Устройство теплового токоограничения электродвигателя

 

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, использующих тепловое токоограничение. Цель изобретения - увеличение точности и повьшение надежности путем обеспечения варьируемого уровня токоограничения. Поставленная цель достигается , тем, что токоограничиваюцр1й элемент вьтолнен на диоде 6, помещенном в теплоизолированный объем 9, в котором он имеет тепловой контакт одновременно с обмоткой и сердечником дросселя 8, являющимся тепловым аналогом электродвигателя 2, последовательно с диодом включен усилитель 10 со стабилизированным смещением. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 Н 7/085

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 30. 03. 92. Бюл. у (21) 4259587/0? (22) 11.05.87 (71) Воронежский политехнический институт (72) А.М. Литвиненко . (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 312340, кл. Н 02 Н 7/08, 19?О.

Авторское свидетельство СССР

В 1037373, кл. Н 02 Н 7/085) 1981. (54) УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОГО ТОКООГРАНИЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Устройство относится к электротехнике и может быть использовано s системах электропривода, используюИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, использу- . кяцих тепловое токоограничение. К таким приводам относятся электромеханические системы промышленных роботов-манипуляторов, экструзионных машин, экскаваторов, электротрансмиссии подвижных объектов, кузнечнопрессовых машин.

Цель изобретения — увеличение точ.ности и повышение надежности путем

Обеспечения варьируемого уровня токоограничения.

На чертеже представлено устройство теплового токоограничения электродвигателя.

Устройство включает тиристорный преобразователь 1, соединенный с электродвигателем 2, вход тиристоряого преобразователя 1 соединен

„„SU„„1508914 А 1

2 щих тепловое токоограничение. Цель изобретения — увеличение точности и повышение надежности путем обеспечения варьируемого уровня токоограничения. Поставленная цель достигается, тем, что токоограничивающий элемент выполнен на диоде 6, помещенном в теплоизолированный объем 9, в котором он имеет тепловой контакт одновременно с обмоткой и сердечником дросселя 8, являницимся тепловым аналогом электродвигателя 2, последовательно с диодом включен усилитель

10 со стабилизированным смещением.

1 ил. ( с выходом .блока импульсно-фазового управления 3, вход которого соединен, Я с выходом промежуточного усилителя 4, МЙ вход которого связан с блоком полного задающего напряжения 5. На вы- СЛ ходе промежуточного усилителя 4 вклю-, © чен диод 6, на стороне переменного 00 тока электродвигателя 1 включен C© трансформатор 7 тока. Выход транс- виы форматора 7 соединен с дросселем 8, вфф, являющимся тепловым аналогом якоря электродвигателя 2. Дроссель 8 н диод. 6 находятся в тепловом контакте и помещены в теплоизолированный объ-. ем 9, при этом диод. 6 помещен между Ф обмоткой и сердечником дросселя, т.е. связан с ними в тепловом отношении. Последовательно с диодом 6 включен усилитель 10 со стабилизиро ванным смещением.

1508914

I„ Т„+ AI, Работа устройства основана на принципе теплового токоограничения, который состоит в том, что уровень ограничения токоограничнвакицего эле5 мента выбирается не постоянным, а изменяемым, варьируемым в зависимости от теплового состояния электродвигателя. Так, при холодном двигателе и соответственно якоре по сравнению с прогретой машиной электромеханическая постоянная ыеличина времени уменьшена. Таким образом, уровень токоограничения может быть для холодного двигателя снижен. Для прогретого двигателя, наоборот, уровень токоограничения может быть увеличен. Таким образом, в предлагаемом устройстве уровень токоограничения варьируется в зависимости от 20 температуры двигателя.

