Устройство для автоматического регулирования температуры обмоток электрической машины постоянного тока
Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к автоматическим системам контроля и регулирования температуры, а также защиты от перегрева электрических машин. Технический результат, заключающийся в обеспечении поддержания в заданных пределах максимальных значений температуры обмоток электрической машины, достигается тем, что в блок вычисления электрической машины введены блок, содержащий математическую модель электрической машины как теплового объекта, причем на входы блока, содержащего математическую модель, подают сигналы с выходов датчиков тока и напряжения электрической машины, частоты вращения вала электрической машины, частоты вращения вала вентилятора, температуры охлаждающей среды, а также воздействие, корректирующее процесс вычисления значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок коррекции, в котором проводят сравнение рассчитанных и измеренных значений средней температуры обмоток главных и добавочных полюсов, причем на вход блока коррекции подают с выхода блока, содержащего математическую модель, рассчитанные значения средней температуры обмоток главных и добавочных полюсов, с выхода блока измерений - измеренные значения средней температуры этих обмоток, а с выхода блока коррекции подают на вход блока, содержащего математическую модель, воздействие, корректирующее процесс вычисления в этом блоке значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок сравнения, в котором проводят сравнение рассчитанных значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов с заданными значениями и вырабатывают сигналы рассогласования, представляющие собой разность рассчитанных и заданных значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, причем на входы блока сравнения подают рассчитанные значения максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов с выхода блока, содержащего математическую модель, а также заданные значения максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок формирования сигнала управляющего воздействия, который подается с выхода этого блока на вход управляемого привода вентилятора в системе охлаждения электрической машины, причем на входы блока формирования подают сигналы рассогласования с выхода блока сравнения, сигнал о переводе устройства в аварийный режим работы с выхода блока коррекции, а также сигналы с выходов блока расчета величины мощности электрической машины и датчиков тока электрической машины и температуры охлаждающей среды. 2 ил.
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к автоматическим системам контроля и регулирования температуры, а также защиты от перегрева электрических машин, например тяговых электрических машин локомотивов.
Известно электронное моделирующее устройство [1], по величине выходного сигнала которого автоматически ступенями изменяется подача мотор-вентиляторов в системе охлаждения тяговых электродвигателей электровозов. В основу его работы положена аналогия между динамическими процессами нагревания и остывания якорных обмоток электрических машин и процессами заряда и разряда конденсатора в R-C цепи. Недостатками системы, содержащей это устройство, является то, что вследствие ее разомкнутости (если рассматривать ее как автоматическую систему регулирования температуры, на вход исполнительно-регулирующего устройства подается выходной сигнал электронной модели, а не измеренное значение температуры обмоток тяговых электродвигателей), система имеет большую статическую неравномерность и повышенные затраты электроэнергии на функционирование. Известна тяговая электрическая машина постоянного тока [2], содержащая якорь с обмоткой, магнитную систему с обмотками возбуждения и добавочных полюсов, датчик температуры охлаждающей среды, датчик падения напряжения на обмотке добавочных полюсов, датчик тока, блоки, выполняющие операции деления сигнала датчика падения напряжения на сигнал датчика тока и умножения сигналов этих датчиков, блок, выполняющий операцию суммирования сигналов от электрических датчиков и датчика температуры, электропривод вентилятора охлаждения. Недостатком данного устройства является то, что при отключении напряжения питания тяговой электрической машины выходные сигналы блоков, выполняющих операции деления сигнала датчика падения напряжения на сигнал датчика тока и умножения этих сигналов, будут равны нулю и на вход блока суммирования подают только сигнал с датчика температуры охлаждающей среды, что автоматически приведет к уменьшению количества подаваемой охлаждающей среды. При этом количество охлаждающей среды может не соответствовать тому количеству теплоты, которое необходимо отводить от электрической машины для поддержания температуры ее обмоток в заданных пределах. Известно также устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины [3], содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики напряжения и тока электрической машины, датчик падения напряжения на контролируемой обмотке, датчик частоты вращения вала вентилятора, датчик температуры охлаждающего агента, блоки деления и умножения сигналов датчиков напряжения и тока электрической машины, блок вычисления средней температуры обмотки по измеренному значению ее сопротивления в горячем состоянии и коррекции управляющего сигнала по току, мощности электрической машины и температуре охлаждающего агента, блок вычислений, содержащий математическую модель функционирования автоматической системы регулирования температуры электрической машины, позволяющую расчетным путем определять значения температуры контролируемой обмотки при отключении напряжения питания электрической машины по измеренному значению средней температуры обмотки на момент отключения напряжения, количеству и температуре охлаждающего агента, а также блок перехода, подающий команду на передачу функций регулирования либо блоку вычисления средней температуры обмотки в том случае, если напряжение на зажимах электрической машины не равно нулю, либо блоку вычислений, содержащему математическую модель, позволяющую расчетным путем определять значения температуры обмотки при отключении напряжения питания электрической машины (в этом случае напряжение на зажимах электрической машины равно нулю). Устройство позволяет автоматически поддерживать в заданных пределах среднюю температуру контролируемой обмотки независимо от изменения условий и режимов работы электрической машины. Недостатком данного устройства является то, что при этом средняя температура других обмоток электрической машины, в том числе и вращающейся якорной обмотки, может изменяться при изменении тока и мощности электрической машины. Известна математическая модель системы охлаждения тяговых электрических машин локомотивов как объекта регулирования температуры [4]. Система охлаждения рассматривается здесь с позиций теории автоматического регулирования как элемент автоматической системы регулирования температуры. Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, составленную на основании уравнений теплового баланса, описывающую процессы изменения средней температуры обмотки одного добавочного полюса в зависимости от регулирующего (подача охлаждающей среды) и возмущающих (напряжение, ток электрической машины, температура охлаждающей среды) воздействий. Известно также, что в процессе эксплуатации тяговых электрических машин значения максимальной локальной температуры обмоток могут существенно превышать их средние значения [5, 6], и выходить за рамки установленных ГОСТ предельно допустимых по нагреванию значений температуры обмоток [7]. Предлагаемое устройство для автоматического регулирования температуры обмоток электрической машины постоянного тока 1 (см. фиг. 1) содержит канал 2 для охлаждающей среды; вентилятор 3 с управляемым приводом 4; датчик 5 температуры вз охлаждающей среды с преобразователем 6; датчики 7 и 8 падения напряжения















Формула изобретения
Устройство для автоматического регулирования температуры обмоток электрической машины постоянного тока с каналом для охлаждающей среды, содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики тока и напряжения электрической машины, падения напряжения на обмотках главных и добавочных полюсов, частоты вращения вала электрической машины, частоты вращения вала вентилятора, температуры охлаждающей среды, блоки расчета значений омического сопротивления в горячем состоянии обмоток главных и добавочных полюсов, причем на входы этих блоков подают сигналы с выходов датчиков тока электрической машины и падения напряжения на обмотках главных и добавочных полюсов, блок измерений, причем на входы блока измерений подают сигналы с выходов блоков расчета значений омического сопротивления обмоток главных и добавочных полюсов в горячем состоянии, а также значения омического сопротивления этих обмоток в холодном состоянии, блок расчета величины мощности электрической машины, причем на входы этого блока подают сигналы с выходов датчиков тока и напряжения электрической машины, блок вычисления, отличающееся тем, что в последний введены блок, содержащий математическую модель электрической машины как теплового объекта, причем на входы блока, содержащего математическую модель, подают сигналы с выходов датчиков тока и напряжения электрической машины, частоты вращения вала электрической машины, частоты вращения вала вентилятора, температуры охлаждающей среды, а также воздействие, корректирующее процесс вычисления значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок коррекции, в котором проводят сравнение рассчитанных и измеренных значений средней температуры обмоток главных и добавочных полюсов, причем на вход блока коррекции подают с выхода блока, содержащего математическую модель, рассчитанные значения средней температуры обмоток главных и добавочных полюсов, а с выхода блока измерений - измеренные значения средней температуры этих обмоток, с выхода блока коррекции подают на вход блока, содержащего математическую модель, воздействие, корректирующее процесс вычисления в этом блоке значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок сравнения, в котором проводят сравнение рассчитанных значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов с заданными значениями и вырабатывают сигналы рассогласования, представляющие собой разность рассчитанных и заданных значений максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, причем на входы блока сравнения подают рассчитанные значения максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов с выхода блока, содержащего математическую модель, а также заданные значения максимальной локальной температуры якорной обмотки, обмоток главных и добавочных полюсов, блок формирования сигнала управляющего воздействия, который подается с выхода этого блока на вход управляемого привода вентилятора в системе охлаждения электрической машины, причем на входы блока формирования подают сигналы рассогласования с выхода блока сравнения, сигнал о переводе устройства в аварийный режим работы с выхода блока коррекции, а также сигналы с выходов блока расчета величины мощности электрической машины и датчиков тока электрической машины и температуры охлаждающей среды.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 4-2004
Извещение опубликовано: 10.02.2004