Электрическая машина с устройством для контроля витковых замыканий в обмотке ротора

 

Изобретение позволяет повысить точность фиксации дефекта витковых замыканий в обмотке ротора. Электрическая машина содержит два датчика магнитной индукции, установленные в воздушном зазоре машины, смещенные относительно друг друга. Машина снабжена блоками выпрямления, пиковых , детекторов, суммирования, компараторов , регистром памяти. Эти блоки дозволяют обеспечить контроль витковых замыканий при эксплуатации. Устройство обеспечивает .автоматический поиск номера дефектной (с витковым замыканием) катушки ротора, а также позволяет судить об интенсивности замыкания и степени его опасности ДЛЯ- работающей машины. 3 ил. I сл IND о ел N3 00 41

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1205234 А (51) 4 Н 02 К 11/00 (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКЕ РОТОРА (57) Изобретение позволяет повысить точность фиксации дефекта витковых замыканий в обмотке ротора. Электрическая машина содержит два датчика магнитной индукции, установленные в воздушном зазоре машины, смещенные относительно друг друга. Машина снабжена блоками выпрямления, пиковых. детекторов, суммирования, компараторов, регистром памяти. Эти блоки позволяют обеспечить контроль витковых замыканий при эксплуатации. Устройство обеспечивает .автоматический поиск номера дефектной (с витковым замыканием) катушки ротора, а также позволяет судить об интенсивности замыкания и степени его опасности для. работающей машины. 3 ил. (21) 3743968/24-07 (22) 25.05 ° 84 (46) 15.01.86. Бюл. ¹ 2 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода нЭлектротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) В.И.Фащук, В.M.Áëàãoé и В.А.Коробков (53) 621.313 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 677038, кл. H 02 К 15/00, 1979 °

Патент США № 4 1363 12, кл. С 01 R 31/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 333656, кл. II 02 К 11/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 915571, кл. Н 02 К 11/00, 1982.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / " .:,(К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

205234 2

1 1

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к устройствам для контроля витковьгх еамыканий B роторах неявнополюсных синхронных машин, например турбогенераторов.

Цель изобретения — повышение точности фиксации дефекта.

На фиг. 1 показано относительное расположение датчиков на сердечнике статора, которые выступают в воздушный зазор по направлению к обмотке ротора; на фиг. 2 — блок-схема устройства; на фиг. 3 — характерные формы импульсов напряжения (ЭДС) на катушках датчиков, формирователе импульсов и отметчике.

Устройство содержит датчики 1 и

2 магнитной индукции, выполненные, например, в форме катушек или преобразователей Холла, закрепленные одним иэ известных способов на стороне 3 и выдвинутые в воздушный зазор

4 Вблизи поверхности ротора 5. Датчики 1 и 2 смещены в тангенциальном направлении один относительно другого на р) электрических радиан,где — число пар полюсов электрической машины, и ориентированы к одной и той же составляющей магнитного поля, например тангенциальной, и соответственно подключены на входы блоков 6 и 7 выпрямления (фиг.2), выходы которых соответственно подключены на входы блоков 8 и 9 формирования импульсов, выходы которых подключены к одному из входов блоков 10 -и 11 распределителей соответственно, на г стартовые О, В входы которых подключен вьгход блока 12 измерения углового положения ротора, этот же выход (блока 12) подключен к одному иэ входов блоков 13 и 14 пиковых детекторов.

Блоки 10 и 11 распределителей одними из своих выходов подключены на входы блоков 15 и 16 аналоговых ключей, а другими — на входы блока

17 управления записью.

Блоки 13 и 14 пиковых детекторов связаны также с блоками 15 и 16 аналоговых ключей своими входными цепями, а вьгходными соответственно связаны с блоком 18 суммггрования, который своим вьгходом соединен с блоком

19 компараторов, соединенным своими выходными цепями с блоком 20 регистра намяни, имеющим также связь по г кг дпчм цепям с блоком 1! управления

5 10 !

55 записью,а по выходным цепям — с блоком

21 индикации.Позициями 22 и 23 обозначены сигналы с датчиков 1 и 2, позицией 24 — сигнал кривизны, вырабатываемый блоком измерения углового положения ротора; позицией 25 — прямоугольные импульсы на выходе блсгков

8 и 9 формирования импульсов.

Блоки 6 и 7 выпрямления выполняются в виде широко известных схем активного однополупериодного выпрямления.

Положительные импульсы с блока 6 выпрямления поступают на блок 8 формирования импульсов, который может представлять собой операционный усилитель в компараторном включении.