Информация о тепловом состоянйи двигателя достигается путем использования дроссельной тепловой модели двигателя. В частности, конкретным 25 примером возможной реализации предлагаемого устройства является подключение к трансформатору 7 тока дроселя 8, именицего те же постоянные времени нагрева стали и меди, что 30 и электродвигатель 2. Практически это достигается введением теплоиэолированного объема 9, увеличивающего теплоемкость и уменьшающего теплоотдачу. Диод 6 находится в теп" ловом контакте с дросселем и включен вместе с усилителем 10 со стаби- лизированным смещением в цепь токоограничения. Предлагаемое устройство предназначено для работы в основном в переходных режимах, например, в режиме повторно"кратковреь1енного включения, сопровождающемся частыми пусками и торможениями. Именно в этом режиме к машине может быть 4 приложено повышенное напряжение, которое выводит машину из строя.,Элементы математического обоснования физики происходящих процессов заключаются в следующем.

Номинальные потери в меди машины

Р„определим как:

b P) I (f+eLt) R (Iv+hI) R (1+at)

Тн, Ф

1 где 1„- номинальный ток (при прогре-

Фом двигателе);

1 — ток холодного двигателя прн х

fpОС3

AI — приращение тока, характериэуккцее компенсацию температурного изменения сопротивления; о6 - температурный коэффициент; ,К вЂ” сопротивления якоря при 20 С;

t — температура.

Для холодного двигателя можно достигнуть, что дР - т2К и ,без всякого ущерба производительности, поскольку уменьшение К можно скомпенсировать уменьшением тока.

Но для этого нужно, чтобы токоограннчивающий элемент имел не постоянную уставку, кратную а переменную, обеспечивающую для холодного двигателя уставку, кратную

Это и осуществляется тепловой моделью. Величина этой переменной устав- ки определяется формулой

+ l3f-i где 0 — напряжение усилителя 10; — температурный коэффициент диода 6.

Расе ет дросс еля в т епловом от ношении проводится по критериям подобия нестационарных тепловых процессов, используя аппарат двухступенчатой теории нагревания. Таким образом, температурное поле дросселя оказывается аналогичным температурному полю двигателя. В частности, коэффициенты теплоотдачи двигателя и дросселя аналога связаны так, что постоянные времени нагрева стали и меди дросселя-аналога и двигателя весьма близки, т.е. вид кривой нагрева оригинала и модели аналогичен.

Устройс гво теплового токоограничения работает следующим образом.

В первые минуты работы привода, когда двигатель не прогрет и собственнйй перегрев теплового аналогадросселя 8 также незначителен, работа блока токоограничения не отлича-. ется. существенно от известных схем.

Однако по мере нагрева двигателя температура обмотки и сердечника

1508914 дросселя-аналога повышается в соответствии с перегревом якоря. Постоянные времени нагрева стали и меди двигателя и модели-аналога совпадают.

Поскольку дроссель-аналог 8 и диод 6 находятся в одном теплоизолированном объеме 9, температура диода также повьппается. Это изменяет характерис. тики искусственного стабилитрона, составленного из диода 6 и усилителя 10 со стабилизированным смещением.

Известно, что кремниевые диоды с напряжением стабилизации больше 6 В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а диоды с напряжением стабилизации меньшими 5В - отрицательный ТКН. Изменение напряжения примерно равны 0,51 на 10 С. Нагрев двигателя приводит к увеличению сопротивления якоря, что изменяет момент, развиваемый двигателем при той же частоте вра" щения (переход на другую характеристику). Эти изменения находят отражение в изменении параметров системы управления. В частности, если требуется поддерживать ток на уровне тока холодного двигателя при постоянной нагрузке и частоте вращения, то уровень токоограничения должен быть повьппен в функции перегрева. двигателя.

Если требуется стабилизировать ток нагретого двигателя, то уровень токоограничения должен быть в начальный период времени меньше номинального.

