Тепловая модель электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 Н 02 Н 7 085

ГОСЗЩАРСТВЕИИЫЙ НОМИТЕТ СССР

« «««. «Ф«:.«««« «

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2895662/24-07 (22) 18..03.80 (46) 07.08.83..Бюл. 9 29 (72) A.Ì.Ëèòâèíåíêî (71) Воронежский политехнический институт

1 (53) 621-316.925-62«83 (088 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 312340, кл. Н 02 Н. 7/08, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 379952, кл. Н 02 H 7/085, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 748641, кл. Н 02 Н 7/085, 1980. (54)(57) тыпловАя моцель. электРодвиГАТЕМя, содержащая датчик температуры в виде обмотки, расположенной на сердечнике, управляемый источник переменного тока, выход которого

„.SUÄÄ1034118 А соединен с обмоткой, и демодулятор, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности моделирования тепловых процессов и унификации, введены термостабилнзированный источник питания и термочувствительный. блок, выполненный на .терморезисторе и двух переменных резисторах, один из которых подключен параллельно терморезистору, а другой соединен с терморезистором последовательно, причем свободный вывод последнего из укаэанных переменного резистора соединен с одним, зажимом стабилизированного источника питания, а точка соединения терморезистора первого резистора и Pg другой зажим стабилизированного источника питания подключены к демодулятору.

7 Р

1О3411а

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронриводах с тепловым токо-. ограничением, применяемых, например, в электромеханических системах промышленных роботов-манипчлятоюов, 5 экструэионных машинах, экскаваторов, электротрансмисии подвижных объектов.

Известна модель электродвигателя, в которой сигнал тока якоря воз- 10 водится в квадрат и пропускается через инерционное звено с постоянной времени, равной постоянной времени нагрева якоря (1 ).

В модели моделируется только од- 15 номассовый нагрев и не учитываются потери в стали машины.

Известна тепловая модель электродвигателя, представляющая собой проводник, соединенный последовательно с самой обмоткой электродвигателя и конструктивно выполненный как секция обмотки якоря, т.е. Физическая модель якоря, но не вращаюцаяся и находящаяся в тех >ке температурных условиях $2).

Для реализации модели требуются специальные конструктивные мероприятия, в частности необходимо предусмотреть место в ме>кдуполюсном пространстве двигателя. Данная модель применима только к приводам малой мощности и микроприводам, поскольку обмотка дополнительной секции включена последовательно с якорем. 35

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тепловая модель электродвигателя, содержащая датчик температуры в виде обмотки из провода с тем же темпе- 4р ратурных коэффициентом сопротивления, . расположенной на сердечнике. Снаружи обмотка покрыта теплоизоляцией.

Модель снабжена управляемым источником переменного тока и демодуля- 45 тором, вход которого вместе с обмоткой присоединен к выходу управляемого источника. Термочувствительный элемент — сердечник выполнен иэ материала одинакового с материалом магнитной цепи якоря двигателя. В случае выполнения цепи токоограничения двигателей постоянного тока на стороне переменного напряжения необходимость в управляемом модуляторе отпадает, функции демодулятора выполняет выпрямитель, включенный через стабилитрон на вход блока управления, вентилями преобразователя (3 .

Недостатками модели .является пониженная точность, обусловленная тем, что сердечник одновременно выполняет функции чувствительного элемента. Это исключает применение апро-65 бированных прецизионных средств измерения температуры.

Кроме того, модель не допускает подстройки параметров. Поэтому в каждом конкретном случае, для каждого типа электропривода необходимо рассчитывать и изготовлять новую модель

Цель изобретения - повышение точности моделирования тепловых процессов и унификации.

Поставленная цель достигается тем, что в тепловую модель электродвигателя, содержащую датчик температуры в виде обмотки, располо>кенной на сердечнике, управляемый источник переменного тока, выход которого соединен с обмоткой, и демодулятор, введены термостабилизированный источник питания и термочувствительный блок, выполненный на терморезисторе и двух переменных резисторах, один из которых подключен параллельно терморезистору, а другой соединен с терморезистором последовательно, причем свободный вывод последнего из указанных переменного резистора соединен с одним зажимом стабилизированного источника питания, а.точка соединения терморезистора первого резистора и другой зажим стабилизированного источника питания подключены к демодулятору.

На фиг. 1 изображена электрическая схема тепловой модели в системе теплового токоограничения электропривода, на фиг. 2 — кбнструктивное выполнение тепловой модели.

Тепловая модель электродвигателя входит в состав узла токоограничения замкнутой системы электропривода. Система имеет двигатель 1, питающийся от тиристорного преобразователя 2. На стороне переменного напряжения питания преобразователя включен трансформатор 3 тока, являющийся источником переменного напряжения, изменяющегося по величине в зависимости от тока нагрузки. Трансформатор тока является модулятором тепловой модели 4 (совокупность узлов, входящих в ее состав обведена пунктиром ). Модель включает в .себя обмотку

5, расположенную на ферромагнитном сердечнике, который рассчитан в тепловом отношении так, что постоянная времени его нагрева и постоянная времени нагрева привода совпадает, а уровень нагрева связан с уровнем нагрева двигателя критериями подобия. В тепловом контакте с обмоткой находится термореэистор б термочувствительного блока, который помещен в пространство между обмоткой и магнитопроводом дросселя. В модель введены стабилизированный источник питания, термочувствительный блок содержит еще два переменных резистора, 1034118 один иэ которых 7 соединен параллельно терморезистору 6, а другой 8 последовательно, причем свободный конец второго переменного резистора

