NO811005L - Fremgangsmaate og anordning til bestemmelse av en asynkronmotors temperatur - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt motorvern for asynkronmotorer. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og en anordning til bestemmelse av en asynkronmotors temperatur av overvåkingshensyn, slik at motoren kan be-skyttes mot overbelastning.

Asynkronmotorer er for tiden de elektriske motorer som

er billigst og tåler mest. Med økende temperatur i viklingene minsker imidlertid levetiden for isolasjonen i buntene, dvs.

at denne brytes ned hurtigere ved høyere temperatur. For å

sikre en ønsket levetid kreves det derfor en overvåking av viklingstemperaturen, slik at denne kan hindres i å stige til ikke godtakbare verdier.

For bestemmelse av motorens viklingstemperatur finnes

det et antall forskjellige metoder. Mest benyttet er metoden å beregne tidsintegralet av forskjellen mellom tapseffekt og bortkjølt effekt, dvs. integralet / K^ (I 2-K2AT)dt, hvor tapseffekten antas å være proporsjonal med kvadratet av motorstrøm-mens verdi I, og den bortkjølte effekt antas å være proporsjonal med forskjellen AT mellom motorviklingens temperatur og omgivelsestemperaturen. Verdien av dette tidsintegral frembringes vanligvis med bimetallreléer hvor bimetallene varmes opp av motorstrømmen og kjøles av den omgivende luft. Ulempen med denne fremgangsmåte er de uunngåelige forskjeller mellom motor og bimetallreléene når det gjelder tidskonstantene for oppvarming og avkjøling samt omgivelsestemperaturen.

Ved anvendelse av elektronisk apparatur som bygger på samme prinsipper som beskrevet ovenfor kan det riktignok oppnås en bedre overensstemmelse med motorens parametre, men fremdeles er det nødvendig å gjøre antagelser når det gjelder f.eks. om-givelsestemperatur og avkjølingstakt.

Dersom man ønsker å oppnå en mer nøyaktig bestemmelse av motortemperaturen gjenstår for tiden ingen annen mulighet enn montering av en form termometer i selve motoren. Som eksempel

kan termistorer legges inn i viklingen og koples til ytre utstyr som bestemmer temperaturen på grunnlag av termistorens resistans-forandringer. Denne fremgangsmåte gir riktignok en riktig verdi på motortemperaturen, men den krever en separat kabel ut til ytre tolkingsutstyr. Mangelfull standardisering av termistorer og tilkoplingsmetoder og at man er tvunget til ved fremstil-lingen av motoren å velge termistor er andre ulemper.

Et formål med oppfinnelsen er derfor å frembringe et motorvern, som ikke krever noen ekstra kabler til motoren og likevel gir et riktig bilde av temperaturen i motoren.

Dette og andre formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved fremgangsmåten og anordningen til bestemmelse av en asynkronmotors viklingstemperatur av overvåkingshensyn, og er gitt de kjenne-tegn som fremgår av de respektive etterfølgende krav.

Oppfinnelsen utnytter således det kjente forhold at motoren kan representeres av en ekvivalent krets hvor inngående mot-stander har både en temperaturavhengighet og en omløpstall-avhengighet. Med kjennskap til aktuelle verdier av motorens resistans og omløpstall er det således mulig å bestemme motortemperaturen .

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende

under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et blokkskjema som viser en prinsipiell ut-førelse av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et blokkskjema av en foretrukket utførelses-form av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser en flytplan for den første igangsettelse av

anordningen i fig. 2.

Fig. 4 viser en flytplan som viser anordningens virkemåte

under kontinuerlig drift.