B блоке 8 формирования импульсов информационные сигналы с выхода блока 6 выпрямления, которые представляют собой положительные полуволны напряжения вида 22(фиг.3), преобразуются в прямоугольные импульсы напряжения, которые имеют вид 25 (фиг.3) .

Из-эа наличия опорного напряжения длительность выходных импульсов 25 будет несколько меньше длительности полуволн входных импульсов 22. Однако укорочение импульсов в устройстве не сказывается отрицательно на работе схемы.

Отрицательные импульсы с блока 7 выпрямления поступают на блок 9 формирования импульсов (фиг.4), который работает а.налогично блоку 8 формирования импульсов с той лишь разницей, что отрицательные импульсы, поступающие на этот блок, предварительно инвертируются на первом операционном усилителе и уже положительные полуволны поступают на второй операционный усилитель, который включен по схеме, аналогичной включению операционного усилия в блоке 8 формирования импульсов. На выходе блока 9 формирования импульсов формируется последовательность импульсов 25 (фиг.3).

На выходе блока 12 измерения углового положения ротора вьгходные импульсы имеют вид 24 (фиг.3). Причем датчик углового положения ротора, входящий в этот блок, устанавггивается таким образом, чтобы серия импульсов с его выхода не пересекалась с сериями импульсов 25 с выходов блоков 8 ч 9 формирования импульсов, т. е. импульсы 24 появлялись бы в момент паузы в последовательностях

3 1 импульсов 25. В общем случае из-за неточности в установке датчиков 1 и

2 в пространстве (практически трудно точно выдержать угол 11р электрических радиан), а также в результате вибраций датчиков 1 и 2 при работе электрической машины последовательности импульсов 22 и 23 не совпадают во времени (на фиг. 3 они показаны совпадающими), а следовательно, и последовательности 25 с выходов блоков 9 и 8 формирования импульсов также оказываются смещенными друг относительно друга.

Блоки 10 и 11 распределителей могут иметь различные схемные решения и выполняют функции распределения импульсов последовательного кода в параллельный. Блоки 10 и 1,1 распределителей могут быть выцолнены, например, на основе регистра последовательного приближения 6, схемотехника и работа которого аналогична микросхеме К:155ИР17.

Блоки 15 и 16 аналоговых ключей представляют собой наборы ключей, предназначенных для коммутации аналоговых сигналов.

При сигнале управления, соответствующем "0" предполагается замыкание ключа, а 1" — размыкание. Входы всех ключей объединены в общую точку, на которую подается информационный сигнал: с выхода блока 6 выпрямления — положительные полуволны, с выхода блока 7 выпрямления — отрицательные полуволны. Выходы ключей каждого блока 15 и 16 аналоговых ключей раздельные. Управление каждым ключом также раздельное с выходов соответствующих блоков 10 и 11 распределителей. Количество ключей в блоках 15 и 16 аналоговых ключей равны и выбираются равными числу катушек в полюсе, например 10 (n = 10) .

Число катушек в полюсе и определяет также количество необходимых выходов блока 10 распределителя (выходных разрядов микросхемы 6). В каждом конкретном случае количество разрядов должно быть больше числа катушек в полюсе, но меньше суммарного числа катушек в двух полюсах.

Снизу эта величина ограничена количеством ключей, которыми управляют выходами блока распределителя

10 и 11, а сверху — необходимостью

205234 завершения цикла распределения, о чем свидетельствует появление сигнала на выходе микросхемы 6, по окончании серии импульсов 25. Например, число разрядов может быть равно 12 (K=11), что соответствует микросхеме К155ИР17.

Блоки 13 и 14 пиковых детекторов состоят из схем пиковых детекторов, каждая из которых включает в себя диод, конденсатор и разрядный ключ.

На конденсаторах происходит запоминание амплитудных значений положительных полуволн последовательности

22 и отрицательных последовательности 23.

Блок сумматоров 18 представляет собой, например, и классических схем (n=-10) инвертирующих сумматоров. Два входа любого сумматора подключены к соответствующим выходам блоков пико.— вых детекторов 13 и 14. Кроме того, на оба входа каждого сумматора поступают сигналы, несущие информацию о состоянии однотипных катушек разных полюсов. Если, например, положительная амплитуда второго импульса последовательности 22 через ключ блока 15 аналоговых ключей через пиковый детектор блока 13 пиковых детекторов поступает на первый вход сумматора блока 18 сумматоров, то соответственно отрицательная амплитуда второго импульса последовательности 23 через ключ блока 16 аналоговых ключей через пиковый детектор блока

14 пиковых детекторов поступает на второй вход того же сумматора блока

18 сумматоров. Таким образом, если количество сумматоров равно 10 в бло40 ке 18 сумматоров, то он имеет 20 входов и 10 выходов.

Блок 19 коммутаторов содержит и схем компараторов для допускового контроля текущего значения напряже45, ния с выходов блока 18 сумматоров (n=10). При отсутствии сигналов с выходов блока 18 сумматоров выходные сигналы с блока 19 компараторов равны нулю. Уровни срабатывания каж50 дого сдвоенного компаратора определяются установкой величины подстроенных резисторов.

Блок 20 регистра памяти может быть собран на D-триггерах, тактиру55 емых импульсом. Выходная информация таких триггеров устанавливается равной информации на входе D в момент равенства "1" на входе С. При наличии

1205234

6 хода блока 6 выпрямления в ячейки блока 13 пиковых детекторов. Устройство не критично к фазовым сдвигам между последовательностями сигналов с выходов датчиков 1 и 2. Например, пусть последовательность выходных импульсов 23 опережает во времени последовательность импульсов 22.

Тогда по окончании 10-го импульса с выхода блока 7 выпрямления все клюо чи блока аналоговых ключей 16 размыкаются, а информация о состоянии всех десяти катушек второго поь- люса хранится в ячейках блока 14 пиковых детекторов. Импульсы с выхода блока 7 выпрямления, следующие за десятки уже не записываются в блок 14 пиковых детекторов, а лишь преобразуются в логические импульсы и воздействуют на блок 11 распределения. С приходом 12-го импульса информация ("0 ) устанавливается на выходе "Конец преобразования".

Все дальнейшие импульсы не изменяют в, 25 этого состояния микросхемы, а следовательно, и выходов с блока 11 распределения. Таким образом, устрой-, ство "ждет" окончания преобразовао ния записи в ячейки блока 13 пико-.

5 на входе С "0" триггер Hp. реагирует на информационный сигнал по входу D

Возможным логическим состояниям (отсутствие витковых замыканий в обеих однотипных катушках разных полюсов, витковое замыкание в одной из катушек из двух однотипных катушек) соответствует уровень " 1" на выходе блока 20 регистра памяти, который при 10 катушках имеет 20 входов и 30 выходов. Если необходим использовать информацию о наличии витковых замыканий для дальнейшей обработки на ЭВМ, то могут применят ся более сложные элементы памяти в блоке 20 регистра памяти, содержащие, например, кроме цепи записи и цепь считывания.

Работа устройства заключается в следующем.

Как уже отмечалось, в общем случае последовательности импульсов: отрицательные полуволны с выхода блока 7 выпрямления и положительные полуволны с выхода блока 6 импульсо не совпадают эе времени.

Когда с выхода блока 7 выпрямления появляется импульс, несущий информацию о состоянии катушки второг полюса, с выхода блока 11 распреде- Зо ния ф )рмируется сигнал управления, который замыкает ключ в блоке 16 аналоговых ключей и пропускает импульс с выхода блока 7 выпрямления на " свою" ячейку блока 14 пиковых детекторов для запоминания. Ввиду того, что происходит запоминание амплитудного значения импульса,устройство не критично к фазовому сдвигу между началом импульса с выхода @» блока 7 выпрямления и моментом открывания ключа в блоке 16 аналоговых ключей. Этот фазовый сдвиг должен быть меньше половины длительности импульса с выхода блока 7 выпрямления. Этого допуска вполне достаточно для осуществления помехоустойчивого формирования логической последова-тельности блоком 9 формирования им50 пульсов и блоком 11 распределителя.

Таким же образом происходит запоминание амплитуд импульсов, несущих информацию о состоянии всех катушек второго полюса в соответствующие ячейки пиковых детекторов блока 14.

Аналогичным образом осуществляется запись амплитуд импульсов с вывых детекторов, процесс записи в которые запаздывает.

Процесс записи амплитудных значений в ячейки блока 13 пиковых детекторов происходит аналогично процессу записи в ячейки блока 14 пиковых детекторов.

В течение времени, когда происходит запись в ячейки блока 14 или

13 пиковых,цетекторов, на выходе блока 17 управления записью присутствует уровень "0". Поэтому элементы памяти в блоке 20 регистра памяти не воспринимают поступающую с выходов компараторов блока 19 компараторов информацию.