8 соединен с одним зажимом стабилизированного источника питания, а точка соединения терморезистора 6 и первого переменного резистора 7 и второй зажим стабилизированного источника 9 питания подключены к демодулятору 10. На демодулятор (диоды )

10 подается также сигнал с тахогенератора 11. В качестве блока токоограничения обычно используется

Цепочка или мостик стабилитронов с . нагрузочным сопротивлением. Может быть использован и один стабилитрон, шунтирующий вход промежуточного усилителя. И в том и другом случае стабилитрон можно представить в виде эквивалентного диода, последовательно соединенного с источником напряжения. В качестве такого напряжения, изменяющегося в зависимости от температуры привода, выступает сигнал с выхода тепловой модели. Далее сигнал токоограничения подается на промежуточный усилитель 12, на который поступает также сигнал от задатчика 13 и далее поступает на вход системы импульсно-фазового управления преобразователя 2.

Относительное месторасположение элементов модели показано на фиг.2.

Модель расположена на унифицированном блочном основании 14 с разъемной колодкой 15, предназначенной для контактирования с ответным соединением в стойке-сборке. На основании закреплен дроссельный элемент с обмоткой 5 и сердечником 16. С обмоткой и сердечником контактируют термореэистор 6 (их может быть несколько ). Ha основании также укреплены дополнительные элементы 17. К йх числу относят резисторы 7 и 8, диоды демодулятора 10. Выводы источника 9 могут быть подведены через разъемную колодку 15. Панель снабжена ручкой для переноски и вынимания из стойки. Модель может быть. разме-. щена как на отдельной панели, так и на других панелях общей стойки электропривода, если там имеется свободное место.

Система с тепловой моделью работает следующим образом.

Двигатель 1 отрабатывает за.цанный режим работы при помощи блоков системы импульсно-фазового управления, промежуточного усилителя 12 и также ротора 11. В начальный период времени или при работе на небольшой нагрузке двигатель имеет температуру близкую к температуре окружающей среди. Коэффициент обратной связи по току имеет определенное, постоянное значение, определяемое конструктивными параметрами машины и тепловой модели.

При дальнейшей работе системы в каждом из ее элементов происходит преобразование энергии из электрической в тепловую. При этом элементы и система в целом не могут пропустить энергетический поток выше определенной

1О интенсивности. Так, мгновенные значения температуры якоря ограничены различными физическими явлениями, связанными .с фазовыми переходами в проводниках, изоляции, магнитных

15 материалах и приводящими якорь к выходу из строя. При нагреве происходит изменение сопротивления якоря, что приводит к изменению коэффициента передачи цепи токоограничения. рц Изменение температуры якоря происходит вследствие разного рода потерь.

В каждый период разгона и торможения в работу. включается узел упреждающего токоограничения, выполненный в виде нелинейной обратной связи по скорости двигателя, шунтирующей вход усилителя. Сигнал управления автоматически регулируется в функции ЭДС двигателя. Тепловая модель 4 дополнительно вводит сигнал в функцию температуры привода.

В частности, поскольку тепловые процессы в обмотке 5 дросселя подобны во времени тепловым процессам в приводе, сигнал с терморезистора 6 будет пропорционален температуре двигателя. Изменение сопротивления терморезистора преобразуется измерительной схемой, состоящей из источника 9 и переменных резисторов 7 и

40 8, в,сигнал напряжения, пропорционального температуре. Подача этого сигнала через диод эквивалентна включению регулируемой в функции температуры сигнала отсечки по току. Ред5 зистор 8 служит для подстраховки сигнала по амплитуде. Резистор 7 служит для регулировки в некоторых пределах переходной характеристики по температуре, а также для регулирования степени линейности статической температурной характеристики блока теплового токоограничения.

Включение источника напряжения, изменяющегося в функции температуры, эквивалентного по своему действию стабилитрону с изменяемым в функции ..температуры порогом срабатывания.

Повышение точности моделирования достигается за счет того, что в качестве терморезисторов 6 возможно

60 применение чувствительных датчиков, например типов КМТ, ММТ, с температурным коэффициентом сопротивления от 2 до 5%/град., тогда как у обмоточной модели этот коэффициент coc-, g5 тавляет лишь 0,004%/град.

1034118

4

Составитель и Головченко

Редактор С.Юско Техред О.Неце-,.- - Корреитор С.Шекмар

Ю ЮЮ4ВВ ° М .,Заказ 5638/56 Тираж 617 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открЫтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Э 4в

Филиал ППП "Патент.", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. унифицирование достигается тем, что. путем регулирования характеристикй термореэиатора 7 и 8 сопротив."леййямн,одну иту же модель можно использовать как с измененным коэф,фициентом передачи, так и с измененньм йорогом срабатывания. Таким образОм, йовышается универсальность модели, один тип.которой можно ис-. польэовать в различных электроприво. Дам .для различных времен срабатывана@ .

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность,обратной связи по току а следова;тельно, и точность системы в целом.

Это становится Возможным благодаря температурной компенсации сигнала токоограничения как. в статике, так и в динамике. Также это приведет к полному использованию двигателей по нагреву,. т.е. к повышению эффек- тивности работы механизма. В то же время ток двигателя не может превысить допускаемых пределов. Это повышает срок службы изоляции, а следовательно,и самого электродвигателя,а также тиристоров преобразователя.