HU186524B

HU186524B - Method for simulation protection of electric motors

Info

Publication number: HU186524B
Application number: HU184882A
Authority: HU
Inventors: Laszlo Imre; Andras Bitai; Gyoergy Lipovszky; Imre Haas; Peter Simandi
Original assignee: Ganz Kapcsolok Es Keszuelekek; Budapesti Mueszaki Egyetem
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1985-08-28
Also published as: DD210144A5

Abstract

Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass der zu schuetzende Motor bezueglich seines thermischen Verhaltens durch sein Waermestrom-Netzmodell ersetzt wird, dass die Waermekapazitaeten und die Waermeuebertragungswiderstandswerte des Waermestrom-Netzmodells aufgrund der bekannten Daten des Motors fuer zumindest zwei diskrete Teile des Motors bestimmt werden, und dass die Waermequellen des Waermestrom-Netzmodells bestimmt werden, indem die Stromaufnahme des Motors kontinuierlich oder schrittweise abgetastet wird, wobei aus dem Messwert der Verlust-Waermestromwert in bekannter Weise ermittelt und mit den Waermestromquellen identifiziert wird. Ferner wird die Umgebungstemperatur kontinuierlich oder schrittweise gemessen, wobei durch Ausnutzung saemtlicher Messdaten und der bekannten Anfangsbedingungen das Gleichungssystem des Waermestrom-Netzmodells geloest wird und dadurch die momentanen Werte der Knotenpunkt-Temperaturen bestimmt werden, wonach diese mit den zulaessigen Temperaturwerten verglichen werden. Bei einem Erreichen oder Ueberschreiten der zulaessigen Werte wird z.B. ein Alarmsignal ausgeloest oder der Motor abgeschaltet.The essence of the invention is that the engine to be protected is replaced with respect to its thermal behavior by its heat flow network model, that the heat capacities and the heat transfer resistance values of the heat flow network model are determined based on the known data of the engine for at least two discrete parts of the engine, and that the heat sources of the heat network model are determined by the current consumption of the motor is scanned continuously or stepwise, wherein the measured value of the loss heat flow value is determined in a known manner and identified with the heat source. Furthermore, the ambient temperature is measured continuously or stepwise, wherein by exploiting all measurement data and the known initial conditions, the equation system of the heat network model is solved and thereby the current values of the node temperatures are determined, after which they are compared with the permissible temperature values. When the permissible values are reached or exceeded, e.g. an alarm signal is triggered or the engine is switched off.

Description

A találmány tárgya eljárás villamos motorok szimulációs hővédelmére, aholis a védendő motort termikus viselkedését tekintve hóáram hálózatos modelljével helyettesítjük.The present invention relates to a method for simulating thermal protection of electric motors by replacing the motor to be protected with a network model of snowflow.

Villamos motorok tönkremenetelének leggyakoribb oka, hogy a szigetelés túlmelegedés miatt károsodik. A túlmelegedés megakadályozására különböző elven működő hővédelmi berendezések ismeretesek.The most common cause of failure of electric motors is that the insulation is damaged by overheating. Different types of thermal protection devices are known to prevent overheating.

A túlmelegedés megakadályozására a leggyakrabban alkalmazott eljárás a bimetallos hővédelem, amely lényegileg áramvédelmet valósít meg. Ezen eljárás alkalmazásakor a motor áramával arányos fűtöáram hatására egy bimetail érzékelő felmelegszik, deformálódik és a hitelesítés során beállított mértékű deformáció elérésekor mechanikus kikapcsoló szerkezetet hoz működésbe, amely a motort a hálózatról leválasztja. A bimetallos hővédelem előnye, hogy olcsó és felépítése egyszerű. Hátránya, hogy termikus karakterisztikája a motorénál lényegesen meredekebb, aminek következtében általában korai kikapcsolás következik be. Ez a tulajdonsága főleg a változó terhelésű üzemben dolgozó motorok esetén hátrányos. A motor ugyanis rövid idejű túlterhelés alatt esetleg nem éri el a veszélyes hőmérsékletet és így a technológia szerinti terheléskombinációt károsodás nélkül el tudná viselni, azonban a bimetallos motorvédö ezt nem teszi lehetővé, mert meredek karakterisztikája miatt túl korán kikapcsolja a motort.The most common method used to prevent overheating is bimetallic thermal protection, which essentially provides current protection. In this method, a heating current proportional to the motor current causes the bimetal sensor to heat up, deform and, upon reaching the set deformation level during calibration, actuate a mechanical shut-off device that disconnects the motor from the mains. The advantage of bimetallic thermal protection is that it is cheap and simple to construct. The disadvantage is that its thermal characteristics are significantly steeper than those of the motor, which usually results in an early shutdown. This feature is particularly disadvantageous for motors in variable load operation. The engine may not reach the dangerous temperature during a brief overload and thus could withstand the technology's load combination without damage, but the bimetallic motor protector does not allow it because it stops the engine too early due to its steep characteristics.

A korai kikapcsolás miatt szükség van a túlméretezett motorok alkalmazására, a túlméretezett motor azonban drágább és teljesítménye nem használható ki kellő mértékben, alkalmazása gazdaságtalan.Early shutdowns require the use of oversized motors, but the oversized motor is more expensive and its performance is not fully exploited and uneconomical.

A bimetallos motorvédők e hátrányos tulajdonságait küszöbölik ki a beépített hőérzékélővel ellátott védelmi megoldások. A beépített hőérzékelő általában termisztor, ritkábban miniatűr bimetallos kapcsoló. Ezek a beépítés pontján fellépő hőmérséklet érzékelésére szolgálnak és a veszélyes hőmérséklet elérésekor - alkalmas eszközök útján, vagy közvetlenül utasítást adnak a motor kikapcsolására. Hátrányuk az, hogy az érzékelők beépítése gyártástechnológiai többletkövetelménnyel jár. Emellett a legmelegebb hely előzetesen teljes bizonyossággal nem állapítható meg a beépítési hely kiválasztásakor. A beépített hőérzékelő hőmérséklet-változási sebessége és az érzékelt hőmérséklet - a beépítés során kialakuló termikus csatolásoktól függően - a védendő pontétól nem ismert mértékben eltér. Hátrány végül, hogy az érzékelő hibája esetén a javítás a motor szétszerelését, esetleg újratekercselését követeli meg.These disadvantages of bimetallic motor protectors are eliminated by protective solutions with a built-in thermal sensor. The built-in thermal sensor is usually a thermistor, less often a miniature bimetallic switch. They are used to detect the temperature at the point of installation and, when reaching a hazardous temperature, either by appropriate means or directly command the engine to be switched off. Their disadvantage is that the incorporation of sensors entails additional manufacturing technology requirements. In addition, the hottest location cannot be determined with certainty in advance when choosing a mounting location. The temperature change rate of the integrated temperature sensor and the temperature sensed are not known to the point to be protected, depending on the thermal connections during installation. A disadvantage is that in the event of a sensor failure, the repair requires the disassembly or re-winding of the motor.

A fenti hátrányok elkerülésére alakultak ki az érzékelők beépítését nem igénylő, analóg vagy hibrid-analóg szimulációs motorvédők, amelyeknek elektronikus egysége a védendő motor jellemzői alapján úgy hangolható, hogy a védelmi karakterisztika a motor termikus karakterisztikáját kellő mértékben közelítse. A szimulációs moíorvédök egyik ismert változata a 168.490 lajstromszámú magyar szabadalommal védett megoldás, amelynek szimulátor egysége elektronikus elemekből megépített, hangolható négypólus, a védendő ino2 tor kéttárolós modelljének hibrid-analóg megfelelője, azaz a motorok termikus viselkedését vizsgálja analóg modell segítségével.In order to avoid the above disadvantages, analogue or hybrid-analog simulation motor protectors, which do not require the installation of sensors, have been developed, the electronic unit of which can be tuned according to the characteristics of the motor to be protected. A known version of the simulation protector is the patented Hungarian patent application No. 168,490, whose simulator unit is a tunable four-pole built from electronic elements, the hybrid analogue of the two-storage model of the protected ino2 tor, that is, examines the thermal behavior of the motors.

Hiányossága az ismert szimulációnak, hogy a hőmérséklet-változást nem alakította át megfelelően jó közelítésű analóg jellé.A drawback of the known simulation is that it did not convert the temperature change into a sufficiently well approximated analog signal.

