SU911664A2

SU911664A2 - Dc motor heat model

Info

Publication number: SU911664A2
Application number: SU802895663A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Литвиненко
Original assignee: Воронежский Политехнический Институт
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-03-07

Description

(54) ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО(54) THERMAL MODEL OF PERMANENT ELECTRIC MOTOR

ТОКАCURRENT

Изобретение относитс к электротехнике в частности к системам электропривода .. .This invention relates to electrical engineering, in particular, to electric drive systems.

По основному авт.св. 748641 известна теплова модель, содержаща датчик температуры кор , выполненный в виде обмотки из провода с тем же температурным коэффициентом сопротивлени , как и у проводников обмотки кор , а снаружи обмотка датчика покрыта слоем теплоизолирующего материала , внутри которого расположен термочувствительный элемент. С. целью повышени точности моделировани процессов нагрева и охлаждени кор путем учета вли ни температуры на характеристики магнитной системы и кор машины модель снабжена управл ющим источником переменного тока и демодул тором, вход которого вместе с обмоткой датчика присоединен к выходу источника, а термочувствительный элемент выполнен в виде магнитного сердечника, одинакового с материалом сердечника кор lAccording to the main auth. 748641 a thermal model is known that contains a core temperature sensor, made in the form of a winding from a wire with the same temperature coefficient of resistance as that of the core winding conductors, and outside the sensor winding is covered with a layer of thermal insulating material inside which a temperature-sensitive element is located. The aim is to increase the accuracy of modeling the heating and cooling of the core by taking into account the effect of temperature on the characteristics of the magnetic system and the machine core. The model is equipped with an AC control source and a demodulator, the input of which, together with the sensor winding, is connected to the source output, and the temperature-sensitive element is made the form of a magnetic core, the same as the core material l

Недостатком данного устройства вл етс то, что выходна инфоракаци модели содержит составл ющую, пропорциональную только температурным вариаци м гока, вызванную вариаци миThe disadvantage of this device is that the output information of the model contains a component that is proportional only to the temperature variation of the smoke, caused by variations

сопро ивлёни обмотки кор , и не- полный учет .всех других термоэавис щих параметров, вли ющих на ток кор , в частности изменени сопротивлени перехода полупроводниковых приборов в силовой части привода. Сопротивление полупроводников обычно уменьшаетс с температурой, а не увеличиваетс , как сопротивление обмотки кор .accompanying the windings of the core, and incomplete consideration of all other thermally emitting parameters affecting the current of the core, in particular, changes in the junction resistance of semiconductor devices in the power section of the drive. The resistance of semiconductors usually decreases with temperature, and does not increase as the resistance of the core winding.

Цель изобретени - повышение степени адекватности модели путем учета всех термозависиколх параметров электродвигател . The purpose of the invention is to improve the adequacy of the model by taking into account all thermowell parameters of the motor.

Поставленна цель достигаетс тем, что в модель дополнительно введен трансформа.тор,. первична обмотка кото рого включена либо между дросселем и детектором, либо между дросселем и модул тором, либо паргшлельно обмотке дроссел , а вторична подключена к регулируемому резистору.The goal is achieved by the addition of a transformer. The primary winding of which is connected either between the choke and the detector, or between the choke and the modulator, or a parallel winding of the chokes, and the secondary winding is connected to an adjustable resistor.

На чертеже представлена структурна схема модели.The drawing shows a structural diagram of the model.

