Устройство для тепловой защиты электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02H5/04 H02H7/85 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано при создании устройств защиты электрических машин от недопустимого нагрева их обмоток при токовой перегрузке во время эксплуатации. Известно устройство тепловой защиты электрической машины, в котором используется электронная схема, в которой моделируются тепловые процессы в обмотках электрических машин lj Недостатком этого устройства является сложность электронных схем, что повышает их стоимость и снижает надежность, и в принципиальных трудностях получения требуемой точности моделирования. Наиболее близким техническим решением к изобретению является физическая тепловая модель, в которой иммитируются тепловые процессы обмотки и которая размещается внутри электрической машины 2J. к недостаткам этого устройства относятся ограниченная область применения - электрические машины, у которых якорь имеет малую тепловую постоянную (например, двигатель с полым якорем. Для машины с большей тепловойпостоянной якоря (например машин с зубцовым якорем) габариты физической модели, иммитурующей тепловой процесс якоря для требуемой точности, получаются значительными и возникают трудности ее размещения внутри машины. Применение в машинах с зубцовым якорем .тепловой модели ведет к недоиспользованию машины при работе в повторно-кратковременных режимах и к ложным преждевременным срабатываниям защиты. Необходимость принятия специальных мер по защите от электромагнитных помех от полей внутри электрической машины, а также от внешних полей в проводах, соединяющих термодатчик с исполнительным органом тепловой защиты, размещаемым в шкафу 39 управления. Длина соединительных . проводов может быть значительной, в результате чего помехоустойчивость т кого устройства будет низкой. Полупроводниковые термодатчики имеют небольшую допустимую рабочую темпера туру, что ограничивает применение физической тепловой модели якоря в машинах, имеющих высокий класс нагре востойкости изоляции, а следовательн высокую температуру внутри машины. Цель изобретения - повышение точности моделирования тепловых процессов электрической машины. Поставленная цель достигается тем, что нагревательная обмотка, намотанная на сердечник, с расположенHbJM на ее поверхности датчиком темпе ратуры, помещена в кожух с обеспечением воздушного зазора между сердечником с обмоткой и кожухом и вынесена за пределы электрической машины. На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство , на фиг. 2 - кривые нагревания составных частей машины. Устройство состоит из сердечника 1 , на который плотно намотана нагревательная обмотка 2. На обмотке закреплен датчик температуры 3- Сердечник помещается в кожух 4 с обеспе чением воздушного зазора 5 между сердечником и кожухом. Вся модель ус танавливается на теплоизоляционном основании 6. Как показывают экспериментальные исследования, для .нормальной работы тепловой защиты необходимо и достаточно выполнить следую щие условия: кривые нагревания термор зистора на нагревательной обмотке модели тм t) и якорной обмотки машины t) , построенные в относительных единицах при одинаковой начальной температуре для типичных реж мов работы и перегрузки, должны совп дать, либо быть максимально близкими по форме, но зависимость U) должна опережать во времени ) на минимально возможную величину. При этом , е 9А СЬ) ©.,U)---g; .где etf и),&Л,и) -относительные значения превышения температур соответ ственно датчика те пературы на обмотк модели и обмотки м шины над температурой окружающей среды, полученные при последовательном соединении их обмоток , 6J vt) i© At)-текущие абсолютные значения превышения температур , С | -предельно допустимая длительная температура обмотки машины,С. -температура окружающей среды, С , -установившееся значение превышения температуры датчика температуры на обмотке модели над температурой окружающей среды, поученное при нагрузке машины, вызывающей установившееся значение температуры обмотки якоря. . На фиг. 2 показаны кривые нагревания составных частей электрической машины, гр,е ) - кривая превышения температуры обмотки якоря электрической машины над температу- . рой окружающей среды, которая полу-i чается сложением кривых превышения температуры якоря над температурой индуктора в|;(Яи) и превышения температуры индуктора над температурой окружающей среды &4.) . В устройстве сердечник 1 с нагревательной обмоткой 2 и датчиком температуры 3 является аналогом якоря электрической машины, кожух k является аналогом индуктора. Нагревательная обмотка служит источником потерь в модели, а воздушный зазор между сердечником и кожухом имитируют тепловое сопротивление между якорем и индуктором. В случае, если тепловые постоянные времени якоря и индуктора машины не равны, то кривая 9g| t) имеет две характерные точки перегиба О исГ(см. фиг. 2) . Если эти постоянные равны, то точек перегиба не будет, а кривая ) будет плавной кривой, близкой к экспоненте. Аналогичный характер изменения имеют кривые нагревания составных частей тепловой модели (обмотки сердечника и кожуха). Изменяя отношение массы сердечника к массе кожуха модели, можно деформировать кривую ). Изменяя воздушный зазор между сердечником и кожухом, а значит, тепловое сопротивление можно сместить положение точки Q на кривой YM t) т.е. дополнительно из менить форму кривой 0jm(t). Сделать нарастание кривой более медленным (.или быстрым) можно за счет увеличе-i

ния или уменьшения массы сердечника и кожуха.

В целом предлагаемое устройство позволяет осуществить более эффективную и простую тепловую защиту, например, для коллекторных машин пос тоянного тока с зубцовым, полым, гладким и дисковым якорями. Кроме того, это устройство можно использовать для тепловой защиты, как во вновь разрабатываемых электрических машинах, так и уже находящихся в эксплуатации без каких-либо изменений их конструкции.

Формула изобретения Устройство для тепловой защиты электрической машины, содержащее наг

285066

резательную обмотку, включенную последовательно с якорной обмоткой электрической машины, с датчиком температуры, подключенным к исполнительному органу, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования тепловых процессов электрической машины, вышеупомянутая нагревательная обмотка,

10 намотанная на сердечник с расположенным на ее поверхности датчиком температуры, помещена в кожух так, чтобы был обеспечен воздушный зазор между сердечником с обмоткой и кожухом,

15 и вынесена за пределы электрической машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

зн()

Т(нин)

9ui.i