5.3. Элементы реализации цифровой тепловой защиты
На рис. 5.3 представлена структура тепловой защиты [9].
К блоку осуществляющему решение дифференциального уравнения нагрева, подводятся текущие цифровые действующие значения контролируемых фазных токов lл, 18, lc. При этом для вычисления текущей температуры используется уравнение (5.9).
По аналогии с выражением (5.13) имеем решение для теку
щей температуры t0 (t): |
|
|
|
|
|
|
Лt[ |
l |
] |
|
|
t0 (t)=t0 |
(t-Лt)+- |
Лt 0.. ---+t -t0 (t-Лt) |
, |
(5.17) |
|
't |
|
2 |
|
|
|
|
|
ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
Установка |
Установка |
лt |
t rк |
|
|
|
1.,.-- |
|
- |
|
Iв-+-- |
- |
|
lc-+--- |
t <--- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 • |
|
I (л |
|
|
|
|
r2 |
• ) |
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
dt0 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
+ |
t |
=- |
|
t |
O |
-+t |
|
|
|
|
|
't |
|
|
't |
|
ном |
fи |
окр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ow |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'toxn |
|
|
't |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t0 =t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Установка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
доп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t• |
16
r•=const
Рис. 5.3. Структура темовой защиты
13,
Учет различия постоянных времени наrрева и охлаждения.
't
'tохл
Рис. 5.4. Кривые нагрева (а) и охлаждения (б) объекта
шению токав объекте ниже заданного уровня IQ = (О,05+0,l)Iном в блоке 6 (см. рис. 5.3). При снижении тока ниже значения IQ значение t в рабочей модели изменяется на большее значение
't'охл·
Блок 16 используется в специальных защитах электродвига-
телей и фиксирует пусковой режим (превышение тока пуска In). На это время расчетная температура принимается постоянной.
Упрощенный контроль повторного включения. Отключен ный тепловой защитой объект нет смысла сразу включать сно ва, так как он быстро снова отключится вследствие недостаточ ного охлаждения и повторного возрастания температуры. По этому целесообразно установить критерий охлаждения, при вы полнении которого дается разрешение на повторное включение. В простейшем случае таким критерием является условие сниже ния текущей температуры до значения температуры включения
(5.18)
где k0хл = ю/ оп - коэффициент охлаждения, характеризу ющий допустимую температуру включения.
Время t8м, через которое температура объекта спадает после отключения до значения t м• определится из выражения (5.12) при I = О и замене температуры t0 в начальный момент на тем
пературу оп в момент отключения, а температуры t on на
м = k0хл оп· В результате получим промежуток времени Лt8м, по истечении которого допустимо включение объекта
(5.19)
На рис. 5.3 контроль температуры включения обеспечивает
с |
14 |
|
<), причем разрешение на включение проис |
я блоком |
|
(t:8 |
ходит при |
иксации отключенного состояния объекта (блоки 6, |
7, 15). |
ф |
|
|
|
|
|
Сигнализация предположительиоrо времени отключения. Помимо текущей температуры тепловая модель может вычис лить предположительное время Лtср до отключения объекта. Это время вычисляется таюке на основе выражения (5.12) при за ь ене начальной температуры t8 на вычисляемое из уравнения
(5.17) текущее значение t°(t). Вычисляемое время предположи-
Лtср |
|
имеем t°(t) |
011 Лtср |
о 12 |
о |
о |
Лtном -2- |
tдо11 - tокр · |
lном |
|
|
Учет токов обратной последовательности.
12
2:
2 -
12•
12•
ловой модели.
011
доп 80.,,
.доп·
кр
|
0 |
+-0=- |
12 |
(5.21) |
|
тг· |
|
d ' |
1 |
, дt |
|
- |
|
|
k lном |
|
|
dt |
't |
't |
|
Срабатывание тепловой защиты наступает при условии 0'::::: 1,
т.е. при t0 - кр::::: k2Л 0.., что соответствует перегреву при мак
симально допустимом токе Iдon·
5.4. Токовая защита и контроль числа вмючений электродвиrателя
Токовый контроль пуска двигателя. Непосредственный кон троль пуска двигателя может бЬIТЪ осуществлен путем измере ния значения фазного тока и времени его протекания. При этом может быть выявлено и блокирование (останов ротора). Для контроля времени пуска используется обратнозависимая квад
ратичная токовая характеристика срабатывания [9], отражаю
щая потери энергии I2t,
(5.22)
где 10 - «номинальный» пусковой ток двигателя; Тп - допусти мое время отключения при токе Iп; I - измеряемый ток двига
теля.
Структурно токовый контроль пуска двигателя поясняет
рис. 5.5. |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оrкл. |
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок ротора (0tmaл) |
|
'-----iTropw 01----1 |
|
|
|
|
г--'---1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конrролъ |
|
|
|
> частоты 1--------' |
|
|
|
вращения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
Рис. 5.5. Контроль времени |
|
|
пуска двига еля |
Рис. 5.6. Характеристиха токового контроля пуска двигателя
З
Тторм
Предотвращение перегрева ротора при мноrократнь х
и
чем
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
iA |
|
|
|
Темовая |
|
0'(t) |
|
()) |
Iэк |
м |
|
|
в;.п |
0'(t)>0 |
о |
д |
а |
|
(') |
|
|
|
ель ротор |
|
|
|
|
|
|
') |
|
|
( (' ') |
0'=const |
|
''
ВКЛЮЧеНlfЯ
Рис. 5.8. Структурная схема блокирования сиr11аЛа включения двигателя [9]
теля не допуСI<ается. Помимо указанного изготовителем двига
телей дается минимальная длительность отключенного состоя |
ния |
(дл |
ител н |
о |
сть блокирования сигнала включения ((бл), в те |
|
ь |
|
чение которой существует запрет включения двигателя.
Таким образом, для надежной эксплуатации двигателя необ ходима контрольная функция (блокирование повторного вклю чения), следящая за температурой ротора, рассчитывающая не только температуру ротора, но и границу запрета включения 0эап. При достижении температурой значения езап запрещается следующий пуск двигателя, так как он приводит к перегреву ро тора. Структура функции блокирования повторного включения приведена на рис. 5.8 [9].
В блоке ((формируется эквивалентный ток Iэк для ввода в рас четную тепловую модель. Более близкое приближение к реаль ным условиям нагрева дает учет эффективных значений высших гармоник и дополнительного влияния токов обратной последо вательности в соответствии с выражением (5.20). В зависимос ти от состояния двигателя (включен или отключен), контроли руемого пороговым элементом IQ> (блок 4), в расчетную теп ловую модель (блок 2) вводятся значения t (постоянная нагре
ва) или t03 (постоянная охлаждения). Тепловая модель рассчи тывает текущую температуру ротора 0(t) и границу запрета
включения двигателя 030 (см. ниже). Останов расчета текущей температуры для учета процесса выравнивания температуры в
|
|
|
роторе обеспечивается элементом задержки Твыр• Это происхо |
дит после снижения тока ниже значения |
когда подаются |
сигнал остановки расчета (0' = const) к тепловой модели и сиг |
нал запрета включения двигателя через элементы и |
По ис |
течении времени Твыр оба сигнала прекращаются. Сигнал запре та на включение возникает также при превышении расчетной температурой ротора границы запрета включения (блок Этот сигнал существует промежуток времени, ограниченный време нем запрета включения Тзап (блок 9).
Расчетные параметры защиты ротора при многократных вмючениях. Принципиальным вопросом при выполнении за
щиты ротора от перегрева является нахождение постоянной вре мени тепловой модели 'tp и температурной границы запрета включения 0зап (см. рис. 5.7) на основе технических данных эле
ктродвигателя [9, 30].
Примем следующие обозначения:
t on - допустимая температура перегрева ротора;
t - граница запрета включения двигателя вследствие ожи даемого перегрева ротора при новом включении;
t::iax - максимальная температура ротора, достигаемая при длительном протекании пускового тока;
Тп - максимально допустимое время запуска двигателя;
'tp - постоянная времени нагрева ротора;
пх - число допустимых следующих друг за другом пусков дви гателя из «холодного» состояния;
пг - число допустимых следующих друг за другом пусков дви
гателя из «горячего» состояния (горячим состоянием является состояние длительного режима работы при номинальной нагруз
ке).
Если t кр - температура окружающей среды, то по аналогии с (5.21) рассмотрим в дальнейшем относительные значения температур 0':
to -to
0' окр
Характеристика нагрева имеет при этом вид, приведенный на рис. 5.9, и соответствует нескольким следующим друг за другом пускам двигателя из холодного состояния (в рассматриваемом примере nx = 5).
ра 0;
случае nx = 5,
8' |
в'mu в'.-,n |
в',аn |
|
1,0 |
|
5=11" |
|
|
4=11,.-1 |
|
|
3 |
0,75 |
|
|
|
|
2 |
0,5 |
|
1 i |
0,25 |
|
|
о
Рис. 5.9. Нагрев ротора при пяти последовательно следующих пусках
Относительные температуры 0' на рис. 5.9 соответствуют при веденным выше абсолютным температурам t on, t , t .
При этом первый запуск разогревает ротор до значения 0 0
соответствующего температуре ротора при длительном номи нальном токе, а остальные четыре запуска производятся из «го
рячего» состояния. Таким образом, в данном
nг = 4 (nx - nг = 1).
Поэтому можно приравнять температуры, достигаемые при nx «холодных» и nг «горячих» запусках [30]. С учетом этого и экс поненциального характера нагрева по аналогии с выражением
(5.10) получим конечную допустимую температуру при пуске из «холодного» состояния (относительная начальная температу
=О = 0):
(5.23)
При пуске из «горячего» состояния относительная начальная |
температура 0;= 0 = 0 ом и изменение температуры определяет |
ся выражением |
|
0д, оп --(0max' - 0н' ом )(1 -n,Tn/tp) + 0н'ом· |
(5.24) |
Значения температур на рис. 5.9 и постоянной времени ро-