Модель содержит модул тор 1, дроссель 2, тепловые парамет15Ы которого рассчитаны в соответствии с критери ми подоби тепловых процессов в электродвигателе, а также дополнительный трансформатор 3 с .резистором 4 во второй обмотке, трансформатор 5 с резистором 6 и трансформатор 7 с резистором 8. Первична обмотка трансформатора 3 включена между дрос селем It и модул тором i, первична о мотка трансформатора 5 включена параллельно дросселю 1, первична обмотка трансформатора 7 включена между дросселем 1 и детектором 9. В простейшеьГ случае, т.е. при невысокой степени адекватности, достаточнъ л вл етс включение лишь трансфор матора 7. Вторичные обмотки трансфор маторов играют роль дополнителкнах подстраиваеьых нагревателей и включены на регулируемые резисторы 4, б и 8. Модель работает следующим образом . Сигнал, пропорциональный току двигател , подаетс с шунта на вход модул тора 1, где модулируетс , например, с промышленной частотой. В приводе переменного тока сигнал с шунта подаетс непосредственно или через трансформатор тока на дроссель с сердечником и обмотками и трансформаторы . В приводе посто нного тока в качестве модул тора может быть использовано любое известное устройство (мультивибратор, пульс-паравибратор , релаксационный генератор иТ .П.). Выходной сигнгип детектирует с детектором и поступает, на вход блока токоограничени . В качестве детектора можно исполь эовать обычный диодный мостовой выпр митель с фильтром дл частоты мод л ции или стабилитрон. Между выходны ми клеммами модул тора 1 (и соответ ственно между входными клеммами детек тора 9) включены дроссель 2 и трансформаторы 3, 5 и 7, служащие дл темпе ратурной стабилизации коэффициента ратной св зи по току. Рассмотрим механизм компенсации температурных вариаций сопротивлени . При нагреве обмотки кор двигат л ее сопротивление увеличивае с , ток кор уменьшаетс . В то же врем происходит нагрев током в цепи обратной св зи обмотки дроссел 2. Это приводит к увеличению ее сопротивлени и, следовательно, к увеличению падени напр жени на дросселе . ИнЕЯли словами, уменьшаетс шунтирующее действие дроссел . В целом это приводит к температурной компен сации изменени сопротивлени . Рассмотрим теперь компенсацию температурных вариаций сопротивлени тиристоров. Увеличение температу1« приводит . обычно к уменьшению сопротивлени перехода тиристора и увеличению ток корной цепи. Это увеличение тока олжно быть скомпенсировано соответствующим образом изменением установки токоограничени , т.е. сигналом с выхода тепловой модели. Следует заметить, что электропривод в целом в тепловом отношении представл ет собой (если в качестве выходной координа.ты использовать температурные изменени тока кор ) последовательно включенные апериодические звень с различными посто нными времени, охваченные или неохваченные обратными св з ми, которые образуют инерционный объект регулировани высокого пор дка. При этом в таком объекте заложены тенденции как к увеличению выходной координаты в течение времени (уменьшение потока вследствие увеличени сопротивлени обмотки возбуждени двигател посто нного тока, соответственное увеличение тока, уменьшение сопротивлени тиристоров, а также увеличение тока из-за уменьшени нагрева от потери в стали при частоте вращени , близкой к нулю), так и к уменьшению выходной координаты (увеличение сопротивлени статорной обмотки машины переменного тока). Вследствие этого по вл етс необходимость введени в модель устройств-аналогов всех значимых измен ющихс от температуры параметров. Предполагаетс , что температура нагрева пропорциональна нагрузке машины и силовой части системы управлени электроприводом. Кроме того, возникает необходимость настройки этих устройств-аналогов в цел х унификации моделей и применени однотипных технических решений в электроприводах с разнообразными двигател ми и силовыми част ми. Этому и служат трансформаторы 3, 5 и 7. Рассмотрим, например, работу трансформатора 7. . Если предположить, что сердечник насыщен, то перегрев первичной обмотки определ етс потер ми в ней и количеством тепла, полученньм от вторичной обмотки и сердечника. Вторична обмотка представл ет собой фактически замкнутый на реостат источник электрической мощности. Перегрев первичной обмотки трансформатора 7 определ етс положением движка резистора 8, т.е. теплсми, полученным от вторичной обмотки, pSacnoложенной на том же каркасе. Эти изменени температуры привод т к соответственному изменению активного сопротивлени , а следовательно, в конечном итоге к уменьшению тока, т.е. уменьшению сигнала на выходе модели. Это изменение может быть соответствующим образом усилено и преобразовано.The model contains modulator 1, choke 2, thermal parameters of which are calculated in accordance with the criteria for the similarity of thermal processes in an electric motor, as well as an additional transformer 3 with resistor 4 in the second winding, transformer 5 with resistor 6 and transformer 7 with resistor 8. Primary the transformer 3 winding is connected between the choke box It and the modulator i, the primary of the transformer coil 5 is connected parallel to the choke 1, the primary winding of the transformer 7 is connected between the choke 1 and the detector 9. In the simplest case, i.e. with a low degree of adequacy, the inclusion of only the transformer 7 is sufficient. The secondary windings of the transformers play a role in addition to the tunable heaters and are connected to adjustable resistors 4, b and 8. The model works as follows. A signal proportional to the motor current is supplied from the shunt to the input of the modulator 1, where it is modulated, for example, with an industrial frequency. In an AC drive, the signal from the shunt is supplied directly or through a current transformer to a choke with a core and windings and transformers. In a DC drive, any known device can be used as a modulator (multivibrator, pulse-paravibrator, relaxation generator, IT.). The output signal is detected with a detector and is fed to the input of the current-limiting unit. A standard diode bridge rectifier with a filter for a modulation frequency or a zener diode can be used as a detector. Between the output terminals of the modulator 1 (and, respectively, between the input terminals of the detector 9), a choke 2 and transformers 3, 5, and 7 are connected, which serve to temporarily stabilize the current coupling factor. Consider the mechanism for compensating for temperature variations in resistance. When the core winding is heated, its resistance increases with, the core current decreases. At the same time, the current in the feedback circuit of the winding of the throttle 2 is heated. This leads to an increase in its resistance and, consequently, to an increase in the voltage drop across the choke. INEIA words, the shunting effect of drossel decreases. In general, this leads to temperature compensation of the change in resistance. Let us now consider the compensation of temperature variations of thyristor resistance. An increase in temperature1 "leads. usually to a decrease in the thyristor junction resistance and an increase in the current of the crown circuit. This increase in current must be compensated accordingly by changing the current limiting setting, i.e. signal from the output of the thermal model. It should be noted that the electric drive as a whole is thermally (if temperature output of the core current is used as the output coordinate) sequentially connected aperiodic links with different time constants, covered or not covered by feedbacks that form the inertial control object high order At the same time, such an object has a tendency to increase the output coordinate over time (decrease in flow due to increase in resistance of the excitation winding of the DC motor, corresponding increase in current, decrease in resistance of thyristors, as well as increase in current due to decrease in heating due to steel loss rotational speed close to zero) and a decrease in the output coordinate (increase in the stator winding resistance of the alternating current machine). As a result, it is necessary to introduce into the model of the device-analogues of all significant temperature-varying parameters. It is assumed that the heating temperature is proportional to the load of the machine and the power section of the electric drive control system. In addition, there is a need to customize these analog devices in order to unify the models and apply the same type of technical solutions in electric drives with various motors and power parts. Transformers 3, 5 and 7 serve this purpose. Consider, for example, the operation of transformer 7. If it is assumed that the core is saturated, then the overheating of the primary winding is determined by the losses in it and the amount of heat received from the secondary winding and the core. The secondary winding is actually a source of electrical power closed to the resistor. The overheating of the primary winding of the transformer 7 is determined by the position of the slider of the resistor 8, i.e. heat obtained from the secondary winding, pSacno laid on the same frame. These changes in temperature lead to a corresponding change in the active resistance, and consequently, ultimately to a decrease in current, i.e. decrease the signal at the output of the model. This change can be amplified and transformed accordingly.

