Тепловая модель электродвигателя

71279 4 0 15 20 25 вень токоограничения изменяется незначительно. Между тем, из-за потерь в стали температура обмотки ротора и ее оопрэтивление изменяются в небольших до 57) пределах, При увеличении нагрузки сигнал с датчика тока увеличивается, потери в меди дросселя растут пропорционально потерям в меди якоря, В соответствии с этим меняется и уровень токоограничения, Однако, З 5 если в двигателе потери в сталиуменьшаются с увеличением нагрузки и уменьшением частоты вращения, в дроссельной тепловой модели потери в стали, обусловленные намагничивающей си лой обмотки, также возрастают, чтоприводит к нагреву сердечника и дополнительному перегреву обмотки. Таким образом, при малых нагрузках наблю 45 50 3 8спечатным якорем. Это не позволяетиспользовать модель с обычными электродвигателями, у которых потери встали достигают примерно .15-20 Х отвсех потерь;невысокая степень универсальности, вызванная специфическим назначением модели,Наиболее близким решением к изобретению является тепловая модельэлектродвигателя 3. Известная модель представляет собой обмотку .изпровода с тем же температурным коэффициентом сопротивления, как и обмотка якоря, снаружи обмотка покрытатеплоизоляцией, а внутри нее располоржен нагреватель. Модель снабжена уп-равляемым источником переменного токаи демодулятором, вход которого вместес обмоткой присоединен к выходу управляемого источника, Термочувствительныйэлемент-сердечник выполнен из материала, одинакового с материалом магнитной цепи якоря двигателя. В случаевыполнения цепи токстограничения двигателей постоянного тока на стороне переменного напряжения необходимостьв управляемом модуляторе отпадает,функции демодулятора выполняет выпрямитель, включенный через стабилитронна вход блока управления вентилямипреобразователя.Недостатком данного устройства является неполная адекватность процессов, протекающих в модели и в оригинале, вызванная этим низкая точность моделирования.На холостом ходу потери в меди ротора двигателя постоянного тока минимальны вследствие небольшого значениятока холостого хода относительно номинального, а потери в стали наоборот максимальны, так как они пропорциональны частоте циклического перемагничивания (частоте вращения, котораямаксимальна на холостом ходу) . При набросе нагрузки до номинальной, а также вплоть до полного останова происходит резкое увеличение потерь в меди, а доля потерь в стали уменьшаетсяс уменьшением частоты вращения. Наинтегральную температуру обмотки изменение ее сопротивления и температур"ное изменение тока двигателя, такимобразом, оказывают влияние оба видапотерь, причем при минимальной нагруз"ке основная доля приходится на потери в меди, при увеличении нагрузки,их доля уменьшается, а потери в меди резко возрастают, При номинальнойнаг рузке для машин общепромышленных серий при частотах вращения 5003000 об/мин доля потерь в стали относительно всех потерь составляет примерно 15-203. При этом для высокооборотных машин этот процент гораздовьппе. Доля потерь в стали в общембалансе потерь увеличивается такжепри. увеличениц частоты вращения вышеноминальной при двухзонном регулировании скорости (ослаблением потока) или при повышении частоты вращенияиз-за технологических причин (сброснагрузки, действие активных моментов и т,п.) . Неучет этого обстоятельствапри применении вышеуказанной моделив качестве элемента токоограниченияприводит к определенным ошибкам в задании уровня токоограничения. В частности, при минимальной нагрузке, сиг-нал с датчика тока также невелик. Тебловые нагрузки в дросселе . включен/ном на выход трансформатора тока, также невелики, и, следовательно, уродается увеличение уровня токоограничения из-за дополнительного увеличения температуры модели, что приводит к недоиспользованию машины, Это недоиспользование достигает 20% относительно уровня основной уставки, рассчитанной по потерям в меди.:Целью изобретения являются .увеличение точности моделирования путем учета потерь в стали, повьппение степени адекватности модели при перегреве электродвигателя.Указанная цель достигается тем,что в модель введены второй сердечникс двумя обмотками и дополнительнав об871279 6 максимален, а сигнал на обмотках 9 мотка на первом сердечнике, причем одна пара обмоток сердечников включенасогласно и подсоединена к датчикутока, а другая пара включена встречнои присоединена к датчику частоты вращения,На чертеже изображена тепловая модель.Тепловая модель электродвигателявходит в состав узла токоограничения 1 Озамкнутой системы электропривода ТП-Д.Система имеет двигатель 1, питающийся от тиристорного преобразователя 2.На стороне переменного напряжениявключен трансформатор 3 тока, параллельно вторичной обмотке котороговключена тепловая модель 4, представляющая собой обмотки 5 и 6, включенные согласно и намотанные на сердечнике 7 и 8, на которые также намота 20ны обмотки 9 и 10, включенные встречно. Далее модель соединена, как обычно, с выпрямителем, стабилитроном, нагрузочными резисторами, посредством.которых сигнал подается на промежуточ 25ный усилитель 1. Далее сигнал токоограничения суммируется с управляющимсигналом от блока 12 управления и подается на цепи системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 13. С двига 30телем на одномвалу сидит тахогенератор 4 .постоянного тока, который черезмодулятор 5 подключен к обмоткам 9и 10 тепловой модели. В случае применения тахогенератора переменного токаустановка модулятора не требуется.Кроме тогов случае достаточногоуровня оборотных, полюсных или зубцовых пульсаций тахогенератора, возможно питание обмоток 9 и 10 непосредственно от выходных зажимов тахогенера-тора через соответственно подобранныйразделительный конденсатор.Работа системы с тепловой модельюпроисходит следующим образом.Двигатель 1 отрабатывает заданныйрежим работы при гомощи преобразовате.ля 2, усилителя 11, блока 12 и модулятора 15. В начальный период времениили при работе на небольшие нагрузкидвигатель имеет температуру, близкую 50к температуре окружающей среды. Коэффициент обратной связи по току имеетопределенное, постоянное значение,определяемое конструктивными параметрами машины и параметрами трансформатора тока и обмоток 5, 6, 9, 10. Придальнейшей работе системы в каждом изее элементов происходит преобразование энергии из электрической в тепловую,При этом элементы и система в целоммогут пропустить энергетический потоквыше определенной интенсивности. Мгновенные значения температуры якоряограничены различными физическими явлениями, связанными с фазовыми переходами в проводниках, изоляции, магнитных материалах и приводящими якорьк выходу из строя. При нагреве происходит изменение сопротивления якоря,что приводит к изменению коэффициента передачи цепи токоограничения.Изменение температуры якоря происходит вследствие разного рода потерь,Одни из них пропорциональны току на-грузки и моменту (потерь в меди), другие - пропорциональны частоте вращения потери в стали, механические,вентиляционные) . Тепловая компенсирующая модель 4 представляет собой устройство для алгебраического суммирования сигналов, пропорциональных этимпотерям, и ввода соответствующей поправки. Сигнал, пропорциональный току, подается на обмотки 5, 6 и моделирует потери в меди. Сигнал, пропорциональный частоте вращения, подаетсяна обмотки 9 и 1 О и моделирует потерив стали, Элементом суммирования служат сердечники 7 и 8, которые одновременно являются дополнительными нагревателями и служат в качестве теплоаккумуляторов для моделирования постоянных времени нагрева двигателя, Дляцелей теплоаккумулирования служит иизоляция между сердечником и обмотками, Разделение сердечников произведено в целях выделения потерь на вихревые токи, пропорциональные частотевращения.Рассмотрим работу привода с максимальной скоростью,,При этом сигнал на обмотках 5 и 6относительно невелик, уровень перегрева этих обмоток и изменение их сопротивлений также малы. Однако сигнал на обмотках 9 и 1 О максимален.Вследствие этого уровень перегрева сердечников 7 и 8 и, по прошествии времени разогрева, и перегрев обмоток 5 и 6, будет определяться сигналом с модулятора 15, т.е. потерямив стали ротора, максимальными прибольших частотах вращения. Рассмотримтеперь работу привода с минимальнойскоростью и максимальнои нагрузкой.Тогда сигнал на обмотках 5 и 6 будет871279 формула изобретения 7и 10 незначителен. Уровень перегреваобмоток 5 и 6, и, следовательно,подстройка токоограничения будет определяться потерями в меди самих обмотоки потерями на вихревые токи в сердечниках 7 и 8, действующими на перегревобмоток с постоянной времени тепловойсвязи сердечник"обмотка, Таким образом, уровень компенсации определяетсятолько потерями в меди, Во всех дру/гих промежуточных случаях будет наблюдаться определенный сигнал и на, обмотках 5 и 6, и на обмотках 9, 10,а уровень интегрального перегрева,и, следовательно, уровень компенсациибудет пропорционален суммарным потерям,Применение изобретения позволяет повысить точность обратной связи по току, а следовательно и точность системы в целом. Это становится возможным благодаря температурной компенсации сигнала обратной связи по току, приведет к полному использованию двигателя по нагреву, т,е. ловышению эффективности работы механизма. В то же время ток двигателя не может превысить допустимых пределов, Это повьппает срок службы изоляции, а следовательно, и самого электродвигателя.Тепловая модель электродвигателя,содержащая датчик тока, ферромагнитный сердечник с обмоткой и модулятор, 5 о т л и ч.а ю щ а я с я тем, что,с целью повьпиения степени адекватности и увеличения точности моделирования путем учета потерь в стали приперегреве электродвигателя, в нее 1 О введены второй сердечник с двумя обмотками и дополнительная обмотка напервом сердечнике, причем одна параобмоток сердечников включена согласнои подсоединена к датчику тока, а дру 1 з гая пара включена встречно и присоединена к датчику частоты вращения, выполненному в виде тахогенератора постоянного тока.2. Модель по п. 1, о т л и ч, а ю -щ а я с я тем, что в качестве датчика частоты вращения использован тахогенератор переменного тока.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Каган В.Г, Электроприводы с предельным быстродействием для системвоспроизведения движений. - М., Энергия, 1975, с. 222-224.2. Авторское свидетельство СССРВ 512531, кл. Н 02 К 1100, 1973,3. Авторское свидетельство СССРВ 748641, кл. Н 02 Н 7/08, 1978,С, Курбангалвка Составитель а Техред Ае С Тираж. 733 Государственног елам изобретени Москва 3-35 Ре актор Г, ПетроБЕЕ ВЕЕ.ЕВВЕ. Е.аказ 8452/27ВНИИПИ комитета ССн открытийушская наб. по 333035