CS252442B1

CS252442B1 - Wiring for thermal protection of DC motor

Info

Publication number: CS252442B1
Application number: CS892185A
Authority: CS
Inventors: Jiri Merinsky; Alexej Jakovenko; Miroslav Bravek
Original assignee: Jiri Merinsky; Alexej Jakovenko; Miroslav Bravek
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1987-09-17

Abstract

Řečení se týká stejnosměrných motorů a řeáí zapojení pro tepelnou oohranu rotorů. Zapojení je vytvořeno ze zpětnovazební smyčky, na Jejíž vstup Je přiveden signál ze snímače proudu, který Je v obvodu kotvy chráněného motoru. Zpětnovazební smyčka pracuje tak, že v rozsahu dovoleného proudu kotvy má groporciální přenos. Pro proudy větší nez dovolené, vlivem nelineární zpětné vazby, mění svůj přenos tak, že velikost signálu na-jeJim výstupu Je závislá na časovém průběhu tohoto proudu. Při velikosti signálu, který odpovídá nepřípustné teplote rotoru dává ochrana impuls k odpojení motoru od napájení. Reáení se využije u pohonů zařízení pro kreslení filmových předloh piočných spojů a pohonů průmyslových robotu.The solution concerns DC motors and a circuit for thermal protection of rotors. The circuit is formed from a feedback loop, to whose input is fed a signal from a current sensor, which is in the armature circuit of the protected motor. The feedback loop operates in such a way that it has a proportional transmission within the range of the permissible armature current. For currents greater than the permissible, due to nonlinear feedback, it changes its transmission in such a way that the magnitude of the signal at its output depends on the time course of this current. At a signal magnitude that corresponds to an inadmissible rotor temperature, the protection gives an impulse to disconnect the motor from the power supply. The solution is used in drives of devices for drawing film templates of vertical connections and drives of industrial robots.

Description

Vynález se týká zapojení pro tepelnou oohranu rotoru stejnosměrného motoru rychlýoh servomechanismů, např· souřadnicových kreslicích stolů a průmyslových robotů·The invention relates to a circuit for thermal protection of a rotor of a DC motor of fast servomechanisms, for example coordinate drawing tables and industrial robots.

Pro rychlé reverzační pohony malých výkonů se v regulační technioe používají speolální stejnosměrné servomotory, jejichž rotor je vytvořen bez feromagnetických otáčivých částí· Uspořádání motoru dovoluje krátkodobé přetěžování a tím dosažení velkého záběrového momentu a elektromechanické časové konstanty řádově milisekundy· Toto krátkodobé přetěžování, které dosahuje ooa pětinásobku jmenovitého proudu motoru, způsobuje oteplování vinutí * rotoru* Pokud přestoupí teplota rotoru přípustnou hodnotu motor se poškodí. Aby k tomuto stavu nedocházelo je nutné teplotu rotoru kontrolovat a v případě překročení dovolené teploty motor odpojit od zdroje·For fast reversing drives of low power, spelar DC servomotors are used in the control technology, whose rotor is made without ferromagnetic rotating parts. rated motor current, causes winding * of the rotor * If the rotor temperature exceeds the permissible value, the motor will be damaged. To avoid this condition, the rotor temperature must be checked and the motor disconnected from the power supply if the permissible temperature is exceeded.

Jsou známa zapojení, která využívají v obvodech pro ochranu motoru různé typy snímačů teploty· Tohoto způsobu ochrany nelze u malých speciálních motorů použít, protož· snímače z konstrukčníoh důvodů nelze do rotoru zabudovat* Vinutí rotoru má malý ohmický odpor, takže nelze k měření teploty využít jeho teplotních změn·There are known connections that use different types of temperature sensors in motor protection circuits. · This type of protection is not applicable to small special motors, because the sensors cannot be built into the rotor for structural reasons. * The rotor winding has low ohmic resistance, so its temperature changes ·