С приходом 12-ro импульса с выхода блока б выпрямления появляется импульс Конец преобразования на выходе блока 10 распределения ("О"), Выходы "Конец преобразования" с блоков 11 и 10 распределения поступают на элемент 2 ИЛИ-HE блока 17 управления записью и на схему формирова-ния импульса. На выходе блока 17 управления записью 17 формируется короткий импульс, в течение которого осуществляется запись информации с выходов компараторов блока 19 ком1205234

Устройство обеспечивает также автоматический поиск номера дефектной (с витковым замыканием) катушки ротора.

При работе машины обеспечивается надежный автоматический контроль и защита обмотки ротора турбогенератора от витковых замыканий при невысоких требованиях к точности установки датчиков и к эксплуатационным условиям, что повышает точность фиксации дефекта. Кроме того, предложенное устройство позволяет определить интенсивность этого замыкания и степень его опасности для работаю" щей машины.

55 параторов в ячейки памяти блока 20 регистра памяти. К этому моменту заканчиваются переходные процессы в схеме и на всех выходах компараторов блока 19 компараторов присутствует цифровой код (высокие или низкие уровни напряжения, согласованные с уровнями цифровых микросхем), который не изменяется в момент записи в ячейки памяти блока 20 регистра 1О памяти, что обеспечивает стабильную и надежную запись. информации. Длительность импульса перезаписи должна быть достаточна для срабатывания элементов памяти блока 20 регистра памяти. Информация с выходов блока

20 регистра памяти сохраняется без изменения до прихода следующего импульса с блока 17 управления записью.

Сигналом 24 с блока 12 измерения 20 угла положения ротора ооуществляется установка в исходное состояние блоков 10 и 11 распределителей и сбрасываются в нуль напряжения на запоминающих конденсаторах в блоках 14 и

13 пиковых детекторов. После этого появляются последовательности импуль-. сов 22 и 23 и повторяется процесс записи аналоговых сигналов в блоки

13.и 14 пиковых детекторов и цифрового кода в блок 20 регистра памяти.

Устройство обеспечивает контроль витковых замыканий обмоток ротора при эксплуатации машины. При этом устройство может быть настроено на

35 определенную величину сигнала на выходе блока 18 сумматоров. Это обеспечивает возможность автоматического выявления наиболее опасного, например катушечного, замыкания и менее

40 опасного, например замыкание одного витка.

Формула изобретения

Электрическая машина с устройством для контроля витковых замыканий в обмотке ротора с h --катушками на полюсе, содержащая два датчика магнитной индукции, установленные в воздушном зазоре машины у поверхности ротора, при этом второй датчик смещен относительно первого по окружности статора íà Pll электрических радиан (P — число пар полюсов), блок измерения углового положения ротора, блок индикации, первый блок формирования импульсов,,отличающаяся тем, что, с целью повышения точности фиксации дефекта, машина снабжена вторым блоком формирования импульсов, двумя блоками выпрямления, двумя блоками распределителей со стартовым и информационным входом каждый и с числом выходов, превьппающих число катушек на полюсе, двумя блоками аналоговых ключей, двумя блоками пиковых детекторов с информационными и стартовым входами каждый, блоком суммирования, блоком.компараторов, регистром памяти с информационными и стартовым входами и блоком управления записью, причем количество ключей, пиковых детекторов, сумматоров и компараторов в каждом из соответствующих блоков выбрано равным количеству П катушек на полюсе, а блок регистра памяти снабжен 2п-входами и Зп-выходами, выход каждого из датчиков подключен к входу соответствующего блока выпрямления, один из выходов которого соединен с входом блока формирования импульсов и с информа- . ционным входом ключей каждого из блока аналоговых ключей, при этом выход каждого блока формирования импульсов подключен к информационному входу соответствующего блока распределения, а выходы соответствующего блока аналоговых ключей— к управляющим входам ключей, при этом выходы последних подсоединены к входам пиковых детекторов каждого из блоков пиковых детекторов, причем к двум входам каждого сумматора из блока сумматоров подключен выход пикового детектора из первого и второго блоков пиковых детекторов, а выход каждого из сумматоров подключен к входу соответствующего компа-ратора блока компараторов, выходы которых соединены с входами регистра памяти, подключенного к блоку индикации, при этом выход блока измерения углового положения ротора подсоединен к стартовым входам каж1205234 1О дого из блоков распределения и пиковых детекторов для их начальной установки, выходы блоков управления соединены с входами блока управления записью,выходкоторого подключен к стартовомувходу регистрапамяти.

1 2052 l i

ЧХЯ32102ИНИ УI 7I 6-1 57 4I 31 2I -l

Составитель В.Никаноров

Редактор M.Дыпын Техред Ж.Кастелевич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 8535/55 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Фнлнан Ш1П "Патент", г.Ужгород, ул.!1роектная,