RU2024147C1 - Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation - Google Patents
Method of current protection of motor with dependent characteristic of operationInfo
- Publication number
- RU2024147C1 RU2024147C1 SU5040119A RU2024147C1 RU 2024147 C1 RU2024147 C1 RU 2024147C1 SU 5040119 A SU5040119 A SU 5040119A RU 2024147 C1 RU2024147 C1 RU 2024147C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- winding
- current
- heating
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к способам защиты двигателей, при которых контролируют ток нагрузки защищаемого двигателя, моделируют процессы его нагрева и охлаждения и воздействуют на отключение с задержкой времени, зависящей от интенсивности этих процессов в случае, когда перегрев двигателя превышает допустимый. The invention relates to the electric power industry, in particular to methods of protecting engines, in which the load current of the protected motor is controlled, the processes of its heating and cooling are modeled, and the shutdown is acted upon with a time delay depending on the intensity of these processes in the event that the motor overheats exceed the permissible ones.
В релейной защите известны способы токовой защиты двигателей, основанные на моделировании процессов их нагрева. Известен способ, при котором измеряют ток статора, математически моделируют тепловое состояние двигателя, используя в качестве величины, отражающей количество выделенного тепла в единицу времени, кратность действующего значения тока по отношению к номинальному току статора во второй степени [1]. Охлаждение двигателя моделируют по экспоненциальному закону в функции превышения температуры двигателя. Процессы нагрева и охлаждения совмещают во времени, а постоянную времени охлаждения выбирают в зависимости от факта вращения ротора. Выходной сигнал формируют при достижении предельной температуры перегрева. In relay protection, methods of current protection of motors based on modeling of processes of their heating are known. There is a method in which the stator current is measured, the thermal state of the motor is mathematically modeled using, as a value reflecting the amount of heat generated per unit time, the multiplicity of the current value in relation to the rated stator current in the second degree [1]. Engine cooling is modeled exponentially as a function of the temperature rise of the engine. The heating and cooling processes are combined in time, and the cooling time constant is selected depending on the fact of rotation of the rotor. The output signal is formed when the temperature reaches the superheat.
Недостатком способа является то, что отсутствует контроль температуры охлаждающего воздуха, кроме того, двигатель рассматривается как однородное тело, что допустимо лишь при малых кратностях тока перегрузки. Указанные недостатки предопределяют низкий коэффициент чувствительности защиты при малых кратностях тока перегрузки и не позволяют использовать перегрузочные способности двигателя. The disadvantage of this method is that there is no control of the temperature of the cooling air, in addition, the engine is considered as a homogeneous body, which is permissible only at small multiples of the overload current. These shortcomings predetermine a low coefficient of sensitivity of protection at low multiples of the overload current and do not allow the use of overload capabilities of the motor.
Известен также способ защиты двигателей от перегрузок с непрерывным контролем теплового режима с учетом изменяющихся условий охлаждающей среды, при котором измеряют ток статора, измеряют или задают температуру охлаждающего воздуха, математически моделируют тепловое состояние двигателя, используя в качестве величины, отражающей количество выделенного тепла в единицу времени, кратность действующего значения тока по отношению к номинальному току статора во второй степени, охлаждение двигателя моделируют по экспоненциальному закону в функции превышения температуры двигателя, совмещают во времени процессы нагрева и охлаждения, суммируют величину превышения температуры двигателя с температурой охлаждающего воздуха, а выходной сигнал формируют при достижении суммой температур предельной величины Θмакс [2] . Способ [2] позволяет моделировать тепловой процесс в электродвигателе согласно выражению
θ = θ0+Δθдоп· 1 - e , (1) где Θ - температура двигателя;
ΔΘдоп - превышение температуры, соответствующее установившемуся тепловому режиму при кратности тока, равной 1;
I - ток статора;
Iдоп - длительно допустимый ток статора;
t - время;
Т - постоянная времени нагрева;
Θо - температура охлаждающего воздуха.There is also a known method of protecting engines from overloads with continuous monitoring of the thermal regime taking into account the changing conditions of the cooling medium, in which the stator current is measured, the temperature of the cooling air is measured or set, and the thermal state of the engine is mathematically modeled using, as a value, reflecting the amount of heat released per unit time , the multiplicity of the current value in relation to the rated current of the stator in the second degree, the cooling of the engine is modeled exponentially in the functions of exceeding the engine temperature combine the heating and cooling processes in time, summarize the excess of the engine temperature with the temperature of the cooling air, and the output signal is generated when the sum of the temperatures reaches the limit value Θ max [2]. The method [2] allows you to simulate the thermal process in an electric motor according to the expression
θ = θ 0 + Δθ add 1 - e , (1) where Θ is the engine temperature;
ΔΘ add - excess temperature corresponding to the steady-state thermal regime at a current multiplicity of 1;
I is the stator current;
I add - long-term permissible stator current;
t is the time;
T is the heating time constant;
Θ о - cooling air temperature.
Из выражения (1) очевидно, что различной величине тока соответствует определенная величина превышения температуры ΔΘдоп при установившемся тепловом режиме, которая описывается уравнением
Δθ∞= Δθдоп· = Δθ·K
Известно, что допустимое кратковременное превышение температуры по отношению к длительно допустимой принимается равной 1,3, а согласно ГОСТ 183-74
Θмакс = ΔΘдоп + Θо = ΔΘдоп + 40oС=
= 120оС . (3)
Отсюда очевидно, что, моделируя тепловой процесс согласно способу [1], в зоне кратностей тока от 1 до 1,14 Iдоп образуется зона нечувствительности, т. е. не обеспечивается защита двигателя при этих кратностях тока в то время, когда в качестве длительно допустимого рекомендуется принимать ток, равный 1,05 Iн.From the expression (1) it is obvious that a certain amount of excess of temperature corresponds to a different amount of current ΔΘ dop at a steady-state thermal regime, which is described by the equation
Δθ ∞ = Δθ add = ΔθK
It is known that the permissible short-term temperature rise in relation to the long-term permissible is assumed to be 1.3, and according to GOST 183-74
Θ max = ΔΘ add + Θ o = ΔΘ add + 40 o С =
= 120 about C. (3)
From this it is obvious that, simulating the thermal process according to the method [1], in the zone of current multiplicities from 1 to 1.14 I, a deadband is formed, that is, motor protection is not provided at these current multiplicities at a time when allowable, it is recommended to take a current equal to 1.05 I n .
Использование в выражении (1) в качестве слагаемого температуры охлаждающего воздуха позволяет корректировать параметры защиты как по температуре теплового баланса, так и по времени срабатывания. Если температура газообразной охлаждающей среды отлична от 40оС, предельно допустимые превышения температуры частей электрической машины пересчитывают, причем пересчет допустим только в пределах 30-60оС. Указанное требование не реализуют защиты, работающие согласно способу [2].Using in the expression (1) as the term the cooling air temperature allows you to adjust the protection parameters both in terms of the heat balance temperature and in response time. If the temperature of the gaseous cooling medium is different from 40 o C, the maximum allowable temperature is exceeded parts converted electric machine, wherein the recalculation is only valid within 30-60 C. This requirement not implement protection, operating according to the method [2].
Существенным недостатком способа [1] и [2] является то, что двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее обобщенную постоянную времени нагрева. При этом либо не обеспечивается защита при больших кратностях тока, либо недоиспользуется перегрузочная способность двигателя при малых кратностях тока перегрузки. Если постоянную времени выбрать для малых кратностей тока перегрузки, то при больших кратностях например при затянувшемся пуске или заклинивании ротора, перегрев обмотки превысит предельные величины. Если постоянную времени выбрать для больших токов, то при малых кратностях тока перегрузки защита будет ложно отключать двигатель. A significant disadvantage of the method [1] and [2] is that the engine is considered as a homogeneous body having a generalized heating time constant. In this case, either protection is not provided at large multiples of current, or the overload capacity of the motor at low multiples of the overload current is underutilized. If the time constant is chosen for small multiples of the overload current, then for large multiples, for example, with a prolonged start-up or jamming of the rotor, the overheating of the winding will exceed the limit values. If the time constant is chosen for high currents, then at low multiples of the overload current, the protection will falsely shut off the motor.
Кроме того, способы [1] и [2] не обеспечивают блокировку включения двигателя или его самозапуска при перегреве обмотки и не предусматривают от тока выдержки времени срабатывания при больших кратностях тока, что необходимо для двигателей с тяжелыми условиями пуска. In addition, the methods [1] and [2] do not provide a lock-up on the motor or its self-start when the winding overheats and do not provide a delay time from the current at high current multiplicities, which is necessary for motors with difficult starting conditions.
Цель изобретения - улучшение защитных характеристик устройств для осуществления предложенного способа. The purpose of the invention is to improve the protective characteristics of devices for implementing the proposed method.
Это достигается тем, что при способе токовой защиты двигателя с зависимой характеристикой срабатывания, при котором измеряют ток статора, измеряют или задают температуру окружающей среды, математически моделируют тепловое состояние двигателя, используя в качестве величины, отражающей количество выделенного тепла в единицу времени, кратность действующего значения тока статора по отношению к его номинальному значению во второй степени, формируют выходной сигнал при достижении предельной температуры, а охлаждение двигателя моделируют по экспоненциальному закону. Согласно изобретению постоянные времени нагрева и постоянные времени охлаждения задают раздельно как для обмотки статора, так и для магнитопровода, определяют с учетом температуры охлаждающего воздуха длительно допустимую кратность тока, для кратностей тока менее длительно допустимой определяют температуры теплового баланса обмотки, моделируют адиабатический характер процесса нагрева обмотки функции кратности тока статора во второй степени, ограничивая его температурой теплового баланса или предельной при кратности тока, превышающих длительно допустимую, процесс нагрева магнитопровода моделируют по экспоненциальному закону в функции разности температур обмотки и магнитопровода, процесс охлаждения обмотки моделируют по экспоненциальному закону в функции разности температуры обмотки и температуры теплового баланса либо температуры магнитопровода, если она превышает последнюю. Процесс охлаждения магнитопровода моделируют по экспоненциальному закону в функции разности температур магнитопровода и охлаждающего воздуха. Причем процесс нагрева или охлаждения обмотки совмещают во времени с процессами нагрева и охлаждения магнитопровода. This is achieved by the fact that with the method of current protection of the motor with a dependent response characteristic, in which the stator current is measured, the ambient temperature is measured or set, the thermal state of the motor is mathematically modeled, using the multiplicity of the effective value as a value reflecting the amount of heat generated per unit time the stator current with respect to its nominal value in the second degree, form the output signal when the limit temperature is reached, and the engine cooling is modeled by exponential law. According to the invention, the heating time constants and the cooling time constants are set separately for both the stator winding and the magnetic circuit, the long-term permissible current multiplicity is determined taking into account the temperature of the cooling air, the thermal balance temperature of the winding is determined for the current multiplicities less than the permissible, the adiabatic nature of the heating process of the winding is simulated the functions of the multiplicity of the stator current to the second degree, limiting it to the temperature of the heat balance or the limit at the multiplicity of current, exceeding boiling long allowable, the process of heating of the magnetic circuit model exponentially as a function of the temperature difference between the winding and the magnetic circuit, winding the cooling process is modeled by an exponential function to the winding temperature and temperature difference of the heat balance of the magnetic circuit or temperature, if it exceeds the latter. The cooling process of the magnetic circuit is modeled exponentially as a function of the temperature difference of the magnetic circuit and cooling air. Moreover, the heating or cooling process of the winding is combined in time with the heating and cooling processes of the magnetic circuit.
Кроме того, дополнительно в частных случаях осуществляют следующее: при определении температуры теплового баланса обмотки ограничивают нижний уровень температуры окружающей среды, определяют превышение температуры от пускового тока защищаемого двигателя и максимальную предпусковую температуру обмотки, при которой обеспечивается его пуск или самозапуск без превышения предельной допустимой температуры обмотки, при достижении максимальной предпусковой температуры блокируют пуск двигателя, а при одновременном снижении напряжения в сети ниже заданной величины отключают двигатель, для чего дополнительно измеряют напряжение сети. При моделировании процесса нагрева обмотки задают верхний уровень ограничения кратности тока статора. In addition, in particular in particular cases, the following is carried out: when determining the temperature of the heat balance of the winding, the lower level of the ambient temperature is limited, the temperature exceeds the starting current of the protected motor and the maximum starting temperature of the winding is ensured at which it starts or self-starts without exceeding the maximum permissible temperature of the winding , when the maximum starting temperature is reached, the engine start is blocked, and while the voltage decreases at networks below a predetermined value turn off the engine, for which an additional voltage is measured. When modeling the process of heating the windings, the upper level of the stator current ratio is set.
Предлагаемый способ отличается от прототипа наличием указанных существенных признаков и тем самым соответствует критерию "новизна". Отличительной особенностью способа является то, что постоянные времени нагрева и охлаждения задают раздельно для обмотки и магнитопровода с учетом режима работы двигателя. Известно, что постоянная времени нагрева равна постоянной времени охлаждения при работающем двигателе и отличается при отключенном. Задание различных постоянных времени для обмотки и для магнитопровода позволяет точнее моделировать процессы нагрева и охлаждения как обмотки, так и всего двигателя. Нагрев обмотки моделируют как адиабатический, в функции кратности тока статора по отношению к его длительно допустимому значению во второй степени, а ее температура определяется уравнением
θм= + θм.нач , (4) где Θм - температура обмотки (медь);
Θм.нач. - температура обмотки в начале процесса;
Θо ж - температура охлаждающего воздуха (не менее 30оС);
τм.н. - постоянная времени нагрева обмотки (меди).The proposed method differs from the prototype in the presence of these essential features and thereby meets the criterion of "novelty." A distinctive feature of the method is that the heating and cooling time constants are set separately for the winding and the magnetic circuit, taking into account the operating mode of the motor. It is known that the heating time constant is equal to the cooling time constant when the engine is running and differs when it is turned off. Setting various time constants for the winding and for the magnetic circuit allows you to more accurately simulate the heating and cooling processes of both the winding and the entire motor. The heating of the winding is modeled as adiabatic, as a function of the multiplicity of the stator current with respect to its long-term permissible value in the second degree, and its temperature is determined by the equation
θ m = + θ m.nach , (4) where Θ m is the temperature of the winding (copper);
Θ m. - winding temperature at the beginning of the process;
Θ о ж - temperature of cooling air (not less than 30 о С);
τ m - constant heating time of the winding (copper).
Решение уравнения (4) относительно t дает выражение допустимого времени работы двигателя с перегрузкой по току:
tдоп= . (5)
Тогда время срабатывания защиты в функции кратности тока статора во второй степени можно получить из формулы (5) с учетом коэффициента запаса
tс.з. = tдоп . Кз. (6)
При выполнении защиты в соответствии с выражением (6) отключение двигателя должно происходит при выполнении условия
I2dt > . (7)
Так как интегрирование в течение достаточно большого промежутка времени любого значения тока приводит к срабатыванию защиты, то процесс интегрирования ограничивают во времени. Ограничение времени интегрирования тока осуществляют для кратностей тока менее длительно допустимых значений при нагреве обмотки до температуры теплового баланса, которую определяют по формуле
θМ∞= θ
t add = . (5)
Then the response time of the protection as a function of the multiplicity of the stator current to the second degree can be obtained from formula (5) taking into account the safety factor
t s.z. = t add . To s . (6)
When performing protection in accordance with expression (6), the engine must be switched off when the condition
I 2 dt> . (7)
Since integration over a sufficiently long period of time of any current value leads to a trip of the protection, the integration process is limited in time. The time integration of the current is limited for current multiplicities of shorter permissible values when the winding is heated to the temperature of the heat balance, which is determined by the formula
θ M∞ = θ
Из выражения (8) видно, что если температура охлаждающего воздуха отличная от 40оС, производят коррекцию температуры теплового баланса обмотки с ограничением минимальной величины Θо ж, при этом длительно допустимую кратность тока статора с учетом температуры охлаждающего воздуха определяют по формуле:
KIдоп= (9)
Если температура обмотки меньше температуры теплового баланса, моделируют нагрев обмотки согласно выражению (4) до достижения ею температуры теплового баланса. Если температура обмотки выше температуры теплового баланса, определенной согласно выражению (8), то моделируют процесс охлаждения обмотки. Охлаждение обмотки при условии, что Θm∞больше Θст, моделируют по экспоненциальному закону
θм= (θм.нач-θм∞) + θм∞ , (10) где Θм.нач. - температура обмотки в начале процесса;
τм.охл. - постоянная времени охлаждения обмотки ( τм.охл. равна τм.н, при работающем двигателе и τм.охл. больше τм.н. при отключенном двигателе).From (8) we see that if the cooling air temperature other than 40 ° C, produce heat balance correction coil temperature limiting a minimum value of Θ x, thus prolonged allowable multiplicity of stator current with the cooling air temperature is determined by the formula:
K idop = (9)
If the temperature of the winding is less than the temperature of the heat balance, they model the heating of the winding according to expression (4) until it reaches the temperature of heat balance. If the temperature of the winding is higher than the temperature of the heat balance determined according to expression (8), then the process of cooling the winding is simulated. The cooling of the winding, provided that Θ m∞ is greater than Θ st, is modeled exponentially
θ m = (θ m.start -θ m∞ ) + θ m∞ , (10) where Θ m . - winding temperature at the beginning of the process;
τ m. - time constant of the cooling coil (τ τ Cand m.ohl equal, with the engine running and longer τ τ m.ohl Cand engine disconnected...).
Если температура теплового баланса обмотки оказывается ниже температуры магнитопровода, например, при отключении двигателя или сбросе нагрузки, что процессе охлаждения обмотки описывается уравнением
θм= θст+(θм.нач-θст) , (11) где Θст - температура магнитопровода (стали).If the temperature of the heat balance of the winding is lower than the temperature of the magnetic circuit, for example, when the motor is turned off or the load is relieved, that the process of cooling the winding is described by the equation
θ m = θ st + (θ m.start -θ st ) , (11) where Θ st is the temperature of the magnetic circuit (steel).
Как только температура обмотки превысит температуру магнитопровода, начинается процесс нагрева магнитопровода. Этот процесс моделируют по экспоненциальному закону в функции разности температур обмотки и магнитопровода согласно выражению
θст= θст.нач+(θм-θст.нач)1- , (12) где Θст.нач, - температура магнитопровода в начале процесса;
τст.н - постоянная времени нагрева магнитопровода.As soon as the temperature of the winding exceeds the temperature of the magnetic circuit, the heating process begins. This process is modeled exponentially as a function of the temperature difference of the winding and the magnetic circuit according to the expression
θ st = θ st. + + (θ m -θ st. ) 1- , (12) where Θ st.nach , is the temperature of the magnetic circuit at the beginning of the process;
τ st.n - time constant of heating the magnetic circuit.
Если температура магнитопровода превышает температуру охлаждающего воздуха, начинается процесс охлаждения магнитопровода. Этот процесс описывается уравнением
θст= θ0+(θст.нач-θ0) , (13) где τст.охл. - постоянная времени охлаждения магнитопровода ( τст.охл.равна τст.н при работающем двигателе и τст.охл больше τст.н при отключенном двигателе).If the temperature of the magnetic circuit exceeds the temperature of the cooling air, the process of cooling the magnetic circuit begins. This process is described by the equation
θ st = θ 0 + (θ st.-start -θ 0 ) , (13) where τ st . - the time constant of cooling the magnetic circuit (τ st. cool. equals τ st. n when the engine is running and τ st. cool is greater than τ st. n when the engine is off).
Исключается совмещение во времени моделирования процессов нагрева и охлаждения обмотки. Процессы нагрева и охлаждения магнитопровода моделируют одновременно и совмещаются во времени с процессами нагрева или охлаждения обмотки. Elimination of the time simulation of heating and cooling processes of the winding. The heating and cooling processes of the magnetic circuit are simulated simultaneously and combined in time with the heating or cooling processes of the winding.
Для двигателей, работающих в режиме частых пусков, актуальным является блокирование пуска при превышении максимальной предпусковой температуры обмотки. Величину максимальной предпусковой температуры определяют по формуле
θбл= θмакс- , (14) где Кэ - кратность эквивалентного пускового тока;
Кз - коэффициент запаса больший 1.For engines operating in the mode of frequent starts, it is relevant to block the start when the maximum starting temperature of the winding is exceeded. The maximum starting temperature is determined by the formula
θ bl = θ max - , (14) where K e is the multiplicity of the equivalent starting current;
To s - safety factor greater than 1.
При снижении напряжения в сети ниже величины, характеризующей нарушение электроснабжения, двигателя, температура обмотки которых превышает максимальную предпусковую, отключают, чем предотвращают их заведомо неуспешный самозапуск. Для двигателей с тяжелыми условиями пуска задают ограничение верхнего уровня кратности тока статора, тем самым в зоне больших кратностей тока обеспечивают независимую часть времятоковой характеристики. When the voltage in the network is lower than the value characterizing a power failure, the motor, the temperature of the winding of which exceeds the maximum pre-start, is turned off, which prevents their obviously unsuccessful self-start. For engines with severe starting conditions, a limitation of the upper level of the stator current multiplicity is set, thereby providing an independent part of the time-current characteristic in the zone of high current multiplicities.
На чертеже изображена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a functional diagram of a device for implementing the proposed method.