Řešení, která využívají nadřazenou proudovou regulační smyčku, musejí provádět změnu časovýoh konstant proudového regulátoru během rozběhu motoru· Fři změnách setrvačných momentů na hřídeli motoru a při proměnném provozním režimu motoru nelze optimalizovat celou regulační smyčku tak, aby se dosáhlo špičkových dynamiokýoh parametrů pohonu·Solutions that use a superior current control loop must change the time constant of the current controller during motor startup · When changing the inertia torques on the motor shaft and at varying motor operating mode, the entire control loop cannot be optimized to achieve high dynamic drive parameters

- 2 Tyto nedostatky odstraňuje do značné míry zapojení pro tepelnou ochranu rotoru stejnosměrného motoru podle vynálezu.These drawbacks are largely eliminated by the circuit for thermal protection of the rotor of a DC motor according to the invention.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že signálový vstup zapojení je spojen se vstupem tvarovače, jehož výstup je spojen se vstupem převodníku. Výstup převodníku je spojen s prvním vstupem součtového členu jehož druhý vstup je spojen s výstupem omezovače. Výstup součtového členu je spojen se vstupem nelineárního zesilovače jehož výstup je spojen se vstupem integrátoru. Výstup integrátoru je spojen s prvním vstupem komparátoru a s prvním vstupem omezovače. Referenční vstup zapojení je spojen se druhým vstupem omezovače a se druhým vstupem komparátoru. Výstup komparátoru je spojen s výstupem zapojení.The principle of the invention is that the wiring signal input is connected to the input of the former, the output of which is connected to the input of the converter. The output of the converter is connected to the first input of the summation member whose second input is connected to the output of the limiter. The summation output is coupled to the input of a non-linear amplifier whose output is coupled to the integrator input. The integrator output is connected to the first comparator input and the first limiter input. The wiring reference input is connected to the second limiter input and the second comparator input. The comparator output is connected to the wiring output.

Výhodou zapojení tepelné oohrany rotoru stejnosměrného motoru podle vynálezu je, že umožňuje plně využít dynamiku motoru. U pohonu, který je s ohledem na požadovanou dynamiku a pracovní režim správně navržen ochrana zapůsobí pouze v případě, když dojde k havárii při najetí na doraz nebo při zadření posuvného šroubu apod. Pokud je pohon navržen tak, že motor pracuje mimo povolenou pracovní oblast, ochrana kontroluje nepřímo teplotu vinutí rotoru. V případě překročení přípustné teploty dá povel k odpojení motoru a k signalizaci tohoto stavu. Opětné připojení motoru na napájecí napětí je možné pouze tehdy, až teplota vinutí rotoru klesne na přípustnou hodnotu.The advantage of engaging the thermal protection of the rotor of a DC motor according to the invention is that it allows full utilization of the motor dynamics. For a drive that is properly designed with respect to the required dynamics and operating mode, the protection is effective only in the event of a crash when approaching or stopping the sliding bolt, etc. If the drive is designed so that the engine is operating outside the permitted working area, the relay indirectly controls the temperature of the rotor windings. If the permissible temperature is exceeded, it will command the motor to be disconnected and signaled. The motor can only be reconnected to the supply voltage when the rotor winding temperature has fallen to the permissible value.

K výhodám zapojení patří možnost nastavit konstanty ochrany podle daného typu motoru a přesné nastavení působení oohrany, což ostatní typy ochran neumožňují. Zapojení je sestaveno z běžně dostupných tuzemských'součástek.The advantages of the connection include the possibility to set the protection constants according to the motor type and the precise adjustment of the effect of the protection, which other types of protection do not allow. The circuit is made up of commercially available domestic components.

Příklad uspořádání podle vynálezu je schematicky . znázorněn na připojeném výkresu.An example arrangement according to the invention is schematically. shown in the attached drawing.

