SU928507A1

SU928507A1 - Device for overtemperature protection of synchronous electric machine

Info

Publication number: SU928507A1
Application number: SU802971697A
Authority: SU
Inventors: Олег Алексеевич Орел
Original assignee: Украинский Государственный Проектный Институт "Тяжпромэлектропроект"
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-08
Publication date: 1982-05-15

Description

(Sk) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ .(Sk) DEVICE FOR PROTECTION AGAINST OVERHEATING OF THE SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE.

II

Изобретение относитс к электротехнике , преимущественно к синхронным машинам.The invention relates to electrical engineering, mainly to synchronous machines.

Нагрев электрических машин выше заданного значени температуры (перегрев ) не только снижает их срок службы , но может приводить и к т желым авари м, устранение которых может потребовать замены обмоток и св зано с большими затрами времени и средств. Поэтому своевременное и достоверное вы вление перегрева позвол ет оперативно прин ть необходимые меры и тем самым повысить срок службы и надежность работь электрических машин.Heating electric machines above a predetermined temperature (overheating) not only reduces their service life, but can also lead to serious accidents, the elimination of which may require replacing the windings and is associated with large amounts of time and money. Therefore, timely and reliable detection of overheating allows you to quickly take the necessary measures and thereby increase the service life and reliability of electric machines.

Известно устройство дл измерени превышени температуры обмотки электрической машины переменного тока по изменению сопротивлени обмотки посто нному току 1 3.A device is known for measuring the temperature rise of a winding of an AC electrical machine based on a change in the resistance of a winding to a direct current 1 3.

Однако это устройство обладает ограниченными возможност ми практического применени , так как требует специальной дополнительной обмоткиHowever, this device has limited practical applications, as it requires a special additional winding.

на роторе машины,тогда как синхронные машины обычного исполнени такой обмотки не имеют.on the rotor of the machine, whereas synchronous machines of the usual design do not have such a winding.

Известно также устройство дл определени перегрева синхронных электрических машин, не имеющее в своем составе встроенных датчиков температуры . Это устройство выполнено на интеграторе, срабатывающем через It is also known a device for detecting overheating of synchronous electric machines, which does not include built-in temperature sensors. This device is made on the integrator, triggered by

10 определенный промежуток времени после превышени током возбуждени заданного значени ,2 .10 a certain period of time after the excitation current exceeds a predetermined value, 2.

Недостатком этого устройства вл етс больша погрешность, вызванна A disadvantage of this device is the large error caused

15 тем, что не учитываетс .нагрев машины током статора и потер ми в железе . Кроме этого, погрешность вызвана также тем, что при ступенчатом JIJ изменении входного параметра выходной сигнал растет линейно,тогда как рост температуры реальной электрической машины происходит по кривой, близкой к экспоненте. Наиболее близким к изобретению вл етс устройство, вход щее как составной элемент в тиристорные воз будители, предназначенные дл синхронных электродвигателей большой и средней мощности и получившие широкое распространение в промышленных установках, которое содержит интегратор и источник посто нного тока, который через резистор подключен к входу интегратора. В качестве интегратора используетс усилитель посто нного тока унифицированной бл ной системы регулировани (УБСР), в цепи обратной св зи которого вклю чен конденсатор. Такие усилители весьма близки по параметрам к операционным усилител м и также как последние , обладают свойством знакоинве тировани , т.е. выходной сигнал имеет пол рность, противоположную пол р ности входного сигнала, К входу интёгратора через второй регистр и диоды подключен также датчик тока возбуждени и датчик полного тока сгат pa. В цепь обратной св зи интегратора включены также стабилизаторы. С выходов датчиков снимаютс сигналы в виде напр жени посто нного тока, каждое из этих напр жений пропорционально измер емому датчиком парамет . Однако это устройство обладает значительной погрешностью, так как не учитывает совместного греющего действи тока возбуждени и тока статора. Действительно, ток, протекающий через резистор, а следовател но, и работа интегратора определ ютс только тем из напр жений, снимаемых с датчиком тока возбуждени и по ного тока статора, которое вл етс наибольшим, не учитывает греющего действи потерь в железе статора синхронной машины; не учитывает отд чу тепла машиной через ее наружную поверхность и через систему охлаждени , так как выходной сигнал этог устройства при подаче на его вход управл ющег9 сигнала в виде единичного скачка растет линейно, тогда как температура реальной электричес кой машины при увеличении потерь в ней измен етс по закону, близкому к экспоненциальному. Цель изобретени - повышение его точности и надежности работы. Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл защиты от перегрева синхронной электрической машуны, содержащее интегратор и присоединенный к нему через резистор источник посто нного тбка, а также функционально св занные с входом интегратора датчик полного тока статора и датчик тока возбуждени , а к выходу интегратора подключен исполнительный блок, дополнительно снабжено трем резисторами, трем блоками опорного напр жени и датчиком напр жени сети, при этом датчик тока возбуждени через последовательно включенные первый блок опор ого напр жени и резистор, датчик полного тока статора через последовательно включенные второй блок опорного напр жени и первый резистор, а датчик сетевого напр жени через последовательно включенные третий блок опорного напр жени и второй резистор подключены к общей точке входа интегратора, причем вход и выход интегратора соединены между собой через третий pe3 icTop. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство содержит . интегратор 1, источник посто нного тока 2, резисторы 3 и А,, датчик тока возбуждени 5, датчик полного тока статора синхронной машины 6, блоки опорного напр жени 7 и 8, резисторы 9 и 10, блок опорного напр жени 11, датчик напр жени сети 12, к которой подключен статор синхронной машины, резистор 13, исполнительный блок 1 . К входу интегратора 1 через резистор 3 присоединен источник посто нного тока 2. Датчик тока возбуждени 5 соединен последовательно с блоком опорного напр жени 7, который подключен к входному резистору + интегратора , а датчик полного тока 6 соединен последовательно со вторым блоком опорного напр жени 8, который подключен к дополнительному входному резистору 9 интегратора. При этом подключение датчика токе возбуждени 5 и датчика полного тока статора 6 выполнено с пол рностью, противоположной пол рности подключени источника посто нного тока 2. Кроме этого, к дополнительному входному резистору 10 последовательно с третьим блоком опорного напр жени 11 подключен датчик напр жени 12, причем подключение этого датчика выполнено с пол рностью противоположной пол рности подключени источника посто нного тока 2. Выход и вход интегратора 1 дополнительно соединены через резистор 13. Благодар этому соединению интегратор оказываетс охваченным дополнительной жесткой отрицательной обратной св зью и приобретает свойства апериодического .звена т.е. звена с экспоненциальной характеристикой.Блок опорного напр жени - это звено с характеристикой типа мертва зона. Он начинает пропускать через себ ток лишь тогда когда величина подведенного к нему напр жени становитс больше установленного значени . В простейшем случае в качестве блока опорного напр жени может.быть применен стабилитрон. Предлагаемое устройство работает (Следующим образом. При работе синхронной машины с то ком возбуждени , полным током статора и напр жением статора ниже их номинальных, или любых других заране выбранных значений, напр жение каждого из датчиков 5, 6 и 12 меньше напр жени каждого из соответствующих блоков напр жени 7,.8 и 11 и ток по резисторам 4, 9 и 10 не проте кает. В этом режиме интегратор 1 находитс в исходном состо нии под действием тока, протекающего по входному резистору 3 от источника 2 Этот ток путем выбора напр жени снимаемого с источника питани 2, и путем выбора величины резистора 3 может установлен сколь угодно малым При возрастании тока возбуждени , или полного тока статора, или напр жени статора выше номинального или любого другого заранее выбранного значени , напр жение соответствующего датчика 5 и 6 или 12 становитс больше напр жени блока опорного напр жени 7, 8 или 11, и по соответ ствующему входному резистору j, 9 или 10 начинает, протекать ток. При дальнейшем увеличении тока возбуждени , или полного тока статора или напр жени статора, ток, протекающий через соответствующий резистор 4, или 9 или 10, превысит ток протекающий через резистор 3, в результате чего выходной сигнал интегратора 1 начнет плавно измен тьс и достигнув определенного значени , воздействует на исполнительный блок .1. 