SU811388A1

SU811388A1 - Device for thermal protection of electric machine

Info

Publication number: SU811388A1
Application number: SU782632160A
Authority: SU
Inventors: Иван Петрович Сыч
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1981-03-07

Description

1one

Изобретение относитс к аппаратостроению и эксплуатации электрооборудовани и может быть использовано во всех отрасл х народного хоз йства дл защиты электрических машин от недопустимого перегрева в аварийных режимах и дл проведени тепловых измерений в электрических машинах с целью определени уровн нагрузки и использовани изол ционных материалов .The invention relates to the engineering and operation of electrical equipment and can be used in all sectors of the national economy to protect electrical machines from unacceptable overheating in emergency conditions and to conduct thermal measurements in electrical machines to determine the level of load and the use of insulating materials.

Известно устройство по авт. св. № 600654, близкое по технической сущности к устройству дл тепловой защиты электрической машины 1, состо щее из блока измерени , выполненного из встроенного в машину термодатчика, блока контрол нагрузки электрической машины, на вход которого подаетс параметр, характеризующий нагрузку машины (ток, момент, скольжение и пр.), а выход подключен к первому входу блока питани , один выход которого подключен на вход блока измерени , выход которого через управл ющий блок подключен к исполнительному блоку. В этом устройстве, в частности, блока контрол нагрузки состоит из токового реле, включенного в цепь питани электрической машины, замыкающий контакт которого управл ет величиной тока, проход щегоIt is known device auth. St. No. 600654, close to the technical entity to the device for thermal protection of the electric machine 1, consisting of a measurement unit, made of a temperature sensor built into the machine, a unit controlling the load of the electric machine, to the input of which a parameter characterizing the load of the machine (current, moment, slip and so forth), and the output is connected to the first input of the power supply unit, one output of which is connected to the input of the measuring unit, the output of which through the control unit is connected to the execution unit. In this device, in particular, the load control unit consists of a current relay connected to the power supply circuit of an electrical machine, the closing contact of which controls the amount of current flowing

через термодатчик, в функциональной зависимости от тока нагрузки машины, и тем самым реализует способ тепловой защиты, описанный в этом же свидетельстве. Согласно этому способу дл обеспечени оптимальной точности следовани температуры термодатчика за температурой обмотки путем исключени вли ни инерционности его подогревают пропускаемым током в течение времени работы мащины, причем величину тока поддерживают в функциональной зависимости от ее нагрузки по уравнению:through the thermal sensor, in functional dependence on the load current of the machine, and thus realizes the method of thermal protection described in the same certificate. According to this method, in order to ensure optimal accuracy of the temperature of the temperature sensor behind the winding temperature, by eliminating the inertia effect, it is heated by the transmitted current during the operation time of the mask, and the current is maintained functionally dependent on its load by the equation:

/А. - / 1 / /BUT. - / one /

(1)(one)

где /R -where / r -

ток в цепи питани термодатчика;current in the power supply circuit of the sensor;

/м - плотность тока в обмотке; ри - удельное сопротивление обмотки; Ст - удельна объемна теплоемкость/ m is the current density in the winding; ri is the resistivity of the winding; St - specific volumetric heat capacity

обмотки;windings;

