором, либо паргшлельно обмотке дросселя, а вторичная подключена к регулируемому резистору.

На чертеже представлена структурная схема модели.

Модель содержит модулятор 1, дроссель 2, тепловые парамет15Ы которого рассчитаны в соответствии с критериями подобия тепловых процессов в электродвигателе, а также дополнительный трансформатор 3 с .резистором 4 во второй обмотке, трансформатор 5 с резистором 6 и трансформатор 7 с резистором 8. Первичная обмотка трансформатора 3 включена между дрос селем It и модулятором i, первичная о мотка трансформатора 5 включена параллельно дросселю 1, первичная обмотка трансформатора 7 включена между дросселем 1 и детектором 9. В простейшеьГ случае, т.е. при невысокой степени адекватности, достаточнъял является включение лишь трансфор матора 7. Вторичные обмотки трансфор маторов играют роль дополнителкнах подстраиваеьых нагревателей и включены на регулируемые резисторы 4, б и 8. Модель работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный току двигателя, подается с шунта на вход модулятора 1, где модулируется, например, с промышленной частотой. В приводе переменного тока сигнал с шунта подается непосредственно или через трансформатор тока на дроссель с сердечником и обмотками и трансформаторы. В приводе постоянного тока в качестве модулятора может быть использовано любое известное устройство (мультивибратор, пульс-паравибратор, релаксационный генератор иТ.П.). Выходной сигнгип детектирует ся детектором и поступает, на вход блока токоограничения. В качестве детектора можно исполь эовать обычный диодный мостовой выпрямитель с фильтром для частоты мод ляции или стабилитрон. Между выходны ми клеммами модулятора 1 (и соответ ственно между входными клеммами детек тора 9) включены дроссель 2 и трансформаторы 3, 5 и 7, служащие для темпе ратурной стабилизации коэффициента ратной связи по току. Рассмотрим механизм компенсации температурных вариаций сопротивления . При нагреве обмотки якоря двигат ля ее сопротивление увеличивае ся, ток якоря уменьшается. В то же время происходит нагрев током в цепи обратной связи обмотки дросселя 2. Это приводит к увеличению ее сопротивления и, следовательно, к увеличению падения напряжения на дросселе. ИнЕЯли словами, уменьшается шунтирующее действие дросселя. В целом это приводит к температурной компен сации изменения сопротивления. Рассмотрим теперь компенсацию температурных вариаций сопротивлени тиристоров. Увеличение температу1« приводит . обычно к уменьшению сопротивления перехода тиристора и увеличению ток якорной цепи. Это увеличение тока олжно быть скомпенсировано соответствующим образом изменением установки токоограничения, т.е. сигналом с выхода тепловой модели. Следует заметить, что электропривод в целом в тепловом отношении представляет собой (если в качестве выходной координа.ты использовать температурные изменения тока якоря) последовательно включенные апериодические звенья с различными постоянными времени, охваченные или неохваченные обратными связями, которые образуют инерционный объект регулирования высокого порядка. При этом в таком объекте заложены тенденции как к увеличению выходной координаты в течение времени (уменьшение потока вследствие увеличения сопротивления обмотки возбуждения двигателя постоянного тока, соответственное увеличение тока, уменьшение сопротивления тиристоров, а также увеличение тока из-за уменьшения нагрева от потери в стали при частоте вращения, близкой к нулю), так и к уменьшению выходной координаты (увеличение сопротивления статорной обмотки машины переменного тока). Вследствие этого появляется необходимость введения в модель устройств-аналогов всех значимых изменяющихся от температуры параметров. Предполагается, что температура нагрева пропорциональна нагрузке машины и силовой части системы управления электроприводом. Кроме того, возникает необходимость настройки этих устройств-аналогов в целях унификации моделей и применения однотипных технических решений в электроприводах с разнообразными двигателями и силовыми частями. Этому и служат трансформаторы 3, 5 и 7. Рассмотрим, например, работу трансформатора 7. . Если предположить, что сердечник насыщен, то перегрев первичной обмотки определяется потерями в ней и количеством тепла, полученньм от вторичной обмотки и сердечника. Вторичная обмотка представляет собой фактически замкнутый на реостат источник электрической мощности. Перегрев первичной обмотки трансформатора 7 определяется положением движка резистора 8, т.е. теплсми, полученным от вторичной обмотки, pSacnoложенной на том же каркасе. Эти изменения температуры приводят к соответственному изменению активного сопротивления, а следовательно, в конечном итоге к уменьшению тока, т.е. уменьшению сигнала на выходе модели. Это изменение может быть соответствующим образом усилено и преобразовано.

Работа трансформатора 3 с резистором 4 в принципе происходит так же. Меняется лишь место включения первичной обмотки, появляется возможность несколько уменьшить нагрузки в дросселе и детекторе.

Трансформатор 5 с резистором 6 работает параллельно термочувстви- тельнс у дросселю 2 и является устройством, изменяющим а шлитуду выходного сигнала в. зависимости от Перегрева вторичной обмотки, т.е. положение движка резистора 6. Характер изменения сигнала совпадает с характером изменения сигнала с дроссельного элемента.

Предлагаемая тепловая модель обеспечивает более попйую адекватность процесса вследствие воэмояжости применения .нескольких траисфо1 аторов, как уменьшакмдах, так и увеличивающих сигиал в соответствии с заданием на. проектирование модели и узла теплового токоограничения, а также возможность подстройки параметров в достаточных .пределах с резисторов подключенных ко вторичной обмотке дополиительных трансформаторов.

Формула изобретения

св. 748641, отличающаяс я тем, что, с целью повьшения степени адекватности модели путем учета всех терчозависимых параметров электродвигателя, в нее дополнительно введен трансфо мматор, первичная обмотка которого включена между

0 дросселем, а вторичная обмотка подключена к регулируемому резистору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

2

iff

9