Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины

 

Использование: в термометрии. Сущность изобретения: устройство для измерения температуры обмотки электрической машины содержит обмотки термодатчика, источник постоянного тока, два фильтра низких частот, сумматор, измерительный прибор, два усилителя, источник управляющего напряжения, диодный ограничитель, четыре резистора и два конденсатора. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии, в частности к измерению температуры рабочей обмотки электрической машины или аппарата переменного тока, находящихся под напряжением.

Известно устройство для измерения превышения температуры обмотки [1], содержащее подключенные последовательно обмотку-термодатчик, блок введения постоянного измерительного тока и шунт. Параллельно шунту подключен блок измерения величины постоянного тока, а параллельно обмотке-термодатчику - блок измерения величины падения напряжения постоянного тока. Выходы блока измерения величины постоянного тока и блока измерения величины падения напряжения постоянного тока подключены к измерительному прибору (логометру).

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений вследствие влияния устройства на работу электрической машины: блок введения постоянного измерительного тока и шунт имеют конечное сопротивление для переменного тока нагрузки. Кроме того, для различных электрических машин необходимы различные шунты и требуется регулировка блока введения постоянного измерительного тока.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для измерения температуры обмотки электрической машины, описанное в [2].

Устройство содержит обмотку-термодатчик, источник постоянного тока, фильтр низкой частоты и измерительный прибор. Источник постоянного тока выполнен на базе усилителя, охваченного 100%-ми отрицательными обратными связями по постоянному и переменному току, что позволяет включить его непосредственно в рассечку фазы электрической машины или аппарата.

Недостатком данного устройства является искажение результата измерения на период завершения электромагнитных процессов, вызванных влиянием низкочастотных и высокочастотных сетевых помех.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем снижения влияния помех на результат измерения.

Цель достигается тем, что устройство для измерения температуры обмотки электрической машины, содержащее термодатчик в виде обмотки электрической машины, измерительный прибор, фильтр низкой частоты, источник управляющего напряжения, три резистора, два конденсатора, усилитель с независимым инвертирующим и неинвертирующим входами и диодный ограничитель, соединенный последовательно с термодатчиком, снабжено вторым усилителем с независимыми инвертирующим и неинвертирующим входами, сумматором, резистором и вторым и третьим фильтрами низких частот, подключенными входами к термодатчику, а выходами через сумматор - к первому входу измерительного прибора, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра, при этом первый полюс диодного ограничителя соединен с инвертирующим входом первого усилителя, через первый резистор - с выходами второго усилителя и первым входом первого фильтра, через первый конденсатор - с выходом усилителя, а через второй конденсатор - с неинвертирующим входом усилителя, который через второй резистор соединен с выходом усилителя, второй полюс диодного ограничителя соединен с инвертирующим входом второго усилителя и вторым входом первого фильтра, а через третий резистор и последовательно соединенные источник управляющего напряжения и четвертый резистор соединен соответственно с выходом второго усилителя и неинвертирующим входом первого усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения температуры обмотки трехфазной электрической машины.

Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины содержит обмотку-термодатчик 1, источник 2 постоянного тока, фильтры низких частот 3 и 6 с идентичными фазочастотными характеристиками, сумматор 4, измерительный прибор 5 (логометр), усилители 7 и 8, источник 9 управляющего напряжения, диодный ограничитель 10, резисторы 11-13, конденсаторы 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

По обмотке-термодатчику 1 протекает переменный ток (ток нагрузки электрической машины). Одновременно по обмотке-термодатчику 1 и обмоткам источника переменного напряжения (на чертеже не показаны) протекает постоянный ток источника 2 постоянного тока, величина которого не превышает 3% тока нагрузки. Протекающий постоянный ток создает на обмотке-термодатчике 1 падение напряжения, пропорциональное омическому сопротивлению термодатчика, которое выделяется фильтрами 3 и через сумматор 4 поступает на измерительный прибор 5. Одновременно с образцового резистора источника 2 постоянного тока фильтром 6 выделяется напряжение, пропорциональное величине протекающего по термодатчику постоянного тока, которое также поступает на измерительный прибор 5. Результат измерения, как частное от деления падения напряжения на обмотке-термодатчике 1 и напряжения, пропорционального протекающему по термодатчику постоянному току, представляет собой омическое сопротивление обмотки-термодатчика 1, соответствующее температуре обмотки электрической машины и регистрируемое измерительным прибором 5 (логометром). Измерительный прибор 5 осуществляет измерение отношения двух постоянных напряжений, падения напряжения на термодатчике 1 и напряжения, пропорционального протекающему по термодатчику 1 постоянному току.