Устройство содержит преобразователь 1 входного тока в напряжение, задатчик 2 сигнала температуры охлаждающего воздуха, масштабирующий орган 3, ограничитель нижнего уровня 4, ограничители верхнего уровня 5 и 15, максиселектор 6, сумматоры 7, 10 и 16 аналоговых сигналов, квадратор 8, пороговые органы 9, 12,0 14 и 19 максимального уровня, формирователь модуля 11, пороговый орган 13 минимального уровня, преобразователи напряжение-частота 17, 18 и 21, логический элемент 2И 20, компаратор 22, делители частоты 23 и 24, элемент задержки 25, мультиплектор 26, логический элемент ИЛИ 27, логический элемент 2И-ИЛИ 28, реверсивные двоичные счетчики 29 и 30, цифроаналоговые преобразователи 31 и 32, а также формирователи выходного сигнала 33 и 34. The device comprises an input current to
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
Значение моделируемой устройством температуры обмотки Θм хранится в счетчике 29, а температура магнитопровода Θст - в счетчике 30. Нагрев моделируется реализацией прямого счета, а охлаждение - обратного. К выходам счетчиков 29 и 30 подключены цифроаналоговые преобразователи 31 и 32. На выходе преобразователя 31 формируется напряжение, пропорциональное температуре обмотки
U31 = f( Θм), (15) а на выходе преобразователя 32 формируется напряжение, пропорциональное температуре магнитопровода
U32= f( Θст), (16) Напряжение U31 поступает на входы ограничителя 5, пороговых органов 12 и 14 и на вход В сумматора 10. Напряжение U32 поступает на вход В максиселектора 6 и на вход А сумматора 7. Преобразователь 1 преобразует ток статора защищаемого двигателя в однополярное напряжение, пропорциональное входному току и равное
U1 = a . I, (17) где а - коэффициент пропорциональности.The value of the winding temperature simulated by the device Θ m is stored in the
U 31 = f (Θ m ), (15) and a voltage proportional to the temperature of the magnetic circuit is formed at the output of the
U 32 = f (Θ st ), (16) The voltage U 31 is supplied to the inputs of the
U 1 = a . I, (17) where a is the coefficient of proportionality.
Это напряжение поступает на вход масштабирующего органа 3, коэффициент передачи которого определяется по формуле
Kп= ; (18) где Iн.тт. - номинальный ток трансформатора тока;
Iдоп - длительно допустимый ток статора защищаемого двигателя.This voltage is supplied to the input of the scaling
K p = ; (18) where I nt - rated current of the current transformer;
I add - long-term permissible stator current of the protected motor.
Выходной сигнал блока 3 поступает на входы аналогового квадратора 8 и порогового органа 9. Задатчик 2 сигнала температуры охлаждающего воздуха формирует на своем выходе напряжение, пропорциональное температуре охлаждающего воздуха, непосредственно измеряя ее либо задавая уставкой. Напряжение
U2 = f (Θo) (19) поступает на вход С сумматора 7 и через ограничитель 4 нижнего уровня - на вход В сумматора 16. Уровень ограничения в блоке 4 определяется нижним пределом температуры Θо, при которой допускается коррекция длительно допустимого тока двигателя. Выходное напряжение квадратора 8 подается на вход А сумматора 16 и через ограничитель 15 верхнего уровня - на вход преобразователя 21 напряжение - частота. Напряжение, равное
U16 = b .U8 + U4, (20) где U16 - напряжение на выходе сумматора 16;
b - коэффициент пропорциональности;
U8 - напряжение квадратора, прямо пропорциональному входному току статора во второй степени;
U4 - напряжение, пропорциональное температуре Θо охлаждающего воздуха с ограничением по нижнему уровню, поступает на вход А компаратора 22 и максиселектора 6. На вход В компаратора поступает напряжение U5, пропорциональное температуре обмотки с ограничением по верхнему уровню, реализуемому ограничителем 5. Уровень ограничения определяется величиной длительно допустимой температуры обмотки Θм.доп. Компаратор 22 при равенстве входных напряжений фиксирует режим теплового баланса обмотки. При этом на выходах компаратора присутствуют логические сигналы нулевого уровня, блокирующие через логический элемент 28 работу счетчика 29. Если напряжение на входе А элемента 22 превышает напряжение на входе В, сигнал логической единицы на выходе А > B переключает счетчик 29 в режим прямого счета (нагрев обмотки) и прямоугольные импульсы с выхода преобразователя 21 через логический элемент 28 поступают на счетный вход счетчика 29. Подаваемое на вход преобразователя 21 напряжение ограничивается в необходимых случаях по верхнему уровню с целью получения независимой части характеристики срабатывания при больших кратностях тока. Коэффициент преобразования элемента 21 задают с учетом постоянной времени нагрева обмотки. Элементы 6, 10, 17, 23 и 26 совместно с элементом 28 образуют канал моделирования охлаждения обмотки. Максиселектор 6 подает на вход А сумматора 10 максимальную из величин напряжений, подаваемых на вход максиселектора 6. Сумматор 10 формирует на своем выходе напряжение U10, пропорциональное разнице температур обмотки и температуры теплового баланса обмотки либо температуры магнитопровода, если она превышает последнюю:
U10 = U31 - U16, если U16 > U32 (21) или
U10 = U31 - U 32, если U16 < U32, где U10 - напряжение на выходе сумматора 10;
U31 - напряжение, пропорциональное температуре обмотки, с выхода преобразователя 31;
U16 - напряжение с выхода сумматора 16, соответствующее температуре теплового баланса обмотки;
U32 - напряжение с выхода преобразователя 32, пропорциональное температуре магнитопровода.The output signal of
U 2 = f (Θ o ) (19) enters the input C of the
U 16 = b . U 8 + U 4 , (20) where U 16 is the voltage at the output of the
b is the coefficient of proportionality;
U 8 is the voltage of the quadrator, directly proportional to the input current of the stator to the second degree;
U 4 is a voltage proportional to the temperature Θ о of cooling air with a lower level restriction, is fed to the input A of the
U 10 = U 31 - U 16 if U 16 > U 32 (21) or
U 10 = U 31 - U 32 if U 16 <U 32 , where U 10 is the voltage at the output of the
U 31 - voltage proportional to the temperature of the winding from the output of the
U 16 is the voltage from the output of the
U 32 - voltage from the output of the
Напряжение с выхода сумматора 10 поступает на вход преобразователя 17 напряжение-частота. Коэффициент преобразования преобразователя 17 задают с учетом постоянной времени охлаждения работающего двигателя. Прямоугольные импульсы с выхода преобразователя 17 поступают на вход делителя частоты 23 и при работающем двигателе через элемент 26 - на четвертые входы логического элемента 28. Если температура обмотки оказывается выше температуры теплового баланса обмотки, на выхода А < B компаратора 22 появляется логический сигнал единичного уровня, а на выходе А > B - нулевой. Счетчик 29 при этом переключается в режим обратного счета ( охлаждение обмотки). Мультиплексор 26 управляется сигналом с выхода порогового органа 9, который фиксирует наличие тока статора. Тем самым при работающем двигателе на четвертый вход элемента 28 поступают импульсы с выхода преобразователя 17, а при отключенном двигателе - с выхода делителя частоты 23. Коэффициент деления определяется отношением постоянной времени охлаждения обмотки отключенного двигателя к постоянной времени охлаждения обмотки работающего двигателя. Взаимодействуя таким образом, элементы 1-4, 5, 6, 10, 10, 15-17, 21-23, 26, 28-32 обеспечивают моделирование теплового состояния обмотки, реализуя либо моделирование процесса ее нагрева согласно выражениям (4), (8) и (9), либо охлаждения согласно выражениям (10) или (11). Элементы 7, 11, 18, 19, 24 совместно с мультиплексором 26 образуют канал моделирования нагрева и охлаждения магнитопровода. На входы сумматора 7 поступают напряжения, пропорциональные температурам обмотки, магнитопровода и охлаждающего воздуха. На выходе сумматора 7 величина напряжения определяется выражением
U7 = U31 + U2 - 2 . U32, (22) где U31 - напряжение с выхода преобразователя 31, пропорциональное температуре обмотки;
U2 - напряжение с выхода преобразователя 2, пропорциональное температуре охлаждающего воздуха,
U32 - напряжение с выхода преобразователя 32, пропорциональное температуре магнитопровода.The voltage from the output of the
U 7 = U 31 + U 2 - 2 . U 32 , (22) where U 31 is the voltage from the output of the
U 2 - voltage from the output of the
U 32 - voltage from the output of the
Если напряжение U7 положительное, осуществляют моделирование нагрева магнитопровода, а если отрицательное, то охлаждения. Переключение направления счета счетчика 30 осуществляет пороговый орган 19, на выходе которого логический сигнал единичного уровня соответствует положительному входному напряжению, а выходной сигнал нулевого уровня - отрицательному входному напряжению. Одновременно напряжение с выхода сумматора 7 через формирователь модуля 11 подается на преобразователь 18 напряжение-частота. Коэффициент преобразования преобразователя 18 выбирается с учетом постоянной времени нагрева магнитопровода. Прямоугольные импульсы с выхода преобразователя 18 поступают на вход делителя частоты 24 и при работающем двигателе через элемент 26 поступают на счетный вход счетчика 30. При отключенном двигателе счетный вход счетчика 30 подключается с помощью мультиплексора 26 к выходу делителя частоты 24. Коэффициент деления элемента 24 определяется отношением постоянной времени охлаждении магнитопровода отключенного двигателя к постоянной времени нагрева магнитопровода. Взаимодействуя таким образом, элементы 2, 7, 11, 18, 19, 24, 26, 30, 31 и 32 обеспечивают моделирование теплового состояния магнитопровода, реализуя одновременно моделирование нагрева магнитопровода согласно выражению (12) и охлаждения согласно выражению (13). На входы пороговых органов 12 и 14 поступает напряжение, пропорциональное температуре обмотки. При достижении этим напряжением величины, соответствующей максимально допустимой температуре обмотки, срабатывает пороговый орган 14, на выходе которого появляется логический сигнал единичного уровня, который через логический элемент 24 воздействует на формирователь 34 выходного сигнала "отключение". При срабатывании элемента 12 единичный сигнал с его выхода воздействует на формирователь 33 выходного сигнала "блокировка". Уставка срабатывания элемента 12 определяется согласно выражению (14). На вход порогового элемента 13 подают напряжение сети. При снижении напряжения сети ниже величины, характеризующей нарушение электроснабжения (например, ниже 0,6 Uном), на выходе элемента 13 появляется сигнал логической единицы. При одновременном снижении напряжения сети и достижении максимальной предпусковой температуры обмотки через логический элемент 20 запускается элемент 25 задержки, который с выдержкой времени, отстроенной, например, от быстродействующих защит от коротких замыканий, воздействует последовательно на логический элемент 2 и на формирователь 34 выходного сигнала "Отключение".If the voltage U 7 is positive, the heating of the magnetic circuit is simulated, and if it is negative, then cooling. Switching the counting direction of the
Способ позволяет с большей точностью моделировать процессы нагрева и охлаждения двигателя и улучшить защитные характеристики устройств, реализующих способ. The method allows with greater accuracy to simulate the processes of heating and cooling the engine and improve the protective characteristics of devices that implement the method.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040119 RU2024147C1 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040119 RU2024147C1 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024147C1 true RU2024147C1 (en) | 1994-11-30 |
Family
ID=21603194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5040119 RU2024147C1 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2024147C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654208C1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Current protection device of electric motors |
RU2699758C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Device for current protection of electric motors with interlocking of one unit of current relays |
RU224495U1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-03-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | DEVICE FOR PROTECTING ELECTRIC MOTOR AGAINST OVERHEATING |
-
1992
- 1992-04-28 RU SU5040119 patent/RU2024147C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1582250, кл. H 02H 3/08, 1990. * |
2. Корогодский В.И. и др. Релейная защита электродвигателей выше 1 кВ. М.: ЭАИ, 1987, с.162-164. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654208C1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Current protection device of electric motors |
RU2699758C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Device for current protection of electric motors with interlocking of one unit of current relays |
RU224495U1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-03-28 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | DEVICE FOR PROTECTING ELECTRIC MOTOR AGAINST OVERHEATING |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5539601A (en) | Apparatus and method for thermal protection of electric motors | |
US5436784A (en) | Motor protection relay using thermal models | |
JPH02133034A (en) | Digital breaker having electric motor-trip-parameter | |
US5701070A (en) | Electrical generator damage protection apparatus and method with circuit breaker trip initiation | |
EP0839401B1 (en) | Electrical apparatus | |
JPS5843403Y2 (en) | Electric motor overload protection device | |
RU2024147C1 (en) | Method of current protection of motor with dependent characteristic of operation | |
US7123457B2 (en) | System for transitioning to the trip threshold for the start condition thermal model for a motor protection relay | |
US6201369B1 (en) | SCR protection from stalled motor without current sensing | |
WO2008027874A2 (en) | Current limiting dc motor starter circuit | |
RU2333584C1 (en) | Current protection device with dependent time lag on hermetic contacts | |
RU183431U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTING THREE-PHASE MOTOR FROM OVERCURRENT OVERCURRENT | |
WO1999033163A1 (en) | Motor controller unit having thermal startup protection | |
JPH07143661A (en) | Overload protective circuit for inverter device | |
RU2810266C1 (en) | Device for protecting three-phase electric motor from emergency operating modes | |
SU1628125A1 (en) | Ac electric drive | |
SU909744A1 (en) | Device for protection of brushless exciter of synchronous machine | |
SU769694A2 (en) | Device for two-zone regulating of speed | |
RU2164051C1 (en) | Electric motor protective system | |
RU2214665C2 (en) | Commutator motor over-temperature protective device | |
JP2834184B2 (en) | Overload detection device | |
SU543084A1 (en) | AC Motor Protection Device | |
US20220085713A1 (en) | System and method for protecting an electrical load of a drive system | |
SU807434A1 (en) | Device for protecting three-phase electric motor from asymmetric mode | |
SU1541705A1 (en) | Device for protection of ac voltage to dc voltage from current overloads |