Устройство для обнаружения повреждений стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств для диагностики стержней роторов асинхронных двигателей. Техническим результатом является повышение технологичности установки датчиков и электробезопасности, исключение вероятности выхода из строя асинхронного двигателя в рабочем режиме по причине присутствия датчиков устройства внутри корпуса машины, повышение точности определения повреждения обмотки ротора в режимах, близких к холостому ходу. Устройство содержит переносной электромагнитный датчик, режекторный фильтр, настроенный на частоту 50 Гц, дополнительный режекторный фильтр с частотой 150 Гц, дополнительный блок пространственного расположения стержней (БПРС) для получения сигнала пространственного расположения стержней ротора, содержащий двухполупериодный выпрямитель, фильтр двойной частоты и счетный триггер для деления частоты, фиксатор оборотов ротора, счетчик количества стержней и счетчик числа оборотов ротора, блоки параллельных триггеров, блоки элементов И, блок индикации. 6 ил.

Устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств дня диагностики стержней роторов асинхронных двигателей.

Известно устройство для контроля повреждений стержней беличьей клетки ротора асинхронного двигателя в рабочем режиме, содержащее источник питания, датчик числа оборотов и индикатор (1).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обнаружения повреждений стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя (2), содержащее электромагнитный датчик с RС-цепью, устраняющей частоту 50 Гц, выход которого соединен с одним из входов дешифратора, другой вход которого соединен с выходом первого счетчика, выходы которого соединены соответственно с выходами датчика пространственного расположения стержней ротора и фиксатора оборотов, и блок индикации, а также второй счетчик, блок триггеров и элементы И по числу стержней проверяемого ротора, при этом счетный вход второго счетчика соединен с выходом фиксатора оборотов, его выход соединен соответственно с одним из выходов блока индикации и с первыми входами элементов И, выходы которых соединены с соответствующими другими входами блока индикации, управляющий вход которого соединен соответственно с входом сброса дополнительного счетчика и с первыми входами триггеров, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого счетчика, а выходы триггеров соединены соответственно с вторыми входами элементов И.

Известным устройствам присущи следующие недостатки:

а) низкая технологичность установки датчиков устройства внутри корпуса машины но причине необходимости демонтажа элементов диагностируемого оборудования,

б) низкая электробезопасность по причине необходимости создания специальной зашиты датчиков на высоковольтных электродвигателях от попадания высоковольтного потенциала на обмотку датчика,

в) увеличение вероятности выхода из строя асинхронного двигателя в рабочем режиме по причине присутствия датчиков устройства внутри корпуса машины.

г) низкая точность определения повреждения обмотки ротора в режимах, близких к холостому ходу по причине увеличения влияния насыщения сердечников статора и ротора на изменение формы кривой магнитного потока в зазоре машины.

Техническим результатом предлагаемого устройства является:

а) повышение технологичности установки датчиков;

б) повышение элекробезопасности;

в) исключение вероятности выхода из строя асинхронного двигателя в рабочем режиме по причине присутствия датчиков устройства внутри корпуса машины;

г) повышение точности определения повреждения обмотки ротора в режимах, близких к холостому ходу.

Поставленная задача контроля состояния короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя решается путем:

- установки электромагнитного датчика специального исполнения не внутри машины, а снаружи корпуса асинхронного двигателя, способного уловить электромагнитные поля, наводимые токами стержней ротора;

- исключения из схемы устройства датчика пространственного расположения стержней ротора за счет получения его сигнала из прошедшего фильтрацию сигнала, снимаемою с электромагнитного датчика, путем соединения его выходя с входом специального блока, далее называемого блоком пространственного расположения стержней (БПРС). На входе БПPC сигнал аналогичен сигналу, снимаемому с датчика пространственного расположения стержней;

- установки после электромагнитного датчика и RC-цепи, устраняющей сигнал с частотой 50 Гц, режекторного фильтра, настроенного на частоту 150 Гц, который уменьшает влияние насыщения магнитной цепи на форму сигнала, снимаемого с электромагнитного датчика;

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - форма сигнала с выхода датчика 1; на фиг.3 - форма сигнала с выхода режекторного фильтра, настроенного на частоту 50 Гц; на фиг.4 - форма сигнала с выхода режекторного фильтра, настроенного на частоту 150 Гц; на фиг.5 - форма сигнала с выхода двухполупериодного выпрямителя 4; на фиг.6 - форма сигнала с выхода фильтра двойной частоты.

Устройство содержит переносной электромагнитный датчик 1, режекторный фильтр 2, настроенный на частоту 50 Гц, дополнительный режекторный фильтр 3 с частотой 150 Гц, дополнительный блок БПРС для получения сигнала пространственного расположения стержней ротора, содержащий друхполупериодный выпрямитель 4, фильтр 5 двойной частоты и счетный триггер 6 для деления частоты, фиксатор 9 оборотов ротора, счетчик 7 количества стержней и счетчик 10 числа оборотов ротора, блоки параллельных триггеров 11, блоки элементов И 12, блок индикации 13.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 является переносным и во время замеров прикладывается к корпусу двигателя. Он устанавливается посередине корпуса машины в одной плоскости с неподвижной частью фиксатора оборотов 9. При этом ось катушки датчика 1 должна быть параллельна оси ротора. Электромагнитный датчик 1 имеет разомкнутый магнитопровод подковообразной формы, у которого расстояние между полюсами должно быть равно расстоянию между соседними зубцами ротора.

При исправных стержнях от каждого из них в катушке датчика наводится импульс ЭДС. Режекторный фильтр 2, настроенный на частоту 50 Гц, удаляет из сигнала гармонику, наводимую основной гармоникой магнитного поля асинхронного двигателя. Режекторный фильтр 3 с частотой 150 Гц устраняет помехи в полезном сигнале с датчика 1, появляющейся в режимах, близких к холостому ходу, из-за насыщения магнитной цепи. Датчик 1, фильтры 2 и 3 и блок пространственного расположения стержней (БПРС) (4, 5, 6) выполняют функции датчика пространственного расположения стержней. На его вход подается прошедший фильтрацию сигнал с датчика 1, который состоит из произведения высокочастотной составляющей сигнала, содержащего информацию о пространственном расположении стержней и низкочастотной составляющей сигнала-помехи. Сигнал, пройдя двухполупериодный выпрямитель 4, фильтр 5 двойной частоты, выделяющий высокочастотную составляющую сигнала, с датчика 1, и счетный триггер 6, генерирующий импульсы с частотой, которая в два раза меньше частоты приходящего на его вход сигнала, становится идентичен сигналу, получаемому с датчика пространственного расположения стержней. Далее сигнал с выхода БПРС поступает на один из входов счетчика 7 количества стержней, на второй вход которого приходит сигнал от фиксатора 9 оборотов, расположенный на части ваш ротора, выступающей из корпуса машины. Сигнал от фиксатора 9 оборотов появляется между последним и первым импульсами с выхода блока пространственного расположения стержней. Это осуществляется с помощью лепестка фиксатора оборотов, который обеспечивает необходимое время сброса счетчика 7 количества стержней после каждого оборота. Последовательность импульсов, получаемая с выхода счетчика 7, поступает на один из входов дешифратора 8. На второй вход дешифратора 8 приходит последовательность импульсов с выхода режекторного фильтра 3, настроенного на частоту 150 Гц. В дешифраторе 8 импульсы с выхода режекторного фильтра 3 распределяется синхронно с сигналами блока пространственного расположения стержней, количество которых равно числу стержней обмотки ротора. После дешифратора 8, имеющего число выходов, равное числу стержней обмотки ротора, импульсы разделяются, и импульс, наводимый от тока определенного стержня, попадает на только ему отведенный триггер 11. Триггер 11 предназначен для увеличения длительности пришедшего с дешифратора 8 импульса для того, чтобы на обоих выходах логического элемента И 12 была возможность одновременного присутствия указанного импульса и кратковременного импульса, поступающего со счетчика 10 числа оборотов. При этом на выходе логического элемента И 12 будет присутствовать сигнал, включающий соответствующий определенному стержню ротора индикатор исправного состояния стержня в блоке индикации 13.

При обрыве одного из стержней в сигнале с выхода режекторного фильтра 3 пропадает импульс, соответствующий оборванному стержню. Поэтому на один из выходов дешифратора 8, на котором должен был присутствовать исчезнувший импульс, сигнал не поступает, и один из триггеров 11, связанный с рассматриваемым выходом дешифратора 8, остается в исходном положении. Нa выходе триггера 11 сигнал отсутствует, а значит не появляется сигнал и на выходе логическою элемента И 12, связанного с триггером. В связи с этим не включается соответствующий этому логическому элементу И 12 индикатор в блоке индикации 13. Блок индикации 13 суммирует количество оборванных стержней, фиксирует их номера, сбрасывает счетчик 10 числа оборотов и переключает триггеры 11 в исходное состояние. Последние две операции блок индикации 13 производит в момент, когда число импульсов, поступивших на вход счетчика 10 числа оборотов с выхода фиксатора оборотов 9, становится равным необходимому для одного измерения числу оборотов, которое задается в блоке индикации 13. Оно должно быть больше или равно минимально необходимому для одного измерения числу оборотов, которое подсчитывается следующим образом. Частота тока в стержнях равна произведению f·s, где s - скольжение, а f - частота питающей сети. Прохождение тока через 0 в стержне с частотой f_p будет регистрироваться датчиком 1 как его обрыв. Через каждые четверть периода величина тока в стержне достигает максимального значения. Отсюда минимально необходимое число оборотов для одного измерения равно n/(4·f·s), где n - число оборотов ротора в единицу времени.

Данная схема работает при любом направлении вращения двигателя. Изменяются лишь порядковые номера стержней при смене направления вращения.

Формы сигналов с выходов блоков 1, 2, 3, 4 и 5 для двигателя с двумя парами полюсов при обрыве одного стержня в обмотке ротора, имеющей 20 стержней, показаны на фиг.2 - 6.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения повреждений стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя, содержащее электромагнитный датчик с режекторным фильтром, настроенным на частоту 50 Гц, дешифратор, имеющий два входа, один из входов которого соединен с выходом счетчика количества стержней, а второй вход принимает сигнал с электромагнитного датчика, прошедшего фильтрацию, один из входов счетчика количества стержней принимает сигнал пространственного расположения стержней, а другой вход соединен с фиксатором оборотов, второй счетчик числа оборотов ротора, блоки триггеров и элементов И по числу стержней проверяемого ротора и блок индикации, при этом счетный вход счетчика числа оборотов соединен с выходом фиксатора оборотов, а выход счетчика числа оборотов соединен соответственно с одним из входов блока индикации и с первыми входами элементов И, выходы которых соединены с соответствующими другими входами блока индикации, управляющий выход которого соединен соответственно с входом сброса счетчика числа оборотов и первыми входами триггеров, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами счетчика количества стержней, а выходы триггеров соединены соответственