Устройство для тепловой защиты трехфазных асинхронных электродвигателей

 

Использование: область автоматизированного электропривода, в частности защита электродвигателей сельскохозяйственных машин. Сущность изобретения: устройство содержит нагревательный элемент, подключенный к фазному проводу, теплопроводящий стержень, боковая поверхность и один из концов которого покрыты теплоизоляционным материалом, датчики температуры. Нагревательный элемент расположен на теплоизолированном конце, термодатчики на концах стержня. Нагревательный элемент и датчики находятся в тепловом контакте со стержнем. 1 ил.

СОЮЗ СОВ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4867698/07 (22) 20,09.90 (46) 30.10.92, Бюл, М 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (72) В.M.Õoäûðåâ, Ф.Г.марьяхин и А.Н.Гераськов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1365224, кл. Н 02 Н 5/04, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 989653,.кл. Н 02 Н 5/04, 1980.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от токовых перегрузок, Известно устройство для тепловой защиты электрической машины, содержащее сердечник с намотанной на нем нагревательной обмоткой, терморезистор с намотанной на нем дополнительной обмоткой, включенной последовательно с нагревательной обмоткой и якорной обмоткой электрической машины, а также воздушный промежуток между сердечником и местом крепления терморезистора на нагревательной обмотке, Недостатками этого устройства является выполнение нагревательного элемента в распределенном виде — в виде двух катушек, что снижает точность моделирования тепловых процессов электродвигателя, т.к. вносит элемент нелинейности при широком

„„5U 1772861 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ (57) Использование: область автоматизированного электропривода, в частности защита электродвигателей сельскохозяйственных машин. Сущность изобретения: устройство содержит нагревательный элемент, подключенный к фазному проводу, теплопроводящий стержень, боковая поверхность и один из концов которого покрыты теплоизоляционным материалом, датчики температуры. Нагревательный элемент расположен на теплоизолированном конце, термодатчики на концах стержня. Нагревательный элемент и датчики находятся в тепловом контакте со стержнем, 1 ил, диапазоне изменения величины плотности тока, т,к. терморезистор при большом диапазоне изменения токов — нелинейный элемент.

Известно также устройство для защиты электродвигателя от перегрева, содержащее три проводника, между которыми размещен датчик температуры, подключенный к реагирующему органу, соединенные одними концами в звезду, а другими концами подключенные к нулевым выводам обмоток электродвигателя.

Недостатками этого устройства является то, что оно моделирует только электротепловые процессы без учета потерь в стали, характерных для асинхронных электродвигателей, что повышает вероятность их ложных отключений.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагае.мому является "Устройство для тепловой

3 1 i72861

35

БО защиты электрической машины, содержащее цилиндрическую капсулу, в которой расположены и находятся с ней в тепловом контакте первая группа нагревательных элементов, подключенных к фазам электродвигателя последовательно, вторая группа нагревательных элементов, подключенных параллельно фазам электродвигателя,. датчик температуры, электрически соединенный с реагирующим органом, а также шайбы, выполненные из материала с низкой и высокой теплопроводностью, находящиеся на наружной. поверхности цилиндрической капсулы, Недостатками этого устройства являются низкая точность моделирования тепловых процессов при больших токовых перегрузках электродвигателя и сложность конструкции устройства.

Цель изобретения — повышение надежности защиты пугем увеличения точности моделирования тепловых процессов и упрощение конструкции устройства.

При малой токовой перегрузке тепловыделения от нагревательного элемента возрастают: стержень, имеющий теппоизоляцию на боковой поверхности и одном конце нагревается, температура неизолированного конца стержня, находящегося ц состоянии свободного теппообмена с окружающей средой, и датчика возрастает и достигает с заданной задержкой времени температуры срабатывания, соответствуl0щей максимально допустимой температуре при малой перегрузке. При этом вырабатывается сигнал на отключение защищаемого электродвигателя. При большой токовой перегрузке тепловыделения от нагревательного элемента резко возрастают и температура датчика, находящегося в непосредственной близости от нагревательного элемента, достигает температуры срабатывания, соответствующей максимально допустимой температуре при большой перегрузке раньше, чем температура датчика, находящегося на неизолированном конце стержня, достигнет своего уровня температуры срабатывания.

Нагревательный элемент подключается к фазе электродвигателя последовательно или через трансформатор тока, На обоих концах стержня размещаются датчики температуры, Температура нагрева электродвигателя моделируется в зависимости от его нагрузки.

Для защиты трехфазного асинхронного электродвигателя используется три тепловых аналога (состоящих из элементов 1, 2, 3, 4, 5), подключаемых к каждой фазе. Возможность увеличения точности моделирования тепловых процессов путем подбора характеристик модели íà основе совместного решения дифференциального уравнения теплового баланса асинхронного электродвигателя и линейного параболического дифференциального уравнения нагревания стержня с граничным условием второго рода на левой границе и граничным условием первого рода на правой границе позволяет более полно;использовать тепловой запас электродвигателя и исключить ложные срабатывания защиты.

На чертеже приведено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содер>кит нагревательный элемент 1, подключенный к фазному проводу, теплопроводящий стержень 2, боковая поверхность и один иэ концов которого покрыты теплоизоляционным материалом 3, датчиков температуры 4 и 5. Нагревательный элемент располо>кен на теплоизолированном конце, термодатчики на концах стержня, Нагревательный элемент и датчики находятся в тепловом контакте со стержнем.

Устройство работает следующим образом.

При номинальной нагрузке электродвигателя температура датчиков 4 и 5 ни;ке температуры. срабатывания. При малой тепловой перегрузке тепловыделения от нагревательного элемента 1 возрастают, стержень нагревается, температура датчика 4 возрастает до температуры срабатывания, соответствующей максимально-допустимой температуре при малой перегрузке, опреде-ленной международным стандартом МЭК

34-11. При этом вырабатывается сигнал на отключение защищаемого эпектродвигателя, При большой токовой перегрузкетепловыделения от нагревательного элемента 1 резко возрастают и температура датчика 5, находящегося в непосредственной близости от нагревательного элемента, достигает температуры срабатывания, соответствующей максимально допустимой температуре при большой перегрузке по МЭК34-11 раньше, чем температура датчика 4 достигнет своего уровня температуры срабатывания, Датчики температуры соединяются с реагирующим блоком типа УВТЗ.

При повышении температуры электродвигателя температура стержня 2, а следовательно температура датчиков 4 и 5, находящихся с ним в тепловом контакте; также повышается. При повышении температуры двигателя, а следовательно, стержня выше заданных пределов, двигатель отключается. Причем, при большой тепловой пе1772861

Л Pdt= a Г (v-н,)й+С 6 dv (1) дч д2н ср- — -Л

Л x I -î = I R t дм

a(v - vb) lx-i--Л вЂ” Ix-0 дх

v(x,0)=×â (2) регрузке сигHBJl на отключение электродвигателя поступает от датчика 5, так как он быстрее, чем датчик 4 регулирует на скорость изменения температуры нагревательного элемента. При малой тепловой перегрузке сигнал на отключение электродвигателя поступает от датчика 4, так как заданный предел температуры, на который рассчитан датчик 5 (соответствующий допустимой температуре при большой перегрузке согласно М3К 34-11) значительно больше заданного предела температуры (соответствующей максимально допустимой температуре при малой перегрузке со.гласно МЭК 34-11), на который рассчитан датчик 4.

Параметры стержня. выбираются таким образом, чтобы изменение температуры неизолированного конца стержня соответствовало изменению температуры обмоток статора электродвигателя при номинальном режиме и малой перегрузке электродвигателя, а изменение температуры изолированного конца стержня соответствовало изменению температуры обмоток статора электродвигателя при большой перегрузке.

Выбор параметров стержня производится на основе совместного решения дифференциального уравнения теплового баланса асинхронного электродвигателя (1) и линейного параболического дифференциального уравнения нагревания стержня с граничным условием второго рода на левой границе и граничным условием первого рода на первой границе (2), где Л Р вЂ” суммарные потери мощности в электродвигателе;

Сд — теплоемкость электродвигателя;

v — температура электродвигателя и

5 стержня;

v> — температура окружающей среды;

F — площадь поверхности электродвигателя;

G — масса электродвигателя;

10 а — коэффициент теплопередачи электродвигателя;

t — время работы электродвигателя;

I — ток, протекающий по обмотке электродвигателя и нагревательному элементу;

15 R — сопротивление нагревательного элемента; .

С вЂ” теплоемкость стержня; р — удельный вес стержня; .a — длина стержня;

20 Л вЂ” коэффициент теплопроводности стержня.

При использовании трансформатора тока в (2) должен быть учтен соответствующий масштаб тока.

Формула изобретения.

Устройство для тепловой защиты трехфазн ых асинхронных электродвигателей, содержащее тепловой аналог, нагреватель30 ный элемент, предназначенный для подключения последовательно с фазным проводом защищаемого электродвигателя, датчик температуры, соединенный с реагирующиморганом,отличающееся тем, 35 что, с целью повышения надежности защиты путем увеличения точности моделирования тепловых процессов и упрощения конструкции устройства, тепловой аналог выполнен в виде теплопроводящего стерж40 ня, при этом боковая поверхность и один конец стержня теплоизолированы, нагревательный элемент и датчик температуры установлены на его теплоизолированном конце, а вновь введенный дополнительный

45 датчик температуры установлен на другом конце стержня, который находится в тепловом контакте с окружающей средой.

1772861

Составитель В. Ходырев

Редактор Т. Иванова Техред М.Моргентал Корректор M. Ткач

Заказ 3849 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101