Способ тепловой защиты электродвигателя следящей системы

. 09) (И) 4 Н 02 Н 5/04, 7/О ВСЕСОЖ13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент Франции В 2162500, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.Авторское свидетельство СССР 11 790064, кл. Н 02 Н 7/08, 1978, (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ЗА 11 ЯТ 11 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМБ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, в частности, для защиты электродвигателей постоянного тока следящих систем. Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения непрерывного контроля теплового состояния двигателя и повышениеточности. Результат апериодическогоусреднения квадрата тока, отражающий тепловое состояние двигателя,сравнивается с верхним уровнем уставки и формируется сигнал на отключение сигнала управления защищаемогодвигателя. При последующем снижениитемпературы двигателя до уровня нижней уставки производится повторноеавтоматическое включение сигнала управления. При необходимости сохранения управления двигателем в режимах перегрузки возможен вибрационный режим. 3 ил..(1- - , - )г 50 55 Изобретение относится к области электротехники и может быть применено, в частности, для защиты электродвигателей постоянного тока следящих систем.Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения непрерывности контроля теплового состояния двигателя и повышение точности.На фиг.1 представлен график получения последовательности импульсов, которую используют в качестве сигнала, пропорционального квадрату тока; на фиг.2 - процессы изменения температуры перегрева(1) (пропорциональной результату фильтрации) при нагружении двигателя номинальным током , и током= 1,5 на фиг.З - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Предлагаемый способ заключается в том, что непрерывно измеряют ток защищаемого двигателя, формируют сигнал, пропорциональный абсолютной величине тока, сравнивают его с однополярным, периодически обращающимся в нуль опорным сигналом треугольной формы, прерывают его на те промежутки времени, когда опорный сигнал больше, чем измеряемый ток. Текущий результат усреденения полученной последовательности импульса сравнивают с уставкой и формируют сигнал прерывания,в случае превышения над верхним уровнем уставки или последующего.включения сигнала управления защищаемого двигателя в случае снижения результата усреднения ниже уровня уставки, при этом верхний уровень уставки определяют по установившемуся значению результата усреднения при номинальном токе двигателя, а постоянную времени усреднения, осуществляемого путем апериодической фильтрации, определяют по формуле где 1 - максимально допустимый интервал длительности работы при токе к 1 НКак видно из фиг.2, сигнал, пропорциональный абсолютной величине, т.е. модулю тока защищаемого двигателя, сравнивают с периодическим обращающимся в нуль однополярным опорным сигналом П, треугольной формы и 10 15 20 25 30 35 45 прерывают на те промежутки времени,когда опорный сигнал больше, получаемые таким образом импульсы (нафиг.2 заштрихованы) образуют последовательность, которую и используютв качестве сигнала, пропорционального квадрату тока. Очевидно, что длительность импульсов образованной последовательности при постоянном вовремени модуле тока строго пропорциональна их амплитуде, а значит площадь, импульсов строго пропорциональна квадрату тока. Если ток и его модуль изменяются во времени, то этастрогость нарушается, однако возникающей ошибкой можно пренебречь,имея в виду, что период опорного сигнала легко сделать на один - три по"рядка меньше минимального времени интервала (например 3-10 с), эа который считают необходимым измерятьтепловое воздействие тока,1Так как интеграл во времени от2сигнала К,, пропорциональный квадрату тока, соответствует только количеству тепла Яц, нагревающего двигатель, а количество тепла Я, рассеивающегося и отводимого, можноучесть по интегралу от сигнала К Г ,пропорционального температуре ь перегрева двигателя над окружающей средой, тогда сама температура Г - величина, пропорциональная разностизначит,как результат усредненйя последовательности импульсовможно найти путем апериодическойфильтрации(К,х - К о )6 С, (2)отак как преобразование (2) при К,=К 2 = -- соответствует дифференциальному уравнению апериодического фильтра.2К: ,+Т Если до начала процесса ь (0)=0(температура двигателя равна температуре окружающей среды), а затемдвигатель нагружают номинальным током , то процесс изменения о соответствует изображенной на фиг.2 кривой 1,Т = К (1- ) Установившееся максимальное значение с = К, принимают за величины верхнего уровня уставки 11 = К,3. При этом очевидно, что если рабочий ток хотя бы на 1% меньше номинального тока, то с (С) никогда не достиг 2нет уровня уставки К и срабатывания никогда не произойдет, что соответствует допустимости длительной работы двигателя при токе меньшем номинального. Если теперь, начиная от (0)=0, нагрузить двигатель током) , то процесс изменения Т пойдет, как указано на фиг,2, кривой 11(5)которая достигнет уровня уставки Б, в момент С, определяемый уравнением,к11 тКн =К.(1-е ). (6)Поэтому, если известно допустимоеработы двигателя с током, тоК ъ постоянную времени Т определяют из уравнения (6), т.е. по формуле (1),Таким образом, еслидостигнет верхнего уровня уставки (1 и двигатель отключится, что можно осуществить прерыванием сигнала управления, то начнется уменьшение ь по закону разряда апериодического фильтра (кривая 111 на фиг.2).