Устройство теплового токоограничения электродвигателя

(51)5 Н 02 Н 7/085 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М 2щих 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 теплоиэолированный 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 выход равле с выходом промежуточного усилителя 4,Вход которого сВязан с блОкОм полного задающего напряжения 5. На выходе промежуточного усилителя 4 вклю-,чен диод 6, на стороне переменноготока электродвигателя 1 включен (фтрансформатор 7 тока. Выход трансформатора 7 соединен с дросселем 8, фьюявляющимся тепловым аналогом якоряэлектродвигателя 2. Дроссель 8 ндиод. 6 находятся в тепловом контактеи помещены в теплоизолированный объ-.ем 9, при этом диод. 6 помещен между Фффобмоткой и сердечником дросселя,т.е. связан с ними в тепловом отноо с диодом 6со стабилизиро иристороединенвход тирисоединен шении. Последователвключен усилительванным смещением. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Воронежский политехнический институт(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 исчользоваио в системах электропривода, используюИзобретение относится к электро технике и может быть использовано в системах электропривода, использ ющих тепловое токоограничение, К т ким приводам относятся электромеха нические системы промышленных робо тов-манипуляторов, экструзионных м шин, экскаваторов, электротрансмис сии подвижных объектов, кузнечнопрессовых машин.Цель изобретения - увеличение т .ности и повышение надежности путем Обеспечения варьируемого уровня то коограничения.На чертеже представлено устройст во теплового токоограничения эле" ктродвигателя.Устройство включает тный преобразователь 1, с ный с электродвигателем 2,сторяого преобразователя 1 блока импульсно-фазового я 3, вход которого соедине1508914 н 1 к 11 ф Работа устройства основана напринципе теплового токоограничения,который состоит в том, что уровеньограничения токоограничнвающего эле 5мента выбирается не постоянным, аизменяемым, варьируемым в зависимости от теплового состояния электродвигателя. Так, при холодном двигателе и соответственно якоре по сравнению с прогретой машиной электромеханическая постоянная ыеличинавремени уменьшена. Таким образом,уровень токоограничения может бытьдля холодного двигателя снижен. Дляпрогретого двигателя, наоборот,уровень токоограничения может бытьувеличен. Таким образом, в предлагаемом устройстве уровень токоограничения варьируется в зависимости от 20температуры двигателя.Информация о тепловом состоянйидвигателя достигается путем использования дроссельной тепловой моделидвигателя, В частности, конкретным 25примером возможной реализации предлагаемого устройства является подключение к трансформатору 7 токадроселя 8, имекщего те же постоянныевремени нагрева стали и меди, что 30и электродвигатель 2. Практическиэто достигается введением теплоиэолированного объема 9, увеличивающего теплоемкость и уменьшающеготеплоотдачу. 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, напри"мер, в режиме повторно"кратковреь 1 енного включения, сопровождающемсячастыми пусками и торможениями. Именно в этом режиме к машине может бытьприложено повышенное напряжение,которое выводит машину из строя.,Элементы математического обосно"вания физики происходящих процессовзаключаются в следующем.50Номинальные потери в меди машиныРи определим как Ь Р 1 н (1 а) В, (1 Ь 1) ( 1.+еСй)ф 1 нНф1где 1- номинальный ток (при прогре-Фом двигателе); 1 - ток холодного двигателя прнх10 С;61 - приращение тока, характеризующее компенсацию температурного изменения сопротивления;Ы - температурный коэффициент;,К - сопротивления якоря при 20 С;й - температура.Для холодного двигателя можно достигнуть, что ЬР 12 йН,без всякого ущерба производительности, поскольку уменьшение К можно скомпенсировать уменьшением тока, Но для этого нужно, чтобы токоогра" ннчивающий элемент имел не постоянную уставку, кратную а переменную, обеспечивающую дляхолодного двигателя уставку,кратную Это и осуществляется тепловой моделью. Величина этой переменной устав-ки определяется формулой(5 - температурный коэффициентдиода 6.Расч 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 близ" ки, т.е, вид кривой нагрева оригинала и модели аналогичен.Устройсгво теплового токоограничения работает следующим образом.