Jednotlivé bloky zapojeni je možno charakterizovat takto·Individual wiring blocks can be characterized as follows:

TvarovaČ JL je operační zesilovač v zapojení jako diferenční zesilovač s příslušnými vstupními a vazebními odpory* Slouží k zesílení a impedančnímu přizpůsobení vstupního signálu z proudového čidla* Převodník 2 je operační zesilovač v zapojeni jako lineární dvoueestný usměrňovač v kombinaci s odpory a diodami ve zpětnovazební síti* Pracuje jako převodník na absolutní hodnotu* Součtový člen £ je operační zesilovač v zapojení jako Invertor s příslušnými vstupními a vazebními odpory* Slouží k sečtení a impedančnímu přizpůsobení vstupního a zpětnovazebního signálu* Nelineární zesilovač £ je operační zesilovač v zapojení jako Invertor doplněný odpory a diodami ve zpětnovazební síti* Takto zapojený zesilovač má rozdílné a nastavitelné zesílení pro kladný > a záporný vstupní signál* Omezovač 6 je operační zesilovač s příslušnými vstupními a vazebními odpory a diodami ve zpětnovazební síti* Referenční napětí umožňuje nastavit požadovanou úroveň omezení* Komparátor 1 Je operační zesilovač zapojený s nelineární zpětnou kladnou vazbou* Komparátor vyhodnocuje úroveň napětí» při které dochází k odpojení chráněného motoru-a k indikaci tohoto stavu*JL is an operational amplifier connected as a differential amplifier with appropriate input and coupling resistors * Used to amplify and impedance match the input signal from the current sensor * Converter 2 is an operational amplifier connected as a linear two-way rectifier in combination with resistors and diodes in the feedback network * It works as an absolute value converter * The summing element £ is an operational amplifier connected as an inverter with appropriate input and coupling resistors * It serves to add and impedance match the input and feedback signal * Nonlinear amplifier £ is an operational amplifier connected as an inverter supplemented with resistors and diodes in feedback network * The amplifier connected in this way has different and adjustable gain for the positive> and negative input signal * The limiter 6 is an operational amplifier with corresponding input and feedback resistors and diodes in the feedback * Reference voltage allows you to set the desired level of limitation * Comparator 1 Is an operational amplifier connected with non-linear feedback * Comparator evaluates the voltage level »at which the protected motor is disconnected and indicates this condition *

Vzájemné propojení jednotlivých bloků je provedeno následujícím způsobem* Signálový vstup 10 zapojení je spojen se vstupem 11 tvarovače 1, jehož výstup 12 je spojen se vstupem 21 převodníku 2* Výstup 22 převodníku £ Je spojen s prvním vstupem 31 součtového členu jehož druhý vstup 32 je spojen s výstupem 63 omezovače 6* Výstup 33 součtového členu jt je spojen se vstupem 41 nelineárního zesilovače £, jehož výstup 42 je spojen se vstupem 51 integrátoru £♦ Výstup 52 integrátoru £ Je spojen se vstupem 71 komparátoru las prvním vstupem 61 omezovače 6*The interconnection of the individual blocks is carried out as follows. * The signal input 10 of the circuit is connected to the input 11 of the former 1, whose output 12 is connected to the input 21 of the converter 2. with the output 63 of the restrictor 6 * The output 33 of the summation element jt is connected to the input 41 of the non-linear amplifier 6, whose output 42 is connected to the input 51 of the integrator 6.

Referenční vstup 20 zapojení je spojen se druhým vstupem 62 omezovače 6 a se druhým vstupem 72 komparátoru χ.The reference input 20 is connected to the second input 62 of the limiter 6 and the second input 72 of the comparator χ.

