SU1508914A1 - Устройство теплового токоограничени электродвигател - Google Patents

Abstract

Устройство относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, использующих тепловое токоограничение. Цель изобретени  - увеличение точности и повьшение надежности путем обеспечени  варьируемого уровн  токоограни- чени . Поставленна  цель достигаетс  , тем, что токоограничиваюцр1й элемент вьтолнен на диоде 6, помещенном в теплоизолированный объем 9, в котором он имеет тепловой контакт одновременно с обмоткой и сердечником дроссел  8,  вл ющимс  тепловым аналогом электродвигател  2, последовательно с диодом включен усилитель 10 со стабилизированным смещением. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, использующих тепловое токоограничение. К таким приводам относ тс  электромеханические системы промышленных роботов-манипул торов , экструзионных машин , экскаваторов, электротрансмиссии подвижных объектов, кузнечно- прессовых машин.

Цель изобретени  - увеличение точности и повышение надежности путем обеспечени  варьируемого уровн  то- коограничени .

На чертеже представлено устройство теплового токоограничени  эле- ктрбдвигател .

Устройство включает тиристор- ный преобразователь 1, соединенный с электродвигателем 2, вход тири- стор ого преобразовател  1 соединен

с выходом блока импульсно-фазовогр ущУавлени  3, вход которого соединен, с выходом промежуточного усилител  4, вход которого св зан с .блоком полного задакщего напр жени  5. На выходе промежуточного усилител  4 включен диод 6, на стороне переменного тока электродвигател  1 включен трансформатор 7 тока. Выход трансформатора 7 соединен с дросселем 8,  вл ющимс  тепловым аналогом  кор  электродвигател  2. Дроссель 8 и диод 6 наход тс  в тепловом контакте и помещены в теплоизолированный объем 9, при этом диод 6 помещен меж У обмоткой и сердечником дроссел , т.е. св зан с ними в тепловом отношении . Последовательно с диодом 6 включен усилитель 10 со стабилизиро- ванным смещением.

(Л

с:

ел

о

00 со

15

Работа устройства основана на принципе теплового токоограничени , который состоит в том, что уровень ограничени  токоограннчивающего эле- меита выбираетс  не посто нным, а измен епым, варьируемым в зависи- мостн от теплового состо ни  электро двигател . Так, при холодном двигателе и соответственно  коре по срав- нению с прогретой машиной электромеханическа  посто нна  ыеличина времени уменьшена. Тгким образом, уровень токоограничени  может быть дл  холодного двигател  снижен. Дл  прогретого двигател , наоборот, уровень токоограничени  может быть увеличен. Таким образом, в предлагаемом устройстве уровень токоограничени  варьируетс  в зазисимости от температуры двигател .

Информаци  о тепловом состо нии двигател  достигаетс  путем использовани  дроссельной тепловой модели двигател . В частности, конкретным примером возможной реализации предлагаемого устройства  вл етс  подключение к трансформатору 7 тока дросел  8j имеющего те же посто нные времени нагрева стали и меди, что и злектродвигатель 2, Практически это достигаетс  введением теплоизолированного объема 9, увеличивающего теплоёмкость и уменьшающего теплоотдачу. Диод 6 наз{одитс  в тепловом контакте с дросселем и включен вместе с усилителем 10 со стаби лизи{)ованным смещением в цепь то- коогранвчени . Предлагаемое устройство предназначено дл  работы в основном в переходных режимах, например , в режиме повторно-кратковре- к енного включени , сопровождающемс  частыми пусками и торможени ми. Имено в этом режиме к машине может быт приложено повьш1енное напр же}1ие, которое выводит машину из стро .

Элементы математического обосновани  физики происход щих процессов заключаютс  в следующем. НоминалbH{ te потери в меди машины Рц определим как:

ЙР,

)R()2R(1+ett)

;

л - ЦК,

чноминальный ток (при tOM двигателе);

прогре1- ток холодного двигател 

Of

при

Л1 - приращение тока, характеризующее компенсацию температурного изменени  сопротивлени ;

-температурный коэффициент;

-сопротивлени   кор  при 20 С;

-температура.

холодного двигател  можно доof , f

Дл  тигнуть, что

fipt,

без вс кого ущерба производительно- сти, поскольку уменьшение R можно скомпенсировать уменьшением тока. Но дл  этого нужно, чтобы токоогра- ничивающий элемент имел не постр нную уставку, кратную

1„ I, - Л1,

а переменную, обеспечивающую дл  холодного двигател  уставку, кратную

30

Это и осуществл етс  тепловой моделью Величина этой переменной устав- ки определ етс  формулой

и DO + /3t,

45

50

55

35

40

где Up - напр жение усилител  10; и - температурный коэффициент диода 6.

Расчет дроссел  в тепловом отношении проводитс  по критери м подоби  нестационарных тепловых процессов , использу  аппарат двухступенчатой теории нагревани . Таким образом, температурное поле дроссел  оказьша- етс  аналогичным температурному полю двигател . В частности, коэффициенты теплоотдачи двигател  и дроссел  аналога св заны так, что посто нные времени нагрева стали и меди дроссе- л -аналЬга и двигател  весьма близки , т.е. вид кривой нагрева оригинала и модели аналогичен.

Устройство теплового токоограничени  работает следукхцим образом.

В первые минуты работы привода,, когда двигатель не прогрет и собственный перегрев теплового аналога- дроссел  8 также незначителен, раСо- та блока токоограничени  не отлича-. етс . существенно от известных схем, (нахо по мере нагрева двигател  температура обмотки и сердечника

дроссел -аналога повышаетс  в соответствии с перегревом  кор . Посто нные времени нагрева стали и меди двигател  и модели-аналога совпадают. Поскольку дроссель-аналог 8 и диод 6 наход тс  в одном теплоизолированном объеме 9, температура диода также повышаетс . Это измен ет характерис- тики искусственного стабилитрона, составленного из диода 6 и усилите-, л  10 со стабилизированным смещением.