В первые минуты работы привода,. когда двигатель не прогрет и собственнйй перегрев теплового аналога- дросселя 8 также незначителен, работ блока токоограничения не отлича-. ется, существенно от известных схем. Однако по мере нагрева двигателя температура обмотки и сердечникадросселя-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 5 В - отрицательный ТКН. Изменение напряжения примерно равны 0,5- 1 . на 10 С. Нагрев двигателя приводит к увеличению сопротивления якоря, что изменяет момент, развиваемый двигателем при той же частоте вра" щения (переход на другую характерис" тику). 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 токо- ограничения 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 ха" рактеристики ограничения определяется напряжением стабилизации, найден" ном по справочным данным для данного диода, знак ТКН определяется типом диода. В случае необходимости получения отрицательного ТКН на напряжение, большее 6 В, допустимо после" довательное 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 этомслучае нагрев дросселя также незна.чителен, температурный коэффициентдиода мал, происходит работа устройства токоограничения с относительнонебольшим уровнем отсечки, достаточным однако для нормальной работы.механизма, С течением времени двигатель 10 нагревается. Нагревается также йдроссель. Нагрев обмотки возбужденияуменьшает поток и момент на валу изза увеличения сопротивления обмотки.Однако изменение ТКН диода, имеющего 15 тепловой контакт с дросселем, увелй-чивает уставку токоограничения, чтоувеличивает момент, обеспечиваетнормальную работу механизма.Применение изобретения позволяетповысить эффективность привода эасчет увеличения уставки токоограничения для холодного двигателя и снизить затраты электроэнергии за счетснижения установки токоограничениядля нагретого двигателя. Благодаряэтому повышается точность уставки,оптимально соответствующей каждомутепловому состоянию двигателяПосравнению с известными устройствами 30 объединение в диоде и пороговогоэлемента идатчика температуры повышает надежность цепи токоограничения.Кроме того, повышается чувствительность устройства, так как ТКН неко торых полупроводниковых диодов доходит до 10-1007. и более на 1 О С,Устройство может быть примененок любому типу электрической машиныпоскольку величина приложенного к 40 ней повьппенного напряжения определяется не самой машиной, а системойэлектропривода, в частности статизмом, рассогласованием, уровнем напряжения задания и коэффициентом 45 усиления предварительного усилителяи преобразователя. Эти величины являются параметрами системы электропривода, а не машины.К числу механизмов, которые ра О .ботают в данном режиме и которые,следовательно, нуждаются в установке предлагаемого устройства, относятся роботы и манипуляторы, работаприводов которых связана не толькос пуском и остановом, и но и с реверсом, а также все механизмы сэкскаваторным типом механической характеристики - экструдеры, электротрансмиссии подвижных объектов, горедакто ельдм ректор Н.Корол аказ 1318 Тираж, Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Гагарина, 101 Проиэвоцственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро ные машины, экскаваторы. Установкаустройства на приводах экскаваторовоправдана и тем, что они обычно нуждаются и в сезонном токоограничении.Аналогичные условия возникают и врегулируемом электроприводе подъемно-транспортных машин и в самом распространенном станочном прнводе -,приводе подач. Действительно всеприводы таких типов, как МПУ, ЭТО,ЭТОШ, ПТЗР, ПТР,4 М, ЭТТЕ, ЭТЗР,ЭТШР, ЭТЗИ, ЭТ 6, БУ 3609, ЭТУ 3601,ЭШИР, ПМС, ПТЧКШ, ЭКТ, 2 М-2,имеют блоки токоограничения, В слу"чае установки их на вышеуказанныемеханизмы, будет повышена производительность за счет. ввода переменного уровня токоограничения. тформула изобретения Устройство теплового токоограничения электродвигателя, содержащее блок задания полного напряжения, выход которого соединен со входом промежуточного усилителя, выходы промежуточного усилителя соединены ссоответствукнцими входами блока импульсно-фазового напряжения управления, выход которого соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя, электродвигателя, трансформатор тока, первичная обмотка ко"торого имеет клеммы для включения 10 в фазу питающей сети, вторичная обмотка его соединена с тепловым аналогом электродвигателя, выполненнькна дросселе, обмотка и сердечниккоторого помещены в теплоизолированный объем, токоограничивающийэлемент, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения точности и повышения надежности путемобеспечения варьируемого уровня токоограничения, токоограничивающийэлемент выполнен в виде диода, помещенного в теплоизолированный объем, последовательно с дно)(ом включенусилитель со стабилизированным сме щейием, свободный вывод которого исвободный вывод диода подключены квыходам промежуточного усилителя.