Устройство для тепловой защиты электродвигателя
В, Л. Савченко, В. И. Студеников, Н. Б. Mopes и Ф. М. Галиев (72) Авторы изобретения
Карагандинский филиал особого конструкторского бюро Всесоюзного научно-исследовательского института автоматизации черной металлургии и Карагандинский металлургический комбинат (71) 3навители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Изобретение относится к области защиты
:электрических двигателей и может быть использовано в металлургической промышленности, например прокатном производстве, s позиционных следящих системах с управляю- щими воздействиями случайного характера, исполнительные органы и электродвигатели которых имеют такие величины моментов инерции, по сравнению с которыми их статические моменты несоизмеримо малы.
Известно устройство для тепловой защитгя
f0 электродвигателя, содержащее аналоговую схему, выполненную из резистора и конденсатора. Устройство также содержит цепь нагрузки, заряжающей конденсатор со скоростью, 15 зависящей от тока, потребляемого электромашиной, термистор, размещенный в обмотке электромашины, схему для измерения температуры, детектор уровня, отключающий электромашину,когда напряжение на выходе
20 схемы для измерения температуры превышает заданную величину, в котором моделируется тепловая цепь защищаемой электрической машины и сравнивается напряжение на вы2 ходе модели с заданной величиной. При превышении напряжения на выходе моделирующего устройства над заданным устройство защиты отключает электродвигатель f11.
Недостатком указанного устройства для технологических процессов является неизбежность прерывания процесса для отключения . электродвигателя с цепко его охлаждения.
Известно устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее рассеивающие тепловые средства, соединенные с нагрузкой и тнристор. Два главных электрода тиристора соединяются последовательно с нагрузкой.
Последовательное соединение резистора и конденсатора образует цепь, включенную параллельно главным .электродам тиристора, параллельно цепи включен термнстор с отрицательным температурным коэффициентом. Точка между резистором и конденсатором соединена с управляющим электродом тиристора. Тнристор устанавливают в непосредственной близости от рассеивающей тепло среды (2}.
Недостатком этого устройства также, как и первого, является то, по зашита от лерез грузки двигателя основана на отключении дви. гателя с целью охлаждения, что, в свою очередь, прерывает технологический процесс, в котором действует этот двигатель.
Наиболее близким по технической сущности устройством к изобретению является устрой ство для защиты ротора электрической машины от перегрева (3) с имитатором ротора, снабженным измерителем тока, перемножателем, интегратором, блоком сравнения и ограничителем тока.
Недостатком этого устройства является то, что для уменьшения нагрева двигателя умень
- шается уставка максимального тока, что неприемлемо, например, для электродвигателеййозй1йонных" Следящих систем в -прокатном производстве, так как неизбежно прерывается технологический процесс, например процесс прокатки, для отключения двигателя с целью его охлаждения, а для некоторых следящих систем снижается быстродействие и увеличивается ошибка слежения (41 .
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, т.е. возможности использования для работы электродвигателя в повторно-кратковременном режиме, путем изменения среднеквадратичного тока электродвигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее датчик тока якоря двигателя, квадратичный преобразователь, интегратор, соединенные последовательно, эадатчик максимально допустимого нагрева и исполнительный орган, введены блок извлечения
Ывадратного корня, задатчик начальной зоны нечувствительности исполнительньго механизма и сумматор, при этом задатчик максимально допустимого нагрева выполнен в виде задатчика сигнала, пропорционального номинальному току двигателя, выход этого задатчика соединен с входом сумматора, к двум другим
"входам которого подключены выходы задатчика начальной зоны нечувствительности и блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен: к выходу интегратора, а: выход сумматора соединен с входом исполнительного органа, который выполнен в вйде регулятора положения исполнйтельного" механизма.
Устройство для тепловой защиты, электро=двигателя пбказано на чертеже, оно состоит
-из датчика тока 1 якоря" двигателя; квадратичного преобразователя 2, вход которого соединен с выходом датчика тока 1, интегратора
3, вхб11 которого соедйнен -с выходом квадратичного преобразователя, а выход со входом блока 4 извлечения квадратного корня. Выход блока 4 соединен с первым входом сум. с
4566
4 матора 5, второй вход которого соединен с задатчиком 6 максимально допустимого нагрева, выполненного в виде задатчика сигнала, пропорционального номинальному току ,"1н электродвигателя, тогда при обеспечении
5 величины среднеквадратичного тока иск не более величины номинального тока, т.е.
Эск (0н, будет обеспечиваться тепловая защита двигателя. Третий вход сумматора 5 о соединен с выходом задатчика 7 начальной зоны нечувствительности, причем выход сумматора 5 подключен к исполнительному органу 8.
Устройство работает следующим образом.
С датчика тока 1 сигнал, пропорциональ 5 ный фактическому току контролируемого двигателя, повтупает на вход квадратичного преобразователя 2, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный квадрату фактического тока Р, который поступает на вход интегратора 3 и преобразуется в сигнал, пропорциональный интегралу от квадрата тока 1 кат2 r1 dt-k2 о ge, sac,î (1)
25 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;
Т вЂ” время интегрирования;
1 „— квадрат среднеквадратичного тока. эх„
Сигнал с интегратора 3 поступает на вход блока 4 извлечения квадратного корня, а с выхода последнего на первый вход сумматора 5 поступает сигнал, пропорциональный среднеквадратичному току двигателя К 3 .
На два других входа сумматора 5 поступают сигналы с задатчика 6 К„Л„и задатчика хо
7Жо, а с выхода сумматора 5 на вход регулятора 8 положения поступает сигнал, пропорциональный необходимой величине зоны нечувствительности н "ж(эжо н1 о <
Величину необходимой зоны нечувствитель ности получают из следующих соображений.
Электродвигатели в металлургической про4 мышпенности, например в прокатном произ водстве, в позиционных следящих системах с управляющими воздействиями случайного1 характера, раоотают в случаиных режимах, ввиду многообразия факторов, определяу ющих их нагрузку, Процессы изменения тока нагрузки электродвигателя в таком режиме являются стационарными случайными процессами.
Дисперсия первой производной стационарного случайного процесса X(t) может быль выражена через дисперсию процесса X(t)
> TX l = k F DpxЭ (3) где К вЂ” коэффициент пропорциональности
714566
3Ьсперсия второй производной стационарного случайного процесса X(t) может быть аналогично выражена через дисперсию процесса X(t) Э ФЗ=К 5а3 (4) В то же время дисперсия второй производ- 10 ной стационарного случайного процесса пропорциональна дисперсии ускорения (или дисперсии динамической составляющей тока) исполнительного электродвигателя следящей системы откуда!
% 2
9 1 э 31=3 =к.l)Q"1 (5) Чтобы среднеквадратичный ток двигателя был равен номинальному, необходимо изме20 нить зону нечувствительности, тогда (13) 25
Подставляя значение бХ из (12) в (13) после несложных преобразований, получим (6) хо- й
Жи кккв 1 а (14) 30 или (15) 4
1 К; <тэ где
Устройство для тепловой защиты электро40 двигателя, содержащее датчик тока якоря двигателя, квадратичный преобразователь, интегратор, соединенные последовательно, задатчик максимально допустимого нагрева и исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я
45 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, т.е, возможности использования для работы электродвигателя в повторно кратновременном режиме, путем изменения среднеквадратичного тока двигателя, в него
50 введены блок извлечения квадратного корня, задатчик начальной зоны нечувствительности исполнительного механизма и сумматор, при этом задатчик максимально допустимого нагрева выполнен в виде задатчика сигнала, 55 пропорционального номинальному току двигателя, выход этого задатчика соединен с вхо,дом сумматора, к двум другим входам которого подключены выходы задатчика начальили
=К„ К (©, -кЖ) где К вЂ” коэффициент пропорциональности; ! где ц С33 — дисперсия динамической составляющей тока электродвигателя;
3 — среднеквадратичный (зквивалентэ ный ток) электродвигателя;
ʄ— коэффициент пропорциональности.
Учитывая формулы (4) и (5), получим
При наличии в регуляторе зоны нечувстl вительности величина дисперсии на выходе регулятора с коэффициентом усиления линейной части Кр=1(4) будет
;Э ЕХ =Е+-2 Ф()3 РЕХ () где ?) Х - дисперсия процесса на выходе регулятора с зоной нечувствительности + +
,=(х1 — функция Крампа; Сх . - - Я )- среднеквадратичное отклонение случайной величины управляющего воздействия на входе регулятора.
При — (1, что практически вьшолняЗЕ
С ется в большинстве следящих систем, функция Крампа может быть заменена величиной, пропорциональной ее аргументу, т.е.
Ъ t:v,3= 1-К вЂ” ) ЭCХl (8)
Х х
Учитывая, что =1, 1> ГХ" 1 и зависимости (4) и (8), получим эх 1 ) )
ЭХ Р х (9) б где 3> — среднеквадратичный ток электро. двигателя при управляющем воздействии в виде стационарного случайного процесса, прошедшего через регулятор с зоной нечувствительности + X.
При установленной начальной зоне нечувствительности +«Ж 1ewc " 1 ХРх-<1 Х К„ Y. о (12) Хи=1 м(эаеo и1+ о Формула изобретения 714566 f ,с Корректор А. Гриценко Составитель А. Обязуев Техред Э.Чужик Редактор Ю. Чапоканов Заказ 9307/55 Тираж 783 Подписное ЦНИЙПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 иой зоны нечувствительности и блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход сумматора соединен с входом исполнительйого органа, который выполнен в виде регулятора положения исполнительного механизма. Источники информации, принятые во внимание при. экспертизе 1, Патент Франции И 2214186,кл. Н 02 Н 7/00 . опублик, 13.09.74, 2. Патент США и 3846674, кл. 317 — 18, опублик, 05.11.74. 3. Патент ФРГ W 2431540, кл. Н 02 Н 7/08, опублик. 22.01.76. 4. Наумов Н. Б. Теория нелинейных автоматических систем. М., "Наука" 1972.
