RU2746053C1 - Water cooling system of electric motor - Google Patents
Water cooling system of electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746053C1 RU2746053C1 RU2019125819A RU2019125819A RU2746053C1 RU 2746053 C1 RU2746053 C1 RU 2746053C1 RU 2019125819 A RU2019125819 A RU 2019125819A RU 2019125819 A RU2019125819 A RU 2019125819A RU 2746053 C1 RU2746053 C1 RU 2746053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- amplifier
- water
- adder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
- H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области частотно-регулируемого асинхронного электропривода и может быть использовано в высокоскоростных технологических машинах типа металлорежущих станков.The proposed invention relates to the field of a frequency-controlled asynchronous electric drive and can be used in high-speed technological machines such as metal-cutting machines.
Системы, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, например, система водяного охлаждения, описанная на сайте reinolds.com.ua/service/serv_nasos/ohlag-dvigatelya.php, состоящая из электродвигателя, насоса, соединенного с его валом, и охлаждающего кожуха двигателя, через который насосом прокачивается вода. Такие системы охлаждения весьма просты, но применимы чрезвычайно ограниченно, т.к. требуют размещения двигателя в водной среде. Последнее обусловливает их использование преимущественно в погружных насосах и не позволяет их устанавливать на технологических машинах, к которым, относятся станки. Вместе с тем существуют системы водяного охлаждения электродвигателей, лишенные отмеченного недостатка, в частности, система, описанная в file: ///С:/Users/user/Desktop/АВ-8000_6000УЗ%20электродвигатель.htm. Эта система по технологической сущности близка к предлагаемой и принята нами за прототип. На указанном сайте она приведена на рис. 6 и включает в себя циркуляционную гидросистему, выполненную в виде соединенных кольцевым, трубопроводом проточной емкости, окружающей подверженные нагреву элементы электродвигателя, насоса для подачи воды в емкость и охладителя воды на выходе ее из емкости. Она содержит также датчики температуры воды и манометры, установленные на трубопроводе на входе и выходе емкости, и регулятор расхода воды, представляющий собой задвижку с электроприводом. Кроме того, в ней имеются водяные фильтры, электроуправляемый вентиль и настроечные дроссели.Systems similar to the proposed one are known. These include, for example, the water cooling system described at reinolds.com.ua/service/serv_nasos/ohlag-dvigatelya.php, consisting of an electric motor, a pump connected to its shaft, and an engine cooling jacket through which water is pumped through the pump. ... Such cooling systems are very simple, but they are extremely limitedly applicable, because require the engine to be placed in an aquatic environment. The latter determines their use mainly in submersible pumps and does not allow them to be installed on technological machines, which include machines. At the same time, there are water cooling systems for electric motors, devoid of the noted drawback, in particular, the system described in file: ///C:/Users/user/Desktop/AV-8000_6000UZ%20electromotor.htm. This system is technologically close to the proposed one and is taken by us as a prototype. On the indicated site, it is shown in Fig. 6 and includes a circulating hydraulic system made in the form of a flow tank connected by an annular pipeline, surrounding the elements of an electric motor subject to heating, a pump for supplying water to the tank and a water cooler at its outlet from the tank. It also contains water temperature sensors and manometers installed on the pipeline at the inlet and outlet of the tank, and a water flow regulator, which is an electrically driven gate valve. In addition, it contains water filters, an electrically controlled valve and tuning chokes.
Система-прототип вполне применима для охлаждения электродвигателей высокоскоростных технологических машин, но обладает низким быстродействием, поскольку регулирование ее работы по данным термометров осуществляется оператором. Но от быстродействия зависит точность поддержания температуры, допустимой при эксплуатации двигателя и, как следствие, долговечность последнего (его межремонтные сроки).The prototype system is quite applicable for cooling the electric motors of high-speed technological machines, but has a low speed, since its operation is regulated by the thermometers by the operator. But the accuracy of maintaining the temperature permissible during engine operation and, as a consequence, the durability of the latter (its overhaul periods) depends on the speed of response.
В связи с изложенным проблемой, подлежащей решению предлагаемой системой охлаждения, явилось повышение быстродействия системы.In connection with the above problem, to be solved by the proposed cooling system, there was an increase in the speed of the system.