Den i fig. 1 viste anordning omfatter en første giver 1 som avgir et signal som stemmer overens med motorstrømmen, og en andre giver 2 som avgir et signal som stemmer overens med motorspenningen. En første beregningskrets 3 er koplet til giverens 1 utgang og beregner motoromløpstallet med utgangspunkt i motorstrømmens overtoneinnhold, som er avhengig av etterslepet og dermed omløpstallet. Hvordan denne beregning foregår er nærmere beskrevet i norsk patentsøknad 811006. En andre beregningskrets 4 er koplet til giverens 1 og 2 utganger samt til beregningskretsens 3 utgang for beregning av motor-resistansens aktuelle verdi på grunnlag av de inngående sig-naler fra disse enheter. I en komparator 5 som er innkoplet etter beregningskretsen 4 sammenliknes de i beregningskretsen 4 frembrakte verdier med referanseverdier, som fåes fra en lagerenhet 6. Dersom de beregnede nåverdier overskrider refe-ranseverdiene, så aktiveres en alarmkrets 7.

Den foretrukne utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 2 og omfatter samme givere 1 og 2 som anordningen i fig. 1 og en beregningsenhet 3 til frembringelse av en verdi som representerer etterslepet s. Anordningen i fig. 2 omfatter videre en fasebestemmelsesenhet 8 som mottar utgangssignaler fra giverne 1 og 2 og avgir en verdi som tilsvarer faseforskyvningen mellom motorstrømmen og motorspenningen. Enhetenes 1, 2, 3 og 8 utganger er koplet til innganger til en multipleks 9 med et antall ytterligere innganger, som er koplet til innstillingsorganer 10-13 i form'av potensiometre for manuell innstilling av verdier av motorens merkeomløpstall N , motorens merkestrøm In, forholdet start-moment/merkemoment M s /M n samt starttemperatur T s tartog motorresistansen ved 20 C, 1*20'Multipleksens 9 utgang er via en analog-digitalomformer 14 koplet til inngangen til en beregningsenhet 15, som inneholder en mikroprosessor. Beregningsenheten 15 har som utgangskrets en alarmkrets 7 slik som ;anordningen i fig. 1.;Virkemåten for anordningen i fig. 2 kan deles opp i to forløp, nemlig et igangsettingsforløp eller oppstartingsforløp og et normalt driftsforløp. ;En flytplan for oppstartingsforløpet er vist i fig. 3. ;Som vist der foregår det overgang fra selve startblokken A til en initieringsblokk B. Denne sistnevnte tjener bare til å forberede beregningsenheten 15 ved at visse celler tildeles nødvendige verdier for at etterfølgende program skal kunne gjennomløpes. En blokk B-I utgjør selve oppstartingsrutinen. Som et første trinn stilles i en blokk C verdier inn på merke-omløpstallet Nn, merkestrømmen 1^, startmomentet/merkemomentet M /M samt omgivelsestemperaturen T , . Videre markeres med en omkopler at det vedrører en første start. De innstilte ver dier koples via den analoge multipleks 9 og analog-digitalom-formeren 14 til beregningsenheten 15, hvor de lagres i egnete lagerceller. VerdienMg/Mnomregnes først til en verdi Q, som ;svarer til forholdetR^/F^mellom statorresistansen og rotor-resistansen. I en beslutningsblokk D fastslåes det om det ;vedrører en første start. Dersom det er tilfellet foregår overgang til en blokk E hvor verdier fra giverne 1 og 2 og verdiene fra enhetene 3, 8 og 13 mates inn i beregningsenheten 15. Med disse verdier kan beregningsenheten beregne motorens ekvivalente resistans ved temperaturen T S 1, 3 Y t. som ; ; samt tilsvarende resistans ved 20°C ;(R2q) ifølge formelen:;R =<R>„n(<1><+>a <T .. - 20) ) ,;20 start;hvor a = 0,0039.;Ved hjelp av potensiometeret 13 innstilles nå verdien av motorresistansen ved 20°C. Dette foregår ved hjelp av en ikke vist lysdiode, som slukkes når potensiometeret 13 er innstilt i riktig stilling. Fra den således passerte blokk F foregår overgang til en blokk G. Dersom omkopleren i blokken C ikke var innstilt for angivelse av første start, så hadde overgang foregått direkte via blokken D til blokken G, dvs. at det ville blitt antatt at potensiometeret var riktig innstilt på verdien for motorresistansen ved 20°C. I blokken G utføres det beregning av utgangskoeffisienter for det innledningsvis nevnte ;integral, som i dette tilfelle rettere sagt ved digitalisering har sumformen: ; ; hvor og K~er avhengige av motorens termiske egenskaper, dens masse, materiale og kjøling. Moderne asynkronmotorer oppviser et likeartet bilde når det gjelder disse enheter, og den mest avgjørende faktor er motorens totale størrelse. Et bra mål på denne er motorens merkestrøm, hvorav en verdi allerede er ;inrimatet i beregningsenheten 15. Ved hjelp av denne verdi frembringes det en verdi på konstanten og to verdier på konstanten K^ i dvs. en verdi for den igangværende motor og en for den stillestående motor, idet kjølingen er forskjellig i de to tilfeller. ;Etter overgang til et trinn H utføres innmating av ver dien på R^ q fra potensiometeret 13 via multipleksen 9 og analog-digitalomformeren 14 til beregningsenheten 15. Denne verdi lagres i en egnet lagercelle i beregningsenheten 15, hvoretter ;oppstartingsforløpet er slutt.;Beregningsenheten 15 går derved over til det egentlige driftsprogram, hvis flytplan er vist i fig. 4. I ehførste blokk K i driftsprogrammet foregår det en innmating av opp-lysninger på samme måte som beskrevet ovenfor i forbindelse med blokken E. Rekkefølgen avviker imidlertid ved at verdier på etterslepet s tas inn både som første og siste verdi for sammenlikning med hverandre. ;I en blokk L beregnes delsummen K, (I<2->K2*AT) og adderes til den tidligere frembrakte sum Z K (I -K«AT)At som representerer motorviklingens temperatur.

