Тепловая модель электродвигателя

(56) 1. Авторское свидетельство ССС9 312340, кл. Н 02 Н. 7/08, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 379952, кл. Н 02 Н 7/085, 1973.3, Авторское свидетельство СССР9 748641, кл. Н 02 Н 7/085, 1980.(54)(57) тыпловАя моцель. ЭлектРодвГАТЕЛя, содержащая датчик температры в виде обмотки, расположеннойна сердечнике, управляемый источникпеременного тока, выход которого ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ соединен с обмоткой, и демодулятор, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения точностимоделирования тепловых процессови унификации, введены термостабилнзированный источник питания и термочувствительный блок, выполненныйна .терморезисторе и двух переменныхрезисторах, один из которых подключен параллельно терморезистору, адругой соединен с терморезисторомпоследовательно, причем свободныйвывод последнего из укаэанных переменного резистора соединен с одним,зажимом стабилизированного источ;ника питания, а точка соединения терморезистора первого резистора идругой зажим стабилизированного источника питания подключены к демодулятору.Изобретение относится к электротехнике н может быть использовано в электроприводах с тепловым токо-. ограничением, применяемых, например, в электромеханических системах промышленных роботов-манипчлятооов, 5 экструэионных машинах, экскаваторов, электротрансмисии подвижных объектов.Известна модель электродвигателя, в которой сигнал тока якоря воз водится в квадрат и пропускается через инерционное звено с постоянной времени, равной постоянной времени нагрева якоря 1 ).В модели моделируется только од номассовый нагрев и не учитываются потери в стали машины.Известна тепловая модель электродвигателя, представляющая собой проводи, соедненныЙ последовательно с самой обмоткой электродвигателя и конструктивно выполненный как секция обмотки якоря, т,е. Физическая модель якоря, но не вращаюцаяся и находящаяся в тех же температурных условиях 2).Для реализации модели требуются специальные конструктивные мероприятия, в частности необходимо предусмотреть место в междуполюсном пространстве двигателя. Данная модель применима только к приводам малой мощности и микроприводам, поскольку Обмотка дополнительной секции включена последовательно с якорем. 35Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тепловая модель электродвигателя, содержащая датчик температуры в виде обмотки из провода с тем же темпе О ратурных коэффициентом сопротивления, . расположенной на сердечнике. Снаружи обмотка покрыта теплоизоляцией. Модель снабжена управляемым источникОм переменногО тОка и демОдуля 45 тором, вход которого вместе с обмоткой присоединен к выходу управляемого источника, Термочувствительный элемент - сердечник выполнен иэ материала одинакового с материалом магнитной цепи якоря двигателя. В случае выполнения цепи токо- ограничения двигателей постоянноготока на стороне переменного напряжения необходимость в управляемом модуляторе отпадает, функции демодуля тора выполняет выпрямитель, включенный через стабилитрон на вход блока управления, вентилями преобразователя 3).60Недостатками модели является пониженная точность, обусловленная тем, что сердечник одновременно выполняет функции чувствительного элемента. Это исключает применение апробированных прецизионных средств измерения температуры.Кроме того, модель не допускаетподстройки параметров. Поэтому в каждом конкретном случае, для каждого типа электропривода необходимо рассчитывать и изготовгять новую модельЦель изобретения - повышение точности моделирования тепловых процессов и унификации.Поставленная цель достигается тем, что в тепловую модель электродвигателя, содержащую датчик температуры в виде обмотки, расположенной на сердечнике, управляемый источник переменного тока, выход которого соединен с обмоткой, и демодулятор, введены термостабилизированный источник питания и термочувствительный блок, выполненный на терморезисторе и двух переменных резисторах, один из которых подключен параллельно терморезистору, а другой соединен с терморезистором последовательно, причем свободный вывод последнего из указанных переменного резистора соединен с одним зажимом стабилизированного источника питании, а точка соединения терморезистора первого резистора и другой зажим стабилизированного источника питания подключены к демодулятору,На фиг. 1 изображена электрическая схема тепловой модели в системе теплового токоограничения электро- привода; на фиг. 2 - кбнструктивное выполнение тепловой модели.Тепловая модель электродвигателя входит в состав узла токоограничения замкнутой системы электропривода. Система имеет двигатель 1, питающийся от тиристорного преобразователя 2. На стороне переменного напряжения питания преобразователя включен трансформатор 3 тока, являющийся источником переменного напряжения, изменяющегося по величине в зависимости от тока нагрузки. Трансформатор тока является модулятором тепловой модели 4 (совокупность уз- ЛОВ, ВХОДЯЩИХ В ЕЕ СОСтаВ Обведена пунктиром ).Модель включает в .