с(С) = 11 е (7)что соответствует процессу остывания двигателя, По истечении промежутка времени, определяемого по формуле(достигнет нижнего уровня (1, и двигатель вновь включают замыканием цепи сигнала управления защищаемого двигателя, Если задано время Соткл пребывания двигателя в отключенном состоянии, то нижний уровень уставки определяют по формулеотллБ= И, - . еДалее процесс повторяется,В случае, когда необходимо продолжить управление двигателем в условиях перегрузки, но без превышениядопустимого перегреванижний уровень уставки Б выбйрают равным верхнему ( ,При этом после первого отключения на перегрузкевозникает вибрационный релком ограничения тока, причем средний квадратего не превысит номинального,Датчик 1 абсолютной величины тока двигателя через первый прерыватель 2 соединен с входом инвертирую щего интегратора 3, другой вход которого соединен с его выходом, Выход этого интегратора в свою очередьсоединен с входом первого компаратора 4, другой вход которого соединен 15 с источником постоянного напряженияц этого компарагорасоединен с сигнальным входомвторого прерывателя 5 , которыйвключен в цепь сигнала (1 Р управле ния защищаемого двигателя, Крометого, генератор 6 опорного сигналаи датчик 1 абсолютной величины токаподключены к входам второго компаратора 1, выход которого подключен к 25 управляющему входу первого прерывателя 2.Устройство работает следующим образом.Сигналс выхода датчикааб солютной величины тока и опорный сигнал Бс выхода генератора 6 сравнивается на компараторе 7, на выходекоторого образуется напряжение (1прямоугольной формы, постоянной амплитуды и переменной скважности, причем длительность импульсов, например, положительной полярности пропорциональна сигналу , Напряжение(1 поступает на управляющий вход 40 прерывателя 2 и импульсами (в данномслучае) отрицательной полярностипрерывает сигнал , который проходит через прерыватель только приположительной полярности напряже ния Б. Таким образом, на выходе прерывателя 2 получам последователь 2ность импульсов, амплитуда и длительность которых практически пропорциональна . Этот процесс описан играфически представлен на фиг.2. Последовательность импульсов поступает на вход инвертирующего интегратора 3, который, будучи охвачен резисторной обратной связью через входной резистор второго входа, представляет собой апериодический фильтр, усредняющий последова- тельностьРезультат усреднения ь , получающийся на выходе интегратора 3, сравнивается на компараторе 4 с постоянным напряжением, равным верхнемууровню уставки Б , До тех пор, пока сигнал с с 11, сигнал Ы с выходакомпаратора 4 не оказывает воздействия на прерыватель 5, через которыйпроходит сигнал управления 11 защищаемого двигателя, и следящаясистема работает в нормальном режиме, Как только сигнал С превышаетверхний уровень уставки Б сигнал1 с выхода компаратора 4 йзменяетполярность и воздействием на управляющий вход прерывателя 5 прерывает цепь сигнала управления защищаемого двигателя, Ток через двигательпрекращается, Сигналы (х) иобращаются в нуль, а сигнал начинаетуменьшаться за счет действия обратной связи интегратора ,3.После снижения сигналадо нижнего уровня уставки, величина которой может быть задана коэффициентомположительной обратной связи компаратора 4, напряжение на его выходевозвращается к исходной полярности,и прерыватель 5 вновьзамыкает цепьсигнала управления Б . Следящаясистема продолжает работу.Если коэффициент положительнойобратной связи компаратора 4 выбирают равным нулю, то нижний уровень уставки совпадает с верхним и вместоповторяющихся при нагрузке циклов"включено-выключено" возникает вибрационный режим ограничения тока,при котором средний квадрат тока непревышает номинальный, что при бесконтактном способе коммутации и полупроводниковых усилителях мощности(УМ) вполне допустимо,Предлагаемое устройство защитыприменяется как для защиты двигателей следящих систем, работающих внепрерывном режиме отработки задающих воздействий, так и для двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме. В последнем случаенеобходимо не отключать устройствона время пауз для контроля теплового состояния за время всего цикла.Изобретение было использовано приразработке тепловой защиты малоинерционного электродвигателя ЗД,причем верхний и нижний уровни уставки были взяты равными, а постоянная времени устройства тепловой защитыбыла определена по требованиям технических условий при токах, в 1,5и 3 раза превышающих номинальный,длительность работы двигателя недолжна превышать 60 и 1 2 с соответственно,Постоянная времени для этого уст 10 ройства тепловой защиты взята равной 100 с.Предлагаемый способ позволяетзначительно. упростить процедуруконтроля теплового состояния элект 15 родвигателя.Повышение точности контроля теплового состояния двигателя повышаетэксплуатационную надежность следящей, системы и достигается выбором вели 20 чины Р входного резистора.формула изобретенияСпособ тепловой защиты электро двигателя следящей системы, при котором непрерывно измеряют ток защищаемого двигателя, формируют сигнал,пропорциональный квадрату тока двигателя, .усредняют указанный сигнал во 30 времени, сравнивают результат усреднения с заданной уставкой, и в случае превышения его над заданной уставкой, формируют сигнал на отключе-ние двигателя, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения непрерывности контроля теплового состояниядвигателя и повышения точности, формируют сигнал, пропорциональный абдо солютной величине тока, сравниваютего с однополярным, периодически обращающимся в нуль опорным сигналомтреугольной формы, прерывают его нате промежутки времени, когда опорный 4 сигнал больше, чем измеряемый ток,текущий результат усреднения полученной последовательности импульсовсравнивают с уставкой и формируютсигнал прерывания в случае превышебо ния над верхним уровнем уставки илипоследующего включения сигнала управления защищаемого двигателя в случаеснижения результата усреднения ниженижнего уровня уставки, при этом бб верхний уровень уставки определяютпо установившемуся значению результата усреднения при номинальном токе двигателя, а постоянную времениусреднения определяют по формуле1365226 где С - максимально допустимый интервал длительности работы двигателя при токе- номинальный ток двигателя.й1365226 Составитель К.ШиланТехред М,Дидык Корректор А,Ильин ктор Л.Зайце Заказ 6648 4 н е 4/ Произв нно-полиграйиче Тираж 6 ВНИИПИ Государст по делам изо 113035, Москва, Подписно го комитета СССР ний и открытий Раушская наб