For at den viklingstemperaturverdi som frembringes på grunnlag av motorresistansen skal være meningsfull, er det nødvendig at etterslepverdien s virkelig er den riktige, og at driftsbetingelsene har vært statiske i det korte tidsrom hvor datainnmatingen har foregått, dvs. at etterslepet s skal være det samme før og etter datainnmatingen. En ytterligere forutsetning for at den innmatede verdi på etterslepet s skal være riktig er at motorstrømmen ikke overstiger merkestrømmen med mer enn ca. 50%. I en blokk M kontrolleres det om disse to betingelser er oppfylt. Dersom betingelsene er oppfylt, foregår overgang til en blokk N hvor samme resistansberegning utføres som i blokken E. For å redusere innvirkning fra even-tuelt feile verdier og avrundingsfeil, utføres det en middel-verdiberegning ifølge formelen:

hvor R er den sist utreg3 nede resistansverdi. Verdien R nomformes deretter til en temperaturverdi på samme måte som i ovennevnte blokk E.

I en blokk O sammenliknes den i blokken N beregnede temperaturverdi med den verdi som ved summering er frembrakt i blokken L. Verdien som er frembrakt ved summeringen oppdateres til likhet med verdien som er frembrakt ved resistansbestem-melsen. Dessuten kan "avkjølingskoeffisienten" K2oppdateres. Deretter foregår overgang til en beslutningsblokk R.

Dersom betingelsene som er prøvet i blokken N ikke er oppfylt, foregår det overgang til blokken R direkte via en blokk P, som innfører en forsinkelsestid for å frembringe kon-stant gjennomløpstid uavhengig av utfallet av beslutningen i blokken M.

