Примеры схемной реализации тепловой защиты двигателей постоянного и переменного тока

Тепловая защита электрических двигателей. Примеры схемной реализации тепловой защиты двигателей постоянного и переменного тока.

Тепловая защита электродвигателей с помощью алгоритма «Тепловая модель электродвигателя» предназначена для предотвращения повреждения изоляции электродвигателя вследствие теплового действия токов обусловленных симметричными и несимметричными перегрузками, (блокировкой ротора, затянувшимся пуском и самозапусками, обрывов фаз питающей сети и т.д.).

Данный алгоритм позволяет оценить перегрев двигателя косвенно - по значению и длительности протекания тока в обмотках статора.

Часто в электродвигателях устанавливаются датчики измерения температуры в обмотках и активном железе статора. Таким образом, обеспечивается тепловая защита электродвигателя, основанная на результатах непосредственного измерения температуры, что позволяет наиболее полно использовать перегрузочные возможности электродвигателя.

Рассмотрим подробнее тепловую модель электродвигателя, используемую в цифровых устройствах серии БМРЗ [19] (рис. 1).

На рис. 1 приняты такие обозначения:

Iш- расчетный ток двигателя (выбирается равным номинальному току двигателя);

- постоянная времени нагрева электродвигателя, мин;

- постоянная времени охлаждения электродвигателя, мин;

- уставка, при которой разрешено включение электродвигателя после срабатывания защиты, %;

- уставка пуска второй ступени защиты (действует на сигнализацию), %;

- уставка пуска первой ступени защиты (действует на сигнализацию или на отключение), %.

При отсутствии информации о значениях и в документации электродвигателя, их определяют экспериментальным путем по методике, описанной ниже.

Относительная величина перегрева статорных обмоток электродвигателя E_нагр,% за временной интервал работы (нагрева) электродвигателя t_нагр рассчитываетпроцессор цифрового устройства релейной защиты по выражению (38)¹[2]:

где I_экв- эквивалентный ток электродвигателя, А;

I_ш- расчетный ток электродвигателя, А;

E_0,% - относительная величина перегрева двигателя на момент начала процесса нагрева, %. Перегрев электродвигателя при длительной номинальной нагрузке принят за 100%. При температуре обмоток равной температуре окружающей среды E_0,% = 0%;

T_e1- постоянная времени нагрева электродвигателя, мин;

t_нагр- время работы электродвигателя (время нагрева), мин.

Значение эквивалентного тока определяют по формуле (39):

Оптимизация контура регулирования по модульному оптимизму.

При оптимизации контуров регулирования СУ электроприводами широкое

распространение получили два метода стандартной настройки: оптимум по модулю и симметричный оптимум. В процессе настройки регулятору, стоящему вкаждом контуре, придаются определенные динамические свойства, то есть

осуществляется выбор его параметров. Применение этих методов рассмотрим

на примере одноконтурной системы регулирования, показанной на рис. 1, приусловии, что передаточная функция регулятора Wp(s) не определена.

Рис. 1. Структурная схема линейной системы управления

Известно [1], что передаточная функция скорректированной разомкнутой

системы

W(s) = WР(s)WН(s),

где передаточная функция неизменяемой части системы

а передаточная функция объекта регулирования

При настройке на оптимум по модулю передаточная функция разомкнутого контура

где Tμ− малая постоянная времени контура регулирования.

Отсюда передаточная функция регулятора

Постоянная времени источника питания TП, как правило, мала и составляет

примерно 4−7 мс, поэтому можно считать, что ПT Tμ= . Тогда передаточная

функция регулятора будет иметь вид

Постоянная времени источника питания TП, как правило, мала и составляет

примерно 4−7 мс, поэтому можно считать, что ПT Tμ= . Тогда передаточная

функция регулятора будет иметь вид

то есть регулятор получился пропорциональный (П-регулятор). Структурная

схема одноконтурной системы регулирования, настроенной на оптимум по модулю, показана на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема линейной системы управления с П-регулятором

При настройке на симметричный оптимум передаточная функция разомкнутого контура

Отсюда передаточная функция регулятора

то есть регулятор получился пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор):

- передаточный коэффициент регулятора;

- постоянная времени регулятора.

Структурная схема одноконтурной системы регулирования, настроенной

на симметричный оптимум, показана на рис. 3.

В многоконтурных системах каждому звену объекта регулирования соответствует свой регулятор, и оптимизация каждого контура регулирования осуществляется раздельно. Так как в таких системах каждый контур регулирования

является звеном следующего, внешнего по отношению к нему контура, то на-

стройка начинается с внутреннего контура.

Теперь рассмотрим применение методов стандартной настройки на приме-

ре двухконтурной системы регулирования, показанной на рис. 4, при условии,

что передаточные функции регуляторов WР1(s), WР2(s) не определены.

Вначале рассмотрим настройку внутреннего контура на оптимум по модулю.

Передаточная функция неизменяемой части системы

Передаточная функция регулятора

где 2 T μ- малая постоянная времени внутреннего контура регулирования.

Примем 2 ПT Tμ= , тогда

Рис. 4. Структурная схема двухконтурной линейной системы управления

Для того, чтобы получить передаточную функцию ПИ-регулятора, умно-

жим и разделим полученную передаточную функцию на ТМ

- передаточный коэффициент регулятора;

- постоянная времени регулятора.

При настройке внешнего контура регулирования замкнутый внутренний

контур рассматривают как звено с эквивалентной малой постоянной времени

, имеющее передаточную функцию

Тогда структурная схема системы регулирования примет вид, показанный

на рис. 5.

Рис. 5. Упрощенная структурная схема двухконтурной линейной

системы управления

Передаточная функция неизменяемой части системы

Передаточная функция регулятора при настройке внешнего контура на оптимум по модулю

где 1 2 2Э К В T TTμμ= = − малая постоянная времени внешнего контура.

Передаточная функция регулятора будет иметь вид

то есть регулятор получился пропорциональный (П-регулятор). Структурная

схема двухконтурной системы регулирования, настроенной на оптимум по мо-

дулю, показана на рис. 6.

При настройке внешнего контура регулирования на симметричныйопти-

мум замкнутый внутренний контур принимают настроенным на оптимум по

модулю и представляют как звено с эквивалентной малой постоянной времени

2 2Э К В T Tμ= , имеющее передаточную функцию:

Тогда структурная схема системы регулирования примет вид, показанный на

рис. 5, а передаточная функция регулятора

Регулятор получился пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор).

Структурная схема двухконтурной системы регулирования, внешний контур

которой настроен на симметричный оптимум, показана на рис. 7.

1