Работа трансформатора 3 с резистором 4 в принципе происходит так же. Мен етс лишь место включени первичной обмотки, по вл етс возможность несколько уменьшить нагрузки в дросселе и детекторе.The operation of the transformer 3 with a resistor 4, in principle, is the same. Only the switching point of the primary winding changes, it becomes possible to somewhat reduce the loads in the choke and detector.

Трансформатор 5 с резистором 6 работает параллельно термочувстви- тельнс у дросселю 2 и вл етс устройством , измен ющим а шлитуду выходного сигнала в. зависимости от Перегрева вторичной обмотки, т.е. положение движка резистора 6. Характер изменени сигнала совпадает с характером изменени сигнала с дроссельного элемента.Transformer 5 with resistor 6 operates in parallel with the heat-sensitive of choke 2 and is a device that changes the output signal's width. Depends on secondary overheating, i.e. the position of the slider of the resistor 6. The nature of the signal change coincides with the nature of the signal change from the throttle element.

Предлагаема теплова модель обеспечивает более попйую адекватность процесса вследствие воэмо жости применени .нескольких траисфо1 аторов, как уменьшакмдах, так и увеличивающих сигиал в соответствии с заданием на. проектирование модели и узла теплового токоограничени , а также возможность подстройки параметров в достаточных .пределах с резисторов подключенных ко вторичной обмотке дополиительных трансформаторов.The proposed thermal model provides a more adequate adequacy of the process due to the use of several transistors, both reduced and increasing the sial according to the task on. design of a model and a thermal current limiting unit, as well as the possibility of adjusting the parameters within sufficient limits from resistors of additional transformers connected to the secondary winding.

Claims

1. Thermal model of a direct current electric motor according to ed.

St. 748641, characterized in that, in order to increase the adequacy of the model by taking into account all the temperature-dependent parameters of the electric motor, a transformer was additionally introduced in it, the primary winding of which is included between

0 choke, and the secondary winding is connected to an adjustable resistor.

2. Model POP.1, characterized in that the primary winding of the auxiliary transformer is connected between the choke and the modulator.

3. A model according to claim 1, characterized in that the primary winding of the auxiliary transformer is connected in parallel with the winding of the choke.

Sources of information taken into account in the examination

five

1. USSR author's certificate 748641, cl. H 02 H 7/08, 197.7.

2

iff

9