Соответствующим расчетом теплового аналога и выбором типа диода можно добиться выполнения любого иэ двух выше названных требований или какого-либо компромиссного условия. При этом относительный уровень ограничения определяется перегревом теплового аналога, начальное значение характеристики ограничения определяется напряжением стабилизации, найденном по справочным данным для данного диода, знак ТКН определяется типом диода. В случае необходимости получения отрицательного ТКН на напряжение, большее 6 В, допустимо последовательное соединение нескольких низковольтных диодов. Таким образом, уровень токоограничекия автоматически изменяется в функции перегрева электродвигателя. Например, пусть, нагрев двигателя ниже нормы (начало работы) и поставлено условие минимизации потребления энергии. -В этом случае нагрев дросселя также незначителен, температурный коэффициент диода мал, происходит работа устройства токоограничения с относительно небольшим уровнем отсечки, достаточным однако для нормальной работы.механизма. С течением времени двигатель

10 нагревается. Нагревается также и дроссель. Нагрев обмотки возбуждения уменьшает поток и момент на валу изза увеличения сопротивления обмотки.

Однако изменение TKFI диода, имеющего тепловой контакт с дросселем, увелй- чивает уставку токоограничения, что увеличивает момент, обеспечивает нормальную работу механизма.

Применение изобретения позволяет повысить эффективность привода эа счет увеличения уставки токоограничення для холодного двигателя и снизить затраты электроэнергии за счет снижения установки токоограничения для нагретого двигателя. Благодаря этому повышается точность уставки, оптимально соответствующей каждому тепловому состоянию двигателя ° По сравнению с известными устройствами

30 объединение в диоде и порогового элемента идатчика температуры повышает надежность цепи токоограничения.

Кроме того, повышается чувствительность устройства, так как ТКН некоторых полупроводниковых диодов дохо» дит до 10-1007. и более íà 10 С.

Устройство может быть применено к любому типу электрической машины поскольку величина приложенного к

40 ней повьппенного напряжения определяется не самой машиной, а системой электропривода, в частности статизмом, рассогласованием, уровнем напряжения задания и коэффициентом

45 усиления предварительного усилителя и преобразователя. Эти величины являются параметрами системы электропривода, а не машины.

К числу механизмов, которые ра50 .ботают в данном режиме и которые, следовательно, нуждаются в установке предлагаемого устройства, относятся роботы и манипуляторы, работа приводов которых связана не только

55 с пуском и остановом, и но и с реверсом, а также все механизмы с экскаваторным типом механической характеристики — экструдеры, электротрансмиссии подвижных объектов, гор150В 914

Формула изобретения

Устройство теплового токоограничения электродвигателя, содержащее блок задания полного напряжения, выход которого соединен со входом промежуточного усилителя, выходы проСоставитель Р. Апокнна

Техред М.Ходанич Корректор Н.Король

Редактор В. Фельдман

Заказ 1318 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д, 4/5

Проиэвоцственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ные машины, экскаваторы. Установка устройства на приводах экскаваторов оправдана и тем, что они обычно нуждаются и в сезонном токоограничении.

Аналогичные условия возникают и в регулируемом электроприводе подъемНо-òðàècïîðòíûõ машин и в самом распространенном станочном прнводе— ,приводе подач. действительно, все приводы таких типов, как ИПУ, ЭТО, ЭТОШ, ПТЗР, ПТР-0,4М, ЭТНЕ, ЭТЗР, ЭТШР, ЭТЗИ, ЭТ6, БУ3609, ЭТУ3601, ЭШИР-1, ПМС, ПТЧКШ, ЭКТ, 2М-5-2, имеют блоки токоограничения. В случае установки их на вышеуказанные механизмы, будет повышена производительность за счет. ввода переменного уровня токоограничения. межуточного усилителя соединены с соответствукнциии входами блока импульсно-фазового напряжения управления, выход которого соединен с управляющим входои тиристорного преобразователя, электродвигателя, трансформатор тока, первичная обмотка которогь имеет клеммы для включения

1ð в фазу питающей сети, вторичная обмотка его соединена с тепловым аналогом электродвигателя, выполненным на дросселе, обмотка и сердечник которого помещены в теплоизолированный объем, токоограничивающий элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и повышения надежности путем обеспечения варьируемого уровня токоограничения, токоограничивающий элемент выполнен в виде диода, помещенного в теплоизолированный объ ем, последовательно с диодом включен усилитель со стабилизированным сме75 щейием, свободный вывод которого и свободный вывод диода подключены к выходам промежуточного усилителя.