При наличии в питающей сети источника помех (например, источник, генерирующий постоянный ток любой длительности и формы) действие помехи на результат измерения температуры существенно снижается. Измерительный прибор 5 зарегистрирует мгновенное значение температуры как частное от деления падения напряжения постоянного тока в обмотке электрической машины на постоянный ток, вызвавший это падение напряжения, вне зависимости от того, что является источником постоянного тока, источник 2 постоянного тока или источник помех.

Действие помехи снижается также благодаря выполнению источника 2 постоянного тока на базе двух усилителей. Действие импульсной помехи с широким частотным спектром не выводит усилитель 8 из линейного режима вследствие выполнения усилителя по схеме повторителя. Усилитель 7, задающий постоянный ток в обмотку электрической машины, для импульсных помех включен по схеме интегратора, что обеспечивает помехоустойчивость.

По постоянному току усилитель 7 охвачен 100%-ной обратной связью посредством резистора 11, что превышает источник 2 постоянного тока в генератор постоянного тока. При этом на образцовом резисторе 13 поддерживается напряжение, равное напряжению, поступающему на неинвертирующий вход усилителя 7 от источника управляющему напряжения 9 через резистор 14. Постоянное напряжение на инвертирующем входе усилителя 7 равно его выходному напряжению вследствие того, что величина сопротивления резистора 11 много меньше входного сопротивления усилителя. При этом баланс наступает только при условии, что напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах усилителя 7 равны. В свою очередь, для этого необходимо, чтобы напряжения источника 9 равнялось падению напряжения на резисторе 13.

Постоянный ток протекает по цепи: резистор 13, обмотка-термодатчик 1, обмотка источника переменного напряжения (на чертеже не показана), усилитель 8. Величина постоянного тока не зависит от сопротивления обмотки электрической машины, обмотки источника переменного напряжения, других потребителей электроэнергии, подключенных к данной сети.

Усилитель 8 с большим коэффициентом усиления по току, охваченный отрицательной обратной связью на частоте питающей сети посредством конденсатора 16 и соединения его инвертирующего входа с выходом через резистор 13, представляет собой повторитель напряжения. Особенностью такой схемы является свойство умножения емкости, т.е. для переменного тока нагрузки электрической машины источник 2 постоянного тока представляет собой емкость величиной С = КС₁₈, где К - коэффициент усиления по току усилителя 8; С₁₈ - емкость конденсатора 18. Практически такая схема обеспечивает нулевое сопротивление источника 2 переменному току сети. Резистор 14 и конденсатор 15 обеспечивают развязку входных цепей усилителя 7 по постоянному току. Диодный ограничитель 10 предназначен для защиты источника 2 от перегрузок, например, при пуске электрической машины, когда пусковой ток превышает максимально возможный выходной ток усилителя 8. По окончании пуска диодный ограничитель 10 не влияет на характеристики схемы, так как в линейном режиме напряжение на выходе источника 2 не превышает напряжения отпирания диодов. То есть, напряжение на диодах существенно меньше напряжения их отпирания и ток через диодный ограничитель 10 не протекает.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее термодатчик в виде обмотки электрической машины, подключенной выводами к соответствующим фазам (кроме первой), переменного тока, усилитель, первый, второй и третий резисторы, первый и второй конденсаторы, источник управляющего напряжения, измерительный прибор, фильтр низких частот, выполненный с возможностью подключения к выводам обмотки электрической машины и диодный ограничитель в виде параллельно соединенных диодов во встречном включении, выполненный с возможностью подключения первым выводом к обмотке электрической машины, при этом выход усилителя через последовательно соединенные первый резистор и первый конденсатор подключен к инвертирующему входу усилителя, соединенного неинвертирующим входом через второй резистор с первым выводом источника управляющего напряжения, подключенного вторым выводом к первому выводу диодного ограничителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй усилитель, второй фильтр низких частот, выполненный с возможностью подключения к выводам обмотки электрической машины, третий фильтр низких частот, сумматор и четвертый резистор, включенный между выходом второго усилителя и инвертирующим входом первого усилителя, соединенным с выходом первого усилителя через второй конденсатор, при этом второй вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго усилителя, подключенного выходом к своему инвертирующему входу через третий резистор, соединенный вторым выводом с первым выводом диодного ограничителя, подключенного вторым выводом к первой фазе сети переменного тока, выполненной трехфазной, и к инвертирующему входу первого усилителя, выходы первого и второго фильтра низких частот соединены с соответствующими им входами сумматора, подключенного выходом к первому входу измерительного прибора, первый и второй выводы третьего резистора подключены к соответствующим входам третьего фильтра низких частот, соединенного выходом с вторым входом измерительного прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1