Известно, что кремниевые диоды с напр жением стабилизации больше 6 В имеют положительный температурный коэффициент напр жени  (ТКН), а диоды с напр жением стабилизации меньшими 5В - отрицательный ТКН. Изменение напр жетс  примерно равны 0,5- 1% на . Нагрев двигател  приводит к увеличению сопротивлени   кор , что измен ет момент, развиваемый двигателем при той же частоте вращени  (переход на другую характеристику ). Эти изменени  наход т отражение в изменении параметров системы управлени . В частности, если требуетс - поддерживать ток на уровне тока холодного двигател  при посто нной нагрузке и частоте вращени , то уровень токоограничени  должен быть по- вьш1ен в функции перегрева двигател . Если требуетс  стабилизировать ток нагретого двигател , то уровень токоограничени  должен быть в начальный период времени меньше номинального. Соответствующим расчетам теплового аналога и выбором типа диода можно добитьс  выполнени  любого из двух выще названных требований или какого-либо компромиссного услови . При этом относительный уровень ограничени  определ етс  перегревом теплового аналога, начальное значение характеристики ограничени  определ етс  напр жением стабилизации, найденном по справочным данным дл  данного диода, знак ТКН определ етс  типом диода. В случае необходимости получени  отрицательного ТКН на напр жение , большее 6 В, допустимо последовательное соединение нескольких низковольтных диодов. Таким образом, уровень токоогррничени  автоматичес- ки измеи етс  в функции перегрева электродвигател . Например, пусть, нагрев двигател  ниже нормы (начало работы) и поставлено условие минимизации потреблени  энергии. В этом случае нагрев дроссел  также незначителен , температурный коэффициент 5 диода мал, происходит работа устройства токоограничени  с относительно небольшим уровнем отсечки , достаточным однако дл  нормальной работы механизма . С течением времени двигатель

0 нагреваетс . Нагреваетс  также И

дроссель. Нагрев обмотки возбуждени  уменьшает поток и момент на валу из- за увеличени  сопротивлени  обмотки, изменение ТКН диода, имеющего

5 тепловой контакт с дросселем, увели- чивает уставку токоограничени , что увеличивает момент, обеспечивает нормальную работу механизма.

Применение изобретени  позвол ет

0 повысить эффективность привода за счет увеличени  уставки токоограни- чени  дл  холодного двигател  и снизить затраты электроэнергии за счет снижени  установки токоограничени 

5 дл  нагретого двигател . Благодар  этому повьш1аетс  точность уставлси, оптимально соответствующей каждому , тепловому состо нию двигател . По сравнению с известными устройствами

0 объединение в диоде и порогового элемента и датчика температуры повышает надежность цепи токоограничени . Кромр. того, повьш1аетс  чувствительность устройства, так как ТКН неко5 торых полупроводниковых диодов доходит до 10-100% и более на . Устройство может быть применено

0

;

к любому типу электрической машины поскольку величина приложенного к ней повьш1енного напр жени  определ етс - не самой машиной, а системой электропривода, в частности статиз- мом, рассогласованием, уровнем напр жени  задани  и коэффициентом 5 усилени  предварительного усилител  и преобразовател . Эти величины  вл ютс  параметрами системы электро- привода, а не машины.

К числу механизмов, Которые ра- .ботают в данном режиме и которые, следовательно, нуждаютс  в установке предлагаемого устройства, относ тс  роботы и манипул торы, работа приводов которых св зана не только с пуском и остановом, и но и с реверсом , а также все механизмы с экскаваторным типом механической характеристики - экструдеры, электротрансмиссии подвижных объектов, гор0

5

ные магашсы, экскаваторы. Установка устройства на приводах экскаваторов оправдана и тем, что они обычно нуждаютс  и в сезонном токоограничении. Аналогичные услови  возникают и в регулируемом электроприводе подъемно-транспортных машин и в самом рас- прострАненном станочном приводе - .приводе подач. Дeйcтвитeльнo все приводы такте типов, как МПУ, ЭТО, этот, ПТЗР, ПТР-0,4М, ЭТ1Е, ЭТЗР, ЭТШР, ЭТЗИ, ЭТ6, БУ3609, ЭТУ3601, ЭШИР-1, ПМС, ПТЧКШ, ЭКГ, 2М-5-2, имеют блоки токоограничени . В слу- чае установки их на вышеуказанные механизмы, будет повьшена производительность за счет ввода переменного уровн  токоограничени .

t

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство теплового токоограничени  электродвигател , содержащее блок задани  полного напр жени , вы- ход которого соединен со входом прб- межуточного усилител , выходы промежуточного усилител  соединени с соответствующими входами блока им- пульсно-фазового напр жени  управлени , выход которого соединен с уп- равлйющим входом тиристорного преобразовател , электродвигател , трансформатор тока, первична  обмотка ко- торогй имеет клемйы дл  включени  в фазу питающей сети, вторична  обмотка его соединена с тепловым аналогом элект|)одвигател , вьтолненным на дросселе, обмотка и сердечник которого помещены в теплоизолированный объем, токоограничивающий элемент, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности и повышени  надежности путем обеспечени  варьируемого уровн  токоограничени , токоограничивающий элемент выполнен в виде диода, помещенного в теплоизолированный объ- |ём, последовательно с диодом включен усилитель со стабилизированным смещением , свободный вывод которого и свободный 9ЫВОД диода подключены к выходам промежуточного усилител .