Технически решение данной проблемы достигается за счет того, что система водяного охлаждения электродвигателя, содержащая циркуляционную гидросистему, выполненную в виде соединенных кольцевым трубопроводом проточной емкости, окружающей подверженные нагреву элементы электродвигателя, насоса для подачи воды в емкость и охладителя воды на ее выходе из емкости, датчик температуры воды, установленный на участке трубопровода между емкостью и охладителем, и регулятор расхода воды, отличается от прототипа тем, что она снабжена датчиком фазного тока электродвигателя, выход которого через фильтр низкой частоты соединен с частотомером и параллельным последнему сглаживающим фильтром, блоком возведения сигнала в степень «одна и три десятых», вход которого соединен с выходом частотомера, а выход - со входом первого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, блоком возведения сигнала в «квадрат», вход которого соединен со сглаживающим фильтром, а выход - со входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, компаратором, прямой вход которого соединен с задатчиком предельно допустимый температуры воды, инверсный - с выходом датчика температуры воды, а выход - со входом третьего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, первым трехвходовым сумматором, первый вход которого через блок задержки и инвертор соединен с выходом третьего усилителя, второй вход соединен напрямую с выходом третьего усилителя, а третий вход - напрямую с выходом второго усилителя, вторым трехвходовым сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход - с выходом третьего усилителя, а третий - с выходом первого усилителя, при этом насос выполнен регулируемым по производительности, регулятор расхода воды выполнен в виде регулятора производительности насоса, а вход регулятора соединен с выходом второго сумматора.Technically, the solution to this problem is achieved due to the fact that the water cooling system of the electric motor, containing a circulating hydraulic system, made in the form of a flow tank connected by an annular pipeline, surrounding the elements of the electric motor subject to heating, a pump for supplying water to the tank and a water cooler at its outlet from the tank, a sensor water temperature, installed on the section of the pipeline between the tank and the cooler, and the water flow controller, differs from the prototype in that it is equipped with a phase current sensor of the electric motor, the output of which through a low-frequency filter is connected to a frequency meter and parallel to the last smoothing filter, a signal raising unit "One and three tenths", the input of which is connected to the output of the frequency meter, and the output is connected to the input of the first amplifier with adjustable gain, the signal squaring unit, the input of which is connected to the smoothing filter, and the output to the input of the second amplifier with adjustable th gain, a comparator, the direct input of which is connected to the setpoint of the maximum permissible water temperature, inverse - to the output of the water temperature sensor, and the output - to the input of the third amplifier with adjustable gain, the first three-input adder, the first input of which is connected through the delay unit and the inverter with the output of the third amplifier, the second input is connected directly to the output of the third amplifier, and the third input is directly connected to the output of the second amplifier, the second three-input adder, the first input of which is connected to the output of the first adder, the second input to the output of the third amplifier, and the third to the output the first amplifier, while the pump is made adjustable in capacity, the water flow regulator is made in the form of a pump capacity regulator, and the input of the regulator is connected to the output of the second adder.
Схема предлагаемой системы приведена на фиг. 1. На фиг. 2 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие работу входящих в систему фильтров.The scheme of the proposed system is shown in Fig. 1. In FIG. 2 shows timing diagrams illustrating the operation of the filters included in the system.
Система водяного охлаждения электродвигателя 1, питающегося от частотного преобразователя 2, содержит циркуляционную гидросистему, выполненную в виде соединенных кольцевым трубопроводом проточной емкости 3, окружающей подверженные нагреву элементы электродвигателя 1, насоса 4 для подачи воды в емкость и охладителя 5 воды на ее выходе из емкости, датчик температуры воды 6, установленный на участке 7 трубопровода между емкостью 3 и охладителем 5, и регулятор 8 расхода воды.The water cooling system of the electric motor 1, powered by the
Дополнительно она снабжена датчиком 9 фазного тока электродвигателя 1, выход которого через фильтр низкой частоты 10 соединен с частотомером 11 и параллельным последнему сглаживающим фильтром 12, блоком 13 возведения сигнала в степень «одна и три десятых», вход которого соединен с выходом частотомера, а выход - со входом первого усилителя 14 с регулируемым коэффициентом усиления Км, блоком 15 возведения сигнала в «квадрат», вход которого соединен со сглаживающим фильтром 12, а выход - со входом усилителя 16 с регулируемым коэффициентом усиления Кэ, компаратором 17, прямой вход которого соединен с задатчиком 18 предельно допустимой температуры воды, инверсный - с выходом датчика температуры 6 воды, а выход - со входом третьего усилителя 19 с регулируемым коэффициентом усиления Кt, первым трехвходовым сумматором 20, первый вход которого через блок задержки 21 и инвертор 22 соединены с выходом третьего усилителя 19, второй вход соединен напрямую с выходом третьего усилителя 19, а третий вход - напрямую с выходом второго усилителя 16, вторым трехвходовым сумматором 23, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора 20, второй вход - с выходом третьего усилителя 19, а третий - с выходом первого усилителя 14, при этом насос 4 выполнен регулируемым по производительности, регулятор 8 расхода воды выполнен в виде регулятора производительности насоса, а вход регулятора соединен с выходом второго сумматора 23.Additionally, it is equipped with a phase
Работа системы основана на использовании известных соотношений, описывающих потери асинхронного частотно-регулируемого двигателя:The operation of the system is based on the use of well-known ratios describing the losses of an asynchronous frequency-controlled motor:
где Рэ - электрические потери в обмотках двигателя; Iф - фазный ток обмотки; rа - активное сопротивление обмотки;where R e - electrical losses in the motor windings; I f - phase current of the winding; r a - active resistance of the winding;
где Рм - магнитные потери в двигателе; к - поправочный коэффициент; - удельные потери в стали на единицу массы при индуктивности 1 Гл и частоте 50 Гц; В - среднее значение индукции; fн - частота напряжения питания двигателя; М - масса сердечника.where Рм - magnetic losses in the motor; k - correction factor; - specific losses in steel per unit mass at an inductance of 1 GL and a frequency of 50 Hz; B is the average value of induction; fн - frequency of the motor supply voltage; M is the mass of the core.