7 При этом, если выше номинального, или другого заранее выбранного значени , увеличитс не один из параметров (ток возбуждени , или полный ток, или напр жение статора), а два этих параметра в любом сочетании друг с другом, три, то токи от датчиков 5, 6 и 12 будут протекать по соответствующим входным резисторам k, 9 и 10 независимо друг от друга. А поскольку каждый из этих токов вл етс управл ющим дл интегратора, темп изменени выходного сигнала устройства будет определ тьс совместным действием сигналов всех датчиков (в -известном темп изменени выходного сигнала, как было отмечено при анализе недостатков прототипа измен етс под действием либо только статора, либо только тока возбуждени ) . При изменении выходного сигнала интегратора 1 в процессе работы устройства измен етс также ток, протекающий по резистору 13. Вследствие этого при скачкообразном, изменении сигнала любого из датчиков выходной сигнал устройства измен етс по экс- , поненте, что в большей, чем в известном мере соответствует характеру изменени температуры реальной электрической машины. Положительный эффект от применени предлагаемого устройства состоит в. том, что точность определени перегрева становитс более высокой, вследствие чего предлагаемое устройство дает более достоверную информацию о нарушении температурного режима , чем прототип и позвол ет более своевременно прин ть необходимые меры, что повышает надежность работы машины. Положительный эффект достигаетс благодар тому, что в предлагаемом устройстве учитываетс совместное действие полного тока статора и тока возбуждени , а также греющее действие потерь в жел.езе статора и отдача тепла машиной, через ее наружную поверхность и через систему охлаждени . .Выход предлагаемого устройства может быть использован в схемах сигнализации , схемах защиты и схемах автоматического регулировани синхронных машин. Поскольку предложенное устройство обеспечивает более точное следование своего выходного сигнала за перегревом машины, создаетс воз15 in that it does not take into account the heating of the machine by the stator current and losses in the iron. In addition, the error is also due to the fact that with a stepped JIJ change in the input parameter, the output signal grows linearly, while the temperature rise of a real electric machine occurs on a curve close to the exponent. Closest to the invention is a device that, as a component, is incorporated into thyristor drivers, designed for high- and medium-power synchronous motors and widely used in industrial installations, which contains an integrator and a DC source that is connected to the integrator's input through a resistor. . As an integrator, a DC amplifier of a unified control system (UBSD) is used, in the feedback circuit of which a capacitor is connected. Such amplifiers are very close in parameters to operational amplifiers and also, like the latter, possess the property of sign-implication, i.e. The output signal has a polarity opposite to the input signal's polarity. The excitation current sensor and the total current gata pa sensor are also connected to the input of the integrator via the second register and the diodes. Stabilizers are also included in the feedback loop of the integrator. Signals in the form of a DC voltage are taken from the sensor outputs; each of these voltages is proportional to the parameter measured by the sensor. However, this device has a significant error, since it does not take into account the combined heating effect of the excitation current and the stator current. Indeed, the current flowing through the resistor, and consequently, and the integrator operation, is determined only by that of the voltages taken from the excitation current sensor and the stator current, which is the greatest, does not take into account the heating effect of losses in the iron of the stator of the synchronous machine; It does not take into account the heat produced by the machine through its outer surface and through the cooling system, since the output signal of this device, when a control signal is fed to its input as a single jump, increases linearly, while the temperature of a real electric machine changes as it increases according to a law close to exponential. The purpose of the invention is to increase its accuracy and reliability. This goal is achieved by the fact that a device for protection against overheating of a synchronous electric machine, containing an integrator and a constant-source source connected to it via a resistor, as well as a stator current full-current sensor and an excitation current sensor functionally connected to the integrator input an executive unit, additionally equipped with three resistors, three reference voltage units and a network voltage sensor, while the excitation current sensor through the series-connected first a support voltage block and a resistor, a stator total current sensor through a second reference voltage unit and a first resistor connected in series, and a mains voltage sensor connected through a third reference voltage unit and second resistor in series to a common integrator entry point, the input and the integrator output is interconnected via the third pe3 icTop. The drawing shows a diagram of the proposed device. The proposed device contains. integrator 1, DC source 2, resistors 3 and A ,, excitation current sensor 5, total stator current sensor of synchronous machine 6, reference voltage blocks 7 and 8, resistors 9 and 10, reference voltage block 11, voltage sensor network 12, which is connected to the stator of the synchronous machine, resistor 13, the executive unit 1. A