A szimulációs motorvédők ez idő szerint a beépített érzékelő nélküli motorvédelem legkorszerűbb változatai. A motorvédő hangolható szimulátora a védendő motor termikusán kritikus részének a hőmérséklet-idő függvényét közelíti, miközben a motor áramfelvételével arányos bemeneti feszültség jelet képez. A hangolási értékek gyakorlati megvalósítását a passzív áramköri elemek diszkrét értékkészlete korlátozza, ami miatt kompromiszszumra van szükség. Minden szimulációs motorvédö egy motor védelmét tudja ellátni.Simulation motor protectors are now state-of-the-art motor protection without integrated sensor. The tunable simulator of the motor protector approximates the temperature-time function of the thermally critical part of the motor to be protected, while providing an input voltage signal proportional to the motor current draw. The practical implementation of tuning values is limited by the discrete set of passive circuit elements, which requires a trade-off. Each simulation motor protector can protect one motor.

A találmány célja a motor hőmérsékleti viszonyainak elvileg pontosabb közelítése, továbbá, hogy az eljárással megvalósított készülék több motor védelmére legyen alkalmazható és megakadályozzuk a túl korai lekapcsolást.The object of the present invention is, in principle, to provide a more accurate approximation of the temperature conditions of the motor and to enable the device implemented in the process to protect multiple motors and prevent premature shutdown.

A találmány tárgya eljárás villamos gépek digitális szimulációs hövédelmére, ahol a védendő motort termikus viselkedése szempontjából hőáram hálózatos modelljével helyettesítjük, a hőáram hálózatos modell hőkapacitását és hőátviteli ellenállásait a védendő motor adataiból, a motor diszkrét részekre osztása után, ismert módon számítjuk.The present invention relates to a method for digital simulation thermal protection of electrical machines by replacing the motor to be protected by a heat flow network model, calculating the heat capacity and heat transfer resistances of the network model of heat flow after discrete division of the motor.

A találmányt az jellemzi, hogy a hőáram hálózatos modell hőáramforrásait úgy határozzuk meg, hogy a motor áramfelvételét folyamatosan, vagy időközönként - például 10 s-onként - megmérjük, a mért értékekből a veszteség hőáramok értékét ismert módon számítjuk és a höáram forrásokkal azonosítjuk, a környezeti hőmérsékletet folyamatosan, vagy időközönként - például 10 s-onként megmérjük, majd a kapott valamennyi adat felhasználásával, továbbá az ismert kezdeti (illetőleg legutóbbi ellenőrzéskor kapott csomóponti) hőmérsékletek alapulvételével megoldjuk a höáram hálózatos modell leíró egyenletrendszerét és ennek eredményeként meghatározzuk a csomóponti hőmérsékletek pillanatnyi értékét, majd azokat (vagy célszerűen azok közül a legnagyobb értékűt) a megengedett hőmérséklet értékével összehasonlítjuk és amennyiben a megengedettel egyenlő vagy annál nagyobb értéket kapunk, figyelmeztető jelzést és/ vagy a motor hálózatáról való lekapcsolására utasítást adunk.The invention is characterized in that the heat sources of the network model of heat flow are determined by measuring the power consumption of the motor continuously or at intervals, for example, every 10 s, calculating the value of loss heat currents from the measured values and identifying them with heat sources. Temperature is measured continuously or at intervals - for example, every 10 s, and then, using all the data obtained and the known initial (or last node) temperatures, we solve the descriptive equation of the heat flux network model and, as a result, determine the instantaneous node temperatures, then comparing them (or preferably the highest one) with the allowable temperature and, if we get a value equal to or greater than the allowable, and / or command to disconnect the motor from the mains.

A találmány szerinti eljárás egyik foganatositási módja szerint a környezeti hőmérséklet helyett a motor tetszés szerinti külső felületi pontjának (például a pajzs, vagy az állórész ház egyik pontjának) felületi hőmérsékletét mérjük, amely esetben a hőáram hálózatos modell ennek megfelelő csomópontjára a számítás végzése során a mért értéket, mint elsőfajú határfeltételt érvényesítjük, míg a számítási eljárást egyéb tekintetben a leírt módon folytatjuk le.In one embodiment of the invention, instead of ambient temperature, the surface temperature of any external surface of the motor (e.g., a shield or stator housing) is measured, in which case the value as the first boundary condition, while the calculation procedure is otherwise performed as described.

Az eljárás megvalósítására és lefolytatásának vezérlésére célszerűen digitális számítógépet, előnyösen mikroprocesszort alkalmazunk. A mikroprocesszor a motorok hőáram hálózatos modelljét leíró egyenletrendszer megoldására és az eljárás ve-21A digital computer, preferably a microprocessor, is preferably used to carry out and control the process. The microprocessor for solving the system of equations describing the network model of heat flow of motors and the method ve-21

186 524 zérlésére programozva van olyan módon, hogy több motor egyidejű védelmét is képes ellátni, Ezt úgy valósítjuk meg, hogy a védendő motorok adatait a mikroprocesszor memóriájában ismert módon tároljuk és az ellenőrzési időközökben (például s-ként) az egyes motorok ellenőrzését a mikroprocesszorral úgy vezéreljük, hogy az eljárást rendre, motoronként ismételten lefolytatja és minden motorra a legutolsó ellenőrzéskor nyert eredményeket a következő ellenőrzésig tárolja, beleértve 1 az eredmények közé az egyes motorok áramfelvéte-.This is accomplished by storing the data of the motors to be protected in a known manner in the memory of the microprocessor and checking the individual motors with the microprocessor at control intervals (e.g., s). we control that the process is repeated sequentially for each motor and stores the results of the last check for each motor until the next check, including 1 between the results of each motor current.

mérési eredményét, illetőleg az abból ismert módon számított hőforrások értékeit, továbbá az egyes motorok környezeti hőmérsékletére és/vagy felületi hőmérsékletére az utolsó ellenőrzéskor mért 1 értékeket. Az eljárás utolsó mozzanataként a mikroprocesszor a kapott hőmérséklet(ek) és a megengedett hőmérséklet összehasonlítását végzi el és a megengedettnél nagyobb számított hőmérséklet esetén jelet ad a lekapcsolást vezérlő berendezés szá- 2 mára a motor kikapcsolására.and the values of the heat sources calculated from it in known manner, as well as the values of the ambient temperature and / or the surface temperature of each engine at the last check. As a last step of the process, the microprocessor compares the temperature (s) obtained with the allowable temperature and, at a calculated temperature exceeding the allowable temperature, provides a signal to the shutdown control unit to turn off the engine.

A találmány szerinti eljárás a szimulációs védelem előnyeivel rendelkezik. Ugyanakkor a hangolás megvalósításában előnyösebb, mert nem támaszt korlátokat. Emellett olcsóbb és gazdaságo- 2 sabb, mivel egyetlen berendezés több motor egyidejű védelmének ellátására alkalmas.The process according to the invention has the advantages of simulation protection. However, it is more advantageous to implement tuning because it does not set any constraints. In addition, it is cheaper and more economical because a single device can provide protection for multiple motors at the same time.

Claims

Patent claims

A method for simulating thermal protection of electrical machines, which is replaced by a heat flow network model for the thermal behavior of the motor to be protected, the heat capacities and heat transfer resistances of the heat flow network model based on known engine data for at least two discrete parts is determined in a known manner, characterized in that the heat sources of the heat flow network model are determined by measuring the power consumption of the motor continuously or at intervals of, for example, 10 s, and calculating the value of loss heat flows from the measured values. and identifying the sources of heat flow, ambient temperature ⁵ bet, either continuously or at intervals - for example, 10 s onkénl - is measured, and the data obtained using valamenynyi, and the known initial (or the node was last scan time) ther rsékletek basis of solving descriptor equation system of θ heat flow network model and determining a current value of the junction temperature as a result, and they (or, preferably, those of the maximum of the) value of the permissible temperature be if ⁵ is compared and if allowed by equal or greater value is obtained, a warning signaling and / or disconnecting the motor from the mains.

A method for carrying out the method according to claim 1, characterized in that, when approaching the allowable temperatures of the motor to be protected and / or at a predetermined degree of temperature variation, a warning and / or shutdown instruction is provided.

3. A method according to claim 1 or 2, wherein the method is implemented and controlled by a digital computer. preferably using a microprocessor and performing the protection process sequentially or simultaneously on one or more motors by storing the data of the motor to be protected and / or numerical values of the heat flow network model elements in the memory of the microcomputer, and repeating the process sequentially, while it is received and checks at temperatures in the interval by checking in the set limit values given temperatures (for example 15 ^c C to 85 ° C) until use.