С достаточной для практики точностью правомерно считать, что для конкретного двигателяWith sufficient accuracy for practice, it is legitimate to assume that for a particular engine
где Кэ и Км - некоторые постоянные коэффициенты. Поскольку Рэ и Рм вызывают нагрев двигателя при его работе, но он происходит с некоторым запаздыванием по отношению к ним, то целесообразно определенное «упреждение», увеличивающее производительность насоса, входящего в систему, сразу же после увеличения Рэ и Рм, не дожидаясь, когда температура двигателя недопустимо возрастает. Когда температура начинает возрастать, то, очевидно, производительность насоса тоже следует увеличивать. Причем выполнять это имеет смысл тем быстрее, чем быстрее температура двигателя растет. Если все это учесть, то система охлаждения будет обладать весьма высоким быстродействием.where K e and K m are some constant coefficients. Since R e and R m cause the engine to heat up during its operation, but it occurs with some delay in relation to them, then a certain "lead" is advisable, increasing the productivity of the pump entering the system, immediately after an increase in R e and R m , not waiting for the engine temperature to rise unacceptably. When the temperature starts to rise, then obviously the pump performance should also be increased. Moreover, it makes sense to do this the faster, the faster the engine temperature rises. If all this is taken into account, then the cooling system will have a very high speed.
Перед эксплуатацией двигателя, оснащенного предложенной системой водяного охлаждения, ее необходимо настроить. Для этого усилители 14 и 16 регулируют, делая их коэффициенты усиления, соответственно равными Км и Кэ, рассчитанными заранее в зависимости от параметров двигателя 1. Коэффициент усиления Кt регулируют на основе предварительных пробных запусков двигателя. После этого задатчиком 18 вводят в систему сигнал, эквивалентный допустимому значению температуры нагрева двигателя tз, и включают двигатель. На выходе датчика 9 появляется сигнал, имеющий вид, показанный на первой временной диаграмме на фиг. 2. Проходя через фильтр 10, он превращается в сигнал, показанный на второй временной диаграмме, а проходя через фильтр 12 - в сигнал, показанный на третьей временной диаграмме. Частотомер 11 выдает сигнал, соответствующий частоте питающего двигатель напряжения f, на выходе блока 13 появляется сигнал f1,3, а на выходе усилителя 14 - сигнал Kм⋅f'1,3. На выходе фильтра 12 возникает сигнал, в среднем равный I, на выходе блока 15 - сигнал I2, а на выходе усилителя 16 - сигнал Кэ⋅I2. При возрастании температуры tф - фактической температуры, отображаемой сигналом датчика 6, на выходе компаратора 17 имеет место возрастающий сигнал (t3-tф)=Δt, а на выходе усилителя 19 - сигнал Кt⋅Δt. Он поступает на сумматор 20 непосредственно, а на инвертор 22 - с задержкой на время τ, обусловленной применением блока 21.Before operating an engine equipped with the proposed water cooling system, it must be set up. For this,
Сигналы на выходе инвертора 22 и усилителя 19 отличаются на величину Δ(Кt⋅Δt), характеризующую скорость изменения сигнала Кt⋅Δt. Сумматор 20 алгебраически складывает Кэ⋅I2 и Δ(Кt⋅Δt), а затем сумматор 23 складывает сигнал Кэ⋅I2+Δ(Кt⋅Δt) с сигналами Kt⋅Δt и Км⋅t1,3. В результате на выходе сумматора 23 окажется сигнал, отображающий электрические потери в двигателе, магнитные потери, температуру на выходе проточной емкости и скорость ее изменения. Этот сигнал, поступая на регулятор 8, заставляет соответствующим образом работать насос, обеспечивая определенную скорость циркуляции воды в гидросистеме. При увеличении частоты f питающего двигатель напряжения, тока I, температуры t или скорости увеличения последней, скорость циркуляции воды будет возрастать. В противном случае - снижаться. Так как факторов, инициирующих указанные увеличение или снижение четыре, причем два из них действуют с «упреждением», то происходить это будет достаточно быстро.The signals at the output of the
Быстро будет осуществляться и необходимый и достаточный теплоотвод от двигателя. А это, в свою очередь, повлечет за собой повышение точности поддержания температуры, допустимой при эксплуатации двигателя, повышение экономичности системы (насосу не нужно будет всегда работать с максимальной производительностью) и повышение долговечности двигателя.The necessary and sufficient heat removal from the engine will be carried out quickly. And this, in turn, will entail an increase in the accuracy of maintaining the temperature permissible during engine operation, an increase in the economy of the system (the pump will not always need to work at maximum performance) and an increase in the durability of the engine.