DC power source 2 is connected to the input of the integrator 1 via a resistor 3. A sensor of the excitation current 5 is connected in series with a reference voltage unit 7, which is connected to an input resistor + integrator, and the total current sensor 6 is connected in series with a second reference voltage unit 8, which is connected to the additional input resistor 9 of the integrator. At the same time, the excitation current sensor 5 and the stator 6 total current sensor are connected with the polarity opposite to the connection of the DC source 2. In addition, a voltage sensor 12 is connected to the additional input resistor 10 in series with the third reference voltage unit 11, Moreover, the connection of this sensor is made with the opposite polarity of the connection of the DC source 2. The output and input of the integrator 1 are additionally connected via a resistor 13. Thanks to this connection and The integrator is covered by additional hard negative feedback and acquires the properties of an aperiodic link. a link with an exponential characteristic. The reference voltage block is a link with a dead zone-type characteristic. It begins to pass a current through itself only when the value of the voltage applied to it becomes greater than the set value. In the simplest case, a zener diode can be used as a reference voltage block. The proposed device works (as follows. When a synchronous machine operates with an excitation current, a full stator current and a stator voltage below their nominal, or any other pre-selected values, the voltage of each of the sensors 5, 6 and 12 is less than the voltage of each of the corresponding voltage blocks 7, .8 and 11 and the current through the resistors 4, 9 and 10 does not flow. In this mode, the integrator 1 is in the initial state under the action of the current flowing through the input resistor 3 from the source 2 This current by selecting the voltage removed from source power supply 2, and by selecting the value of resistor 3 can be set arbitrarily small. As the excitation current increases, or the total stator current, or the stator voltage is higher than the nominal or any other pre-selected value, the voltage of the corresponding sensor 5 and 6 or 12 becomes greater than the voltage of the reference voltage unit 7, 8 or 11, and the corresponding input resistor j, 9 or 10 begins to flow. With a further increase in the excitation current, or the total stator current or stator voltage, the current flowing through the corresponding The connected resistor 4, or 9 or 10, will exceed the current flowing through the resistor 3, as a result of which the output signal of the integrator 1 will begin to change smoothly and, having reached a certain value, acts on the execution unit .1. 7 Moreover, if higher than the nominal or other pre-selected value, not one of the parameters (excitation current, or total current, or stator voltage) increases, but these two parameters, in any combination with each other, are three, then the currents from the sensors 5, 6 and 12 will flow through the corresponding input resistors k, 9 and 10 independently of each other. And since each of these currents is a control for the integrator, the rate of change of the output signal of the device will be determined by the combined action of the signals of all the sensors (in the known rate of change of the output signal, as noted in the analysis of the prototype deficiencies, affected by either the stator, or excitation current only). When the output signal of the integrator 1 changes during the operation of the device, the current flowing through the resistor 13 also changes. As a result, when the signal of any of the sensors changes abruptly, the output signal of the device changes ex-, which is more than to some extent corresponds to the nature of the temperature change of a real electric car. The positive effect of the application of the proposed device is. that the accuracy of determining the overheating becomes higher, as a result of which the proposed device gives more reliable information about the temperature violation than the prototype and allows taking the necessary measures more timely, which increases the reliability of the machine. A positive effect is achieved due to the fact that the proposed device takes into account the combined action of the total stator current and the excitation current, as well as the heating effect of losses in the stator gland and the heat output by the machine through its outer surface and through the cooling system. The output of the proposed device can be used in signaling circuits, protection circuits and automatic control circuits of synchronous machines. Since the proposed device provides a more accurate following of its output signal overheating of the machine,

Claims

Claim

A device for protecting against overheating of a synchronous electric machine, comprising an integrator and a direct current source connected to it via a resistor, as well as a stator full current sensor and an excitation current sensor, connected to the integrator input, and an actuator unit connected to the integrator output, characterized in that, in order to improve the accuracy and reliability of operation, it is additionally equipped with three resistors, three blocks of the reference voltage and a voltage sensor of the network, while the excitation current sensor through the first reference voltage block and resistor are connected in turn, the sensor of the full 928507 of the 8th stator current is connected through the second reference voltage block and the first resistor in series, and the mains voltage sensor is connected through the third reference voltage block and the second resistor through 5 sequentially connected to the integrator common input point, moreover, the input and output of the integrator are interconnected through a third resistor.