CR - теплоемкость термодатчика; KR - сопротивление термодатчика. Указанное устройство достаточно точно реализует способ при использовании термодатчика , сопротивление которого до достижении температуры срабатывани пракТйчёскй не измен етс (например позистора ). Но дл получени характеристик нагрева электрической машины в различных режимах работы и в течение всего времени работы необходимо примен ть термодатчик по возможности с наибольшим температурным коэффициентом сопротивлени на всем диапазоне рабочих температур. Это необходимо дл обеспечени максимальной чувствительности устройства и достаточной точности контрол теплового состо ни электрической машины. Но одновременно с увеличением температурного коэффициента сопротивлени возрастает и погрешность измерени . Так, например, нагрев термодатчика с посто нным температурным коэффициентом сопротивлени при адиабатическом нагреве обмотки с достаточной точностью описываетс выражением: 1 -t- а;г Погрешность измерени , как разность между температурой меди и термодатчика, в любой момент времени равна: л в,„41-тг ) «J е„„ 11 - -Г-:1 + V1 + тРк R I ,,X тРд«Л j V где вл - превышение температуры термодатчика над температурой окружающей электрическую мащину среды, град; - адиабатическа скорость нагрева обмотки электрической машины , град/с; t - врем работы; - тепловое сопротивление между термодатчиком и обмоткой; PR - мощность, выдел юща с в термодатчике в начальный момент времени; ал - температурный коэффициент мощности термодатчика, равный изменению его мощности при нагреве на один градус; вин - адиабатическа скорость нагрева термодатчика в начальный момент времени, град/с. Из выражени (3) следует, что погрещность измерени вл етс функцией и от величины температурного коэффициента мощности, а следовательно и от температурного коэффициента сопротивлени . Аналогичный вывод следует и при рассмотрении других нестационарных режимов работы электрической машины и других типов термодатчиков. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO 55 60 65 Поэтому главным недостатком вышеуказанного устройства вл етс невозможность компенсации погрешности измерени от вли ни термовыделени в теле термодатчика от температурного изменени протекаюшего по нему тока. Целью насто ш,его изобретени вл етс повышение точности контрол теплового состо ни электрической машины путем снижени вли ни тепловыделени в теле термодатчика от температурного изменени протекающего по нему измерительного тока. Поставленна цель достигаетс тем, что в описанную структурную схему устройства дополнительно введен блок сравнени , один вход которого подключен к второму выходу блока питани , другой - к выходу блока измерени , а выход через управл юЩий блок подключен к исполнительному блоку и на второй вход блока питани . Данное конструктивное решение дл исключени погрешности от вли ни температурного коэффициента сопротивлени позвол ет мощность, выдел ющуюс на термодатчике, поддерживать практически независимой от температуры нагрева (). Так, например, дл термодатчика с посто нным положительным коэффициентом сопротивлени мощность Л(14-Авд) Анализиру выражение (4), можно сделать вывод, что дл соблюдени указанного услови необходимо измен ть напр жение на термодатчике по определенному закону в функции от температуры нагрева. В данном случае поддерживать его равным: + kQK В выражени х (4) и (5): UK - напр жение на термодатчике в в любой момент времени; и - напр жение на термодатчике в начальный момент времени; R - сопротивление термодатчика в начальный момент времени; k - температурный коэффициент сопротивлени . Так как наличие блока контрол нагрузки позвол ет обеспечивать равенство начальных скоростей нагрева обмотки и термодатчика (), то погрешность по выражению (3) становитс равной нулю. На чертеже представлена структурна схема устройства дл тепловой защиты электрической мащины. Устройство содержит блок питани 1, к которому подключены выход блока контрол нагрузки 2 и выход управл ющего блока 3; блок измерени 4, подключенный к выходу блока питани и входу блока сравнени 5, который дополнительно св зан с выходом блока питани и входом управл ющего блока, и исполнительный блок 6, подключенный на выход управл ющего блока и на вход коммутирующего блока 7. CR is the heat capacity of the thermal sensor; KR is the resistance of the sensor. The said device rather accurately implements the method when using a thermal sensor, the resistance of which does not change until the operation temperature is reached (for example, the posistor). But in order to obtain the characteristics of the heating of the electric machine in various operating modes and during the whole period of operation, it is necessary to use a thermal sensor with the highest possible temperature coefficient of resistance over the entire range of operating temperatures. This is necessary to ensure maximum sensitivity of the device and sufficient accuracy in monitoring the thermal state of the electric machine. But simultaneously with an increase in the temperature coefficient of resistance, the measurement error also increases. For example, heating a temperature sensor with a constant temperature coefficient of resistance during adiabatic heating of a winding is described with sufficient accuracy by the expression: 1 -t-a; g Measurement error, as the difference between the temperature of the copper and the temperature sensor, is at any time: 41-tg) “J e„ „11 - -Г-: 1 + V1 + tRk RI ,, X tRd“ j j V where where is the temperature of the temperature sensor above the temperature of the surrounding electric power circuit, degrees; - adiabatic heating rate of the winding of an electric machine, degrees / s; t - work time; - thermal resistance between the thermal sensor and the winding; PR is the power released in the temperature sensor at the initial moment of time; al is the temperature coefficient of the power sensor temperature, equal to the change in its power when heated by one degree; wines - adiabatic heating rate of the thermal sensor at the initial time, deg / s. From the expression (3) it follows that the measurement error is a function of both the magnitude of the temperature power factor, and hence the temperature coefficient of resistance. A similar conclusion follows when considering other non-stationary modes of operation of the electric machine and other types of thermal sensors. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO 55 60 65 Therefore, the main disadvantage of the above device is the inability to compensate for measurement errors from the influence of thermal emission in the body of the thermal sensor from the temperature change of the current flowing through it. The purpose of the present invention is to improve the accuracy of monitoring the thermal state of an electric machine by reducing the effect of heat generation in the body of a thermal sensor on the temperature change of the measuring current flowing through it. The goal is achieved by adding a comparison unit to the described block diagram of the device, one input of which is connected to the second output of the power supply unit, the other to the output of the measuring unit, and the output through the control unit is connected to the executive unit and to the second input of the power supply unit. This constructive solution, in order to eliminate the error due to the influence of the temperature coefficient of resistance, allows the power released at the temperature sensor to be maintained almost independent of the heating temperature (). So, for example, for a sensor with a constant positive resistance coefficient power L (14-AED) Analyzing expression (4), it can be concluded that to meet this condition, it is necessary to vary the voltage on the sensor according to a certain law as a function of the heating temperature. In this case, keep it equal: + kQK In expressions (4) and (5): UK is the voltage at the temperature sensor at any time; and - voltage at the temperature sensor at the initial moment of time; R is the resistance of the sensor at the initial moment of time; k is the temperature coefficient of resistance. Since the presence of the load control unit ensures the equality of the initial heating rates of the winding and the thermal sensor (), the error in expression (3) becomes zero. The drawing shows a block diagram of a device for thermal protection of electrical maschine. The device contains a power supply unit 1, to which the output of the load control unit 2 and the output of the control unit 3 are connected; a measurement unit 4 connected to the output of the power supply unit and an input of the comparison unit 5, which is additionally connected with the output of the power supply unit and the input of the control unit, and an execution unit 6 connected to the output of the control unit and to the input of the switching unit 7.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При любом режиме работы машины на вход блока контрол нагрузки 2 поступает возмущающий сигнал I(t), и на выходе по вл етс сигнал в функнии от нагрузки электрической маншиы, который воздействует на блок нитани 1 и тем самым уиравл ет величиной тока в цепи блока измерени 4 по закону (1). Одновременно на блок измерени воздействуют тепло обмотки электрической машины и потери в самом термодатчике, ноэтому на выходе этого блока сигнал будет функционально зависим как от нагрузки электромашины, так и от изменени температуры термодатчика. Этот суммарный сигнал подаетс на один вход блока сравнени 5, а на другой вход этого блока постуиает опорный сигнал с выхода блока питани , равный или пропорциональный сигналу, поступающего с этого же блока на блок измерени и функционально зависимый от нагрузки.In any mode of operation of the machine, the disturbance signal I (t) arrives at the input of the load control unit 2, and the output appears as a function of the load of electric stream, which acts on the thread assembly 1 and thereby corrects the current value in the measurement circuit 4 according to the law (1). At the same time, the measuring unit is affected by the heat of the winding of the electric machine and the loss in the thermal sensor itself, but, therefore, at the output of this unit, the signal will functionally depend on both the load of the electric machine and the temperature change of the thermal sensor. This total signal is fed to one input of the comparator unit 5, and to the other input of this unit the reference signal from the output of the power supply unit, equal to or proportional to the signal from the same unit to the measuring unit and functionally dependent on the load, is posed.

В блоке сравнени 5 оба сигнала сравниваютс , выдел етс (например, путем вычитани этих сигналов) и поступает на выход сигнал, зависимый только от температуры (от изменени сопротивлени термодатчика ). Этот сигнал усиливаетс и преобразуетс в управл ющем блоке 3 и подаетс на второй вход блока питани , через который он измен ет напр жение на термодатчике по выражению (5), поддержива мощность на нем не зависимой от изменени сопротивленн . Кроме того, этотIn comparison block 5, both signals are compared, extracted (for example, by subtracting these signals) and the output signal is dependent only on temperature (on the change in resistance of the thermal sensor). This signal is amplified and transformed in the control unit 3 and is fed to the second input of the power supply unit through which it changes the voltage on the temperature sensor according to expression (5), maintaining the power on it independent of the change in resistance. In addition, this

сигнал подаетс и на исполнительный блок, который в зависимости от величины поступающего на него сигнала управл ет работой электрической машины через коммутирующий блок 7 и фиксирует ее тепловое состо ние на измерительных приборах.the signal is also supplied to the executive unit, which, depending on the magnitude of the signal supplied to it, controls the operation of the electric machine through the switching unit 7 and records its thermal state on the measuring instruments.

Использование предлагаемого устройства дл контрол теплового состо ни электрической NiauiHHbi позвол ет производить тепловые измерени с большей точностью, так как практически исключаетс вли ние пнериионпости термодатчиков п температурного изменени протекающего через него тока на величину погрешности измерени , что иозвол ет с большей достоверностью судить о тепловых нагрузках конструктивных элементов электрической машины и предотвращать их перегрев в аварийных режимах.The use of the proposed device for monitoring the thermal state of an electric NiauiHHbi makes it possible to perform thermal measurements with greater accuracy, since the influence of the temperature of the temperature sensors of the temperature change of the current flowing through it on the magnitude of the measurement error is virtually eliminated, which makes it more reliable to judge the structural loads elements of the electric machine and prevent their overheating in emergency conditions.

Claims

Invention Formula

Device for thermal protection of an electric machine according to ed. St. No. 600654, characterized in that, in order to increase accuracy by reducing the influence of heat generation in the body of the sensor from the measuring current flowing through it, it is additionally equipped with a sravpenn unit, one input of which is connected to the second output of the power supply unit, the second input of the comparison unit and connected to the output the measurement unit, and the output of the comparison unit through the control unit is connected to the executive unit and to the second input of the power unit.

Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate No. 600654, cl. And 02H 5/04, 1975 (prototype).