Таким образом, предлагаемая система водяного охлаждения электродвигателя обеспечивает существенный технический результат, проистекающий из увеличения ее быстродействия.Thus, the proposed water cooling system for an electric motor provides a significant technical result resulting from an increase in its speed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125819A RU2746053C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Water cooling system of electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125819A RU2746053C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Water cooling system of electric motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2746053C1 true RU2746053C1 (en) | 2021-04-06 |
Family
ID=75353527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125819A RU2746053C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Water cooling system of electric motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2746053C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1584026A1 (en) * | 1988-02-10 | 1990-08-07 | Предприятие П/Я А-7306 | Device for protecting of air-cooled apparatus from overheating |
RU2121209C1 (en) * | 1997-02-11 | 1998-10-27 | Российский государственный открытый технический университет путей сообщения | Device for automatic control of electrical machine temperature |
JPH11229430A (en) * | 1998-02-12 | 1999-08-24 | Yutani Heavy Ind Ltd | Heater for construction machine |
RU2323512C2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-04-27 | Э.Он Сверие Аб | Electrical machine |
-
2018
- 2018-12-21 RU RU2019125819A patent/RU2746053C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1584026A1 (en) * | 1988-02-10 | 1990-08-07 | Предприятие П/Я А-7306 | Device for protecting of air-cooled apparatus from overheating |
RU2121209C1 (en) * | 1997-02-11 | 1998-10-27 | Российский государственный открытый технический университет путей сообщения | Device for automatic control of electrical machine temperature |
JPH11229430A (en) * | 1998-02-12 | 1999-08-24 | Yutani Heavy Ind Ltd | Heater for construction machine |
RU2323512C2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-04-27 | Э.Он Сверие Аб | Electrical machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2681390C2 (en) | Sensorless adaptive pump control with self-calibration apparatus for hydronic pumping system | |
CN100488018C (en) | Electric powder converting apparatus and control method for the apparatus | |
JP5414206B2 (en) | How to obtain the temperature of the pumping fluid of the centrifugal pump | |
RU2680474C2 (en) | Device (options) and method for pump differential pressure and flow monitoring | |
US10044306B2 (en) | Systems and methods for controlling a permanent magnet synchronous motor | |
US20120056571A1 (en) | Electric drive system | |
Safin et al. | Calculation of the efficiency and power consumption of induction IE2 and synchronous reluctance IE5 electric drives in the pump application based on the passport specification according to the IEC 60034-30-2 | |
RU2746053C1 (en) | Water cooling system of electric motor | |
CN106655953B (en) | No electrolytic capacitor motor driven systems and its field weakening control method and control device | |
RU2377444C2 (en) | Circulation pump for heating and/or conditioning systems, method for determining parametre typical for such system, and system itself | |
CN102694500B (en) | Speed Searching Device for Inverter and Its Induction Motor | |
US4881022A (en) | Method and/or apparatus for controlling the motor speed of an electric AC motor and/or a method of determining torque | |
RU2461951C1 (en) | Adaptation method of current limitation set point for formation of start-up and braking trajectories of asynchronous motors of pump units | |
AU2018226492A1 (en) | Power-loss ridethrough system and method | |
KR101993758B1 (en) | Inverter for pumps applying pressure sensorless algorithm | |
RU136939U1 (en) | CONTROL DEVICE FOR SYNCHRONOUS FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE OF MAIN PUMPS | |
RU2498115C1 (en) | Turbine unit optimal control system | |
CN110646732A (en) | Solution loss test platform and method suitable for shielded motor | |
RU2718091C1 (en) | Method of pressure stabilization of a pump unit with asynchronous electric drive | |
RU2610909C1 (en) | Method for fluid flow rate determination for centrifugal pumps with asynchronous electric drives | |
US20170214352A1 (en) | Method for Controlling the Motor of a Synchronous Reluctance Motor for a Pump and Pump Comprising a Synchronous Reluctance Motor | |
RU2770528C1 (en) | Centrifugal pump control system | |
RU2825919C1 (en) | Submersible centrifugal pump control system | |
RU2687175C1 (en) | Control system of electric drive of pump unit and method of operation of system | |
US20240369082A1 (en) | Controlling a hydraulic power unit for material testing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210125 |