Тепловой аналог электродвигателя Советский патент 1982 года по МПК H02H7/85 

I

Изобретение относится к электро- технике, предназначено для создания тепловой модели электродвигателя, которая может быть использована в устройствах тепловой защиты электродвигателей.

Известно устройство для релейной защиты от перегрева, позволяющее воспроизводить температуру обмоток электродвигателя, основанное на том,- что если на вход контура, состоящего из сопротивления и емкости, постоянная времени которого равна постоянной времени нагрева электродвигателя, подавать напряжение, пропорциональное квадрату тока нагрузки электродвигателя, то напряжение на емкости будет пропорционально текччературе обмоток электродвигателя и изменяться по тому же закону ij.

Это устройство выполненное с активно-емкостным контуром, на входе которого устанавливается квадратор для воздействия напряжения вторичной

обмотки трансформатора тока в квадрат, не находит широкого применения, так как обладает .целым рядом существенных недостатков.

В связи с тем, что электродвигатель в тепловом отношении является неоднородным телом и его кривые нагрева и охлаждения представляют собой суммы экспонент, замена которых эквивалентной экспонентой приво10дит к тому, что несмотря на то, Мто общая длительность теплового переходного процесса двигателя и его теплового аналога будет одинаковой . имеются существенные отклонения на

IS начальных этапах переходного процесса, особенно для кривой охлаждения. Поэтому при работе двигателя с переменной нагрузкой или повторнократковременным режиме происходит

20 постоянное накопление ошибки рассогласования, которое приводит в конечном счете к значительному расхождению показания теплового аналога и истинной температуры обмоток электродвигателя. Это существенно ограничивает функциональные возможности устройства защиты от перегрева и снижает точность его работы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус ройстйо для защиты электродвигателя от перегрева, содержащее тепловой аналог, представляющий собой активно-емкостный контур, причем с целью учета процессов теплообмена между обмотками и активным железом активное сопротивление контура шунтировано нелинейным сопротивлением. Подобный подход дает более точное совпадение кривых нагрева и охлаждения двигателя с кривыми теплового аналога }. Основным недостатком данного устройства является то, что в схеме теплового аналога используется нели нейный элемент, вольт-амперная характеристика которого должна менять ся для двигателей разного типа, раз ной мощности и даже режима работы (охлаждения и нагрева. Этрэначительно снижает функциомаяьные возможности устройства. Выбор необходи го нелинейного элемента для теплово го аналога связан с анализом перехо ных процессов в нелинейных цепях, что снижает точность подбора кривых теплового аналога, а следовател но, и точность работы устройства. Кроме того, значительное расхождени кривых нагрева и охлаждения в предл гаемой схеме учитывают добавлением только активного сопротивления, что снижает точность подбора кривой охлаждения и: срабатывания устройств в повторно-кратковременном режиме работы двигателя. Цель изобретения - более точное моделирование теплового состояния электродвигателя. Для достижения поставленной цели тепловой аналог выполнен в виде сло ной активно-емкостной цепи, состоящей только из линейных элементов. На фиг. 1 приведена схема предла гаемого теплового аналога; на фиг. 2 - схема его включения в устройство тепловой защиты. Тепловой аналог представляет собой сложную активно-емкостную цепь (фигЛа), в которой последовательно с сопротивлением 1 и емкостью 2 вкл 74 чена параллельная ветвь из активных сопротивлений 3, t и емкости 5, причем в ветви активного сопротивления i имеется ключ 6. На фиг. 1 Гключ 6 заменен вентилем 7. Устройство защиты, двигателя от перегрева, выполненное на основе предлагаемого теплового аналога, состоит из трансформатора тока 8, квадратора 9 теплового аналога 10 и исполнительного механизма 11. Трансформатор тока включен в силовую цепь электродвигателя. Напряжение его вторичной обмотки подается на вход квадратора, в котором формируется сигнал, прямо пропорциональный греющим потерям электродвигателя. Этот сигнал подается на вход теплового аналога. Параметры аналога подбираются таким образом, что изменение напряжения на обкладках конденсатора 2 прямо пропорционально температуре обмотки двигателя. Когда напряжение на зажимах конденсатора 2 достигает значеНия, соответствующего предельно допустимой температуре нагрева обмотки электродвигателя, исполнительный механизм подает сигнал на снижение нагрузки или отключение двигателя. При работе электродвигателя ключ 6 замкнут, ja при отключении его - разомкнут, за счет чего учитывается различие кривых нагрева и охлаждения двигателя. Известно, что электродвигатель в тепловом отношении представляет собой неоднородное тело, которое можно представить в виде нескольких .тел, обладающих различными теплоемкостями и соединенных между собой тепловыми сопротивлениями, величина которых различна при включенном и отключенном двигателе, поэтому кривые теплового переходного процесса представляют собой сумму экспонент с различными постоянными времени, зависящими от теплоемкости тел и тепловых сопротивлений. Распространенное представление двигателя в виде двух тел позволяет учесть основные различия теплоемкостей обмоток и активного железа. Кривые нагрева и охлаждения в этом случае представляют собой сумму двух экспонент с малой и большой постоянными времени, условно называемыми постоянными меди и стали. Экспериментальные кривые нагрева и охлаждения подтверждают справедливость такого подхода и хорошо аппроксимируются двумя экспонентами с малой и большой постоянными времени, Попытка аппроксимировать кривые теплового переходного процесса одной экспонентой приводила к тому, что, хотя общая длительность переходного теплового процесса истинной и аппроксимирующей кривых бьша одинаковой, наблюдались значительные отключения на промежуточных этапах переходного процесса, особенно для кривой охлаждения, поэтому если для длительного режима работы двигателя с постоянной нагрузкой это не приводит к существенным ошибкам, то при переменной нагрузке или в повторно-кратковременном режимах р1абот электродвигателя происходит постоян ное накопление ошибки и сигнал на выходе теплового аналога значительн отличается от истинной температуры обмотки двигателя. Предлагаемый тепловой аналог содержит два реактивных элемента ( кон денсаторы 2 и 5), поэтому кривые переходного процесса .в нем представ ляют сумму двух экспонент с малой и бояьиюй постоянными времени, ;что обеспечивает хорошее совпадение с криШ)1ми нагрева и охлаждения 76 электродвигателя на всех этапах переходного процесса при любых режимах работы двигателя. Кроме того, предлагаемый тепловой аналог выполнен на базе только линейных элементов что значительно облегчает настройку и подбор необходимых параметров аналога, а следовательно и большую точность работы устройства защиты от перегрева электродвигателя в целом. Формула изобретения Тепловой аналог электродвигателя, содержащий резистивно-емкостный контур, отличающийся тем, что, с целью более точного моделирования теплового состояния электродви гателя, последовательно с вышеупомянутым контуром включена цепь из параллельно соединенных двух сопротивлений и конденсатора, причем в ветвь одного из сопротивлений включен ключ или вентиль. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Риман Я.С. Защита подземных электроустановок угольных шахт. М., Недра, 1977, с. 150-152. 2.Авторское свидетельство СССР N19773, кл. Н 02 Н 7/08, 1966.

иг.г