I blokken R sammenliknes den aktuelle temperaturverdi med en alarmtemperatur . Dersom den aktuelle temperaturverdi ikke overskrider alarmtemperaturen, benyttes ikke alarmkretsen

7, settes T, til f.eks. 140°C samt anvendes under den etter-larm

følgende utførelse den verdi på K2som svarer til igangværende motor. Dersom den aktuelle temperatur er høyere enn alarmtemperaturen, foregår det overgang fra blokken R til en blokk T hvor alarmkretsen 7 aktiveres, Tl, arm settes f.eks. til 100°C

og den verdi på K o som svarer til stillestående motor anvendes under etterfølgende utførelse. Ved hjelp av aktiveringen aV alarmkretsen 7 stoppes motoren. Når motoren står stille, vil resistansberegningen ikke kunne anvendes for frembringelse av motortemperaturen. Istedenfor benyttes den temperatur som oppnås ved sumberegningen i blokken L. Fra blokkene S og T foregår det tilbakeføring til blokken K, hvoretter driftsprogrammet<g>jentas.

Sammenfatningsvis kan således bestemmelsen av asynkron-motorens viklingstemperatur ifølge oppfinnelsen sies å foregå ved gjentatt frembringelse av verdien av ovennevnte integral eller sum og ved oppdatering av den derved oppnådde temperaturverdi ved hjelp av en viklingstemperaturverdi som er basert på en bestemmelse av motorens aktuelle resistansverdi.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til bestemmelse av en asynkronmotors viklingstemperatur av overvåkingshensyn, karakterisert ved at en verdi som representerer den aktuelle motorresistans beregnes på grunnlag utelukkende av spenning som er påtrykt motoren og strømmen som flyter i motorens til-førselsledninger, og at det frembringes en tilsvarende viklingstemperaturverdi ved hjelp av den således beregnede resistansverdi.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at beregningen utføres på grunnlag dels av spenningens og strømmens amplityder og dels fasevinkelen mellom spenningen og strømmen samt motorens etterslep, utledet av overtoner i motorstrømmen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at beregningen av verdien som representerer den aktuelle motorresistans gjentas med forutbestemte intervaller, og at de derved etter hverandre beregnede verdier vurderes for frembringelse av en verdi som anvendes for frembringelsen av viklingstemperaturverdien.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at det før beregningen av verdien som representerer den aktuelle motorresistans utføres en kontroll av om de for beregningen anvendte parametre oppfyller forutbestemte betingelser, og at det, dersom dette ikke er tilfelle, anvendes en parallelt, på basis av forskjellen mellom tapseffekt og bortkjølt effekt, utført beregning for frembringelse av en viklingstemperaturverdi.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den viklingstemperaturverdi som er frembrakt ved hjelp av den beregnede resistansverdi anvendes for oppdatering av den viklingstemperaturverdi som beregnes på grunnlag av forskjellen mellom tapseffekten og den bortkjølte effekt.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4 eller 5, karakterisert ved at den parallelt utførte beregning anvendes når motorstrø mmen overstiger merkestrømmen med minst 50% og/eller når etterslepet ligger utenfor området 0,01-0,1%.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at frembringelsen av viklingstemperaturverdien ved hjelp av den beregnede resistansverdi foregår med utgangspunkt i en resistansverdi som er fastlagt for en gitt temperaturverdi.

8.A nordning for utfø relse av fremgangsmåten ifølge krav 1, til bestemmelse av en asynkronmotors viklingstemperatur av overvåkingshensyn, karakterisert ved givere (1,2) for motorstrøm og motorspenning, og en beregningsanord-ning (3, 8-15) for frembringe-lse av for det første et signal som representerer faseforskjellen mellom motorstrøm og motorspenning, for det andre av motorstrømmen et signal som representerer motorens etterslep, for det tredje et signal som representerer motorens aktuelle resistansverdi, samt for det fjerde av resistansverdien et signal som representerer motorviklingens temperaturve rdi.

9. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved en multipleks (9) for suksessiv innmating av inngangssignaler til beregningsanordningen.

10. Anordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved et antall potensiometre (10-13) for innmating av motoravhengige konstanter til beregningsanordningen via multipleksen (9).