себя обмотку 5, расположенную на ферромагнитном сердечнике, который рассчитан в тепловом отношении так, что постоянная времени его нагрева и постоянная времени нагрева привода совпадает, а уровень нагрева связан с уровнем нагрева двигателя критериями подобия. В тепловом контакте с обмоткой находится термореэистор б термочувствительного блока, который помещен в пространство между обмоткой и магнитопроводом дросселя. В модель введены стабилизированный источник питания, термочувствительный блок содержит еще два переменных резистора,один иэ которых 7 соединен параллельно терморезистору б, а другой 8 последовательно, причем свободный конец второго переменного резистора 8 соединен с одним зажимом стабилизированного источника питания, а точка соединения терморезистора 6 и первого переменного резистора 7 и второй зажим стабилизированного источника 9 питания подключены к демодулятору 10. На демодулятор (диоды ) 10 подается также сигнал с тахо- генератора 11. В качестве блока токоограничения обычно используется Цепочка или мостик стабилитронов с нагрузочным сопротивлением, Может быть использован и один стабилитрон, шунтирующий вход промежуточного усилителя, И в том и другом случае стабилитрон можно представить в виде эквивалентного диода, последовательно соединенного с источником напряжения. В качестве такого напряжения, изменяющегося в зависимости от температуры привода, выступает сигнал с выхода тепловой модели. Далее сигнал токоограничения подается на промежуточный усилитель 12, на который поступает также сигнал от задатчика 13 и далее поступает на вход системы импульсно-Фазового управления преобразователя 2.Относительное месторасположение элементов модели показано на Фиг.2. Модель расположена на унифицированном блочном основании 14 с разъемной колодкой 15, предназначенной для контактирования с ответным соединением в стойке-сборке. На основании закреплен дроссельный элемент с обмоткой 5 и сердечником 16. С обмоткой и сердечником контактируют термореэистор б ( их может быть несколько ), На основании также укреплены дополнительные элементы 17. К йх числу относят резисторы 7 и 8, диоды демодулятора 10. Выводы источника 9 могут быть подведены через разъемную колодку 15. Панель снабжена ручкой для переноски и вынимания из стойки. Модель может быть. разме-. щена как на отдельной панели, так и на других панелях общей стойки электропривода, если там имеется свободное место.Система с тепловой моделью работает следующим образом.Двигатель 1 отрабатывает за",цанный режим работы при помощи блоков системы импульсно-Фазового управления, промежуточного усилителя 12 и такие ротора 11. В начальный период времени или при работе на небольшой нагрузке двигатель имеет температуру близкую к температуре окружающей среди. Коэффициент обратной связи по току имеет определенное,постоянное значение, определяемоеконструктивными параметрами машиныи тепловой модели.При дальнейшей работе системы в каждом из ее элементов происходит преобразование энергии из электрическойв тепловую. При этом элементы и система в целом не могут пропустить энергетический поток выше определенной 0 интенсивности. Так, мгновенные значения температуры якоря ограниченыразличными физическими явлениями,связанными .с фазовыми переходамив проводниках, изоляции, магнитных 15 материалах и приводящими якорь к выходу из строя, При нагреве происходит изменение сопротивления якоря,что приводит к изменению коэффициента передачи цепи токоограничения. рО Изменение температуры якоря происходит вследствие разного рода потерь.В каждый период разгона и торможения в работу. включается узел упреждающего токоограничения, выполненный в виде нелинейной обратнойсвязи по скорости двигателя, шунтирующей вход усилителя. Сигнал управления автоматически регулируетсяв функции ЭДС двигателя. Тепловаямодель 4 дополнительно вводит сигнал в функцию температуры привода.В частности, поскольку тепловыепроцессы в обмотке 5 дросселя подобны во времени тепловым процессамв приводе, сигнал с терморезистора ббудет пропорционален температуре двигателя. Изменение сопротивления терморезистора преобразуется измерительной схемой, состоящей изисточника 9 и переменных резисторов 7 и 40 8, в,сигнал напряжения, пропорционального температуре, Подача этогосигнала через диод эквивалентна включению регулируемой в функции температуры сигнала отсечки по току. Ре зистор 8 служит для подстраховки сигнала по амплитуде. Резистор 7 служитдля регулировки в некоторых пределахпереходной характеристики по температуре, а также для регулированиястепени линейности статической температурной характеристики блока теплового токоограничения.Включение источника напряжения,изменяющегося в функции температуры,эквивалентного по своему действиюстабилитрону с изменяемым в функции,температуры порогом срабатывания.Повышение точности моделированиядостигается за счет того, что в качестве терморезисторов б возможно 60 применение чувствительных датчиков,например типов КМТ, ММТ, с температурным коэффициентом сопротивленияот 2 до 5/град., тогда как у обмоточной модели этот коэффициент сос-, 65 тавляет лишь 0,004/град.1034118 ь й.Головченкоеце Корректор С.Шекма ПодписноСССР венного комитетаретений и открыти 35, Раушская наб ужгород, ул тная Унифицирование достигается тем,что. путем регулирования характеристикй термореэистора 7 и 8 сопротив."леййямк,одну иту же модель можноиспользовать как с измененным коэф,фициентом передачи, так и с измененньщ йорогом срабатывания. Таким образОм, йовцшается универсальностьмоделй, один тип.которой можно ис-.польэовать в различных электроприво. Дам для различных времен срабатываИЙ е,Йрнменение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность СоставителРедактор С.Юско Техред О.НеюеаВЙЕВВМВэйве,Заказ.5638/5 б Тираж 617ВНИИПИ Государстпо делам иэоб113035, Москва, ЖаЭ 4 ВФилиал ППП фПатент."обратной связи по току а следова;тельно, и точность системы в целом.Это становится Возможным благодаря температурной компенсации сигнала токоограничения как. в статике, так и в динамике. Также это приведет к полному использованию двигателей по нагреву, т.е. к повышению эффек- тивности работы механизма. В то же время ток двигателя не может пре выснть допускаемых пределов. Этоповышает срок службы изоляции, а следовательно,и самого электродвигателя,а также тиристоров преобразователя,