Výstup 73 komparátoru χ je spojen s výstupem 30 zapojení· Zapojení pracuje takto. Na signálový vstup 10 zapojení se přivádí signál ze snímače proudu, který je zařazen v ob*· vodu rotoru chráněného motoru. Snímač proudu není na výkresu zakreslen. Signál ze snímače proudu se v tvarovači X zesílí, impedančně přizpůsobí a v převodníku 2 se převede na absolutní hodnotu. Takto upravený signál se přivede na vstup 31 zpětnovazební regulační smyčky tvořené součtovým členem 2 nelineárním zesilovačem 4» integrátorem χ a omezovačem 6, Tento zpětnovazební obvod-má tu vlastnost, že v rozsahu jmenovitého proudu motoru má proporcionální přenos. V okamžiku, kdy přestoupí provoz motoru jmenovité hodnoty, změní se přenos smyčky vlivem nasycení omezovače j6 tak, že analogově modeluje tepelné poměry v rotoru způsobené procházejícím proudem. Nelineární zesilovač umožňuje respektovat rozdílné tepelné charakteristiky rotoru při · oteplování a ochlazování. Pro hodnoty proudu, které rotor trvale bez poškození vydrží, je signál na výstupu 52 integrátoru 2 úměrný signálu přiváděnému na první vstup 31 součtového členu 2*Pro hodnoty proudu větší než je proud, který motor trvale vydrží, je signál na výstupu 52 integrátoru 2 závislý také na délce doby, po kterou tento proud působí na vinutí rotoru. Signál z výstupu zpětnovazební smyčky se přivádí na první vstup 71 komparátoru X, kde se porovnává s referenčním signálem přivedeným na druhý vstup 72 komparátoru χ. Při určité velikosti signálu na prvním vstupu 71 komparátor χ generuje na svém výstupu 73 signál, který dá povel k odpojení motoru a tento stav indikuje. Dokud je teplota vinutí rotoru vyšší než je.jeho přípustná teplota, zapojení tepelné ochrany zabraňuje připojení moto-* ru k napájecímu napětí. Integrační konstanty integrátoru 2 a velikosti referenčních signálů pro omezovač 6 a komparátor χ jsou nastavitelné. Jejioh hodnoty jsou určeny typemThe output 73 of the comparator χ is connected to the output 30 of the wiring. The wiring signal input 10 receives a signal from a current sensor that is included in the rotor circuit of the motor to be protected. The current sensor is not shown in the drawing. The signal from the current sensor is amplified in the X-former, impedance-matched, and converted to absolute value in converter 2. The signal thus adjusted is applied to the feedback loop input 31 formed by the summation member 2 of the nonlinear amplifier 4, the integrator χ and the limiter 6. When the motor operation exceeds the rated value, the loop transfer changes due to saturation of the restrictor 16 so as to analogously model the thermal conditions in the rotor caused by the passing current. Non-linear amplifier allows to respect different thermal characteristics of the rotor during warming and cooling. For current values that can sustain the rotor permanently without damage, the signal at output 52 of the integrator 2 is proportional to the signal applied to the first input 31 of the summation member 2. also for the length of time that this current acts on the rotor winding. The signal from the feedback loop output is applied to the first input 71 of the comparator X, where it is compared with the reference signal applied to the second input 72 of the comparator χ. At a certain signal size at the first input 71, the comparator χ generates a signal at its output 73 that commands the motor to be disconnected and indicates this condition. As long as the rotor winding temperature is higher than its permissible temperature, the thermal protection prevents the motor from being connected to the supply voltage. Integration constants of integrator 2 and reference signal sizes for limiter 6 and comparator χ are adjustable. Its values are determined by type

- yohráněného motoru a je nutno je experimentálně zjistit.- protected motor and must be determined experimentally.

Vynálezu se využije při ochraně rotorů stejnosměrných motorů rychlých servomechanismů u souřadnicových kreslicích stolů a průmyslových robotů·The invention will be used to protect rotors of DC motors of fast servomechanisms in coordinate drawing tables and industrial robots.

Claims

Wiring for thermal protection of a rotor of a DC motor, characterized in that the wiring signal input (10) is connected to the input (11) of the former (1), whose output (12) is connected to the input (s) of the converter (2). the output (22) is connected to the first input (31) of the summation member (3), the output (33) of which is connected to the input (41) of the nonlinear amplifier (4) * whose output (42) is connected to the input (51) of the integrator 5) whose output (52) is connected to the first input (71) of the comparator (7) and the first input (61) of the limiter (6), the output (63) of which is connected to the second input (32) of the summation member (3); the reference wiring input (2) is connected to the second input (62) of the limiter (s) and to the second input (72) of the comparator (7) whose output (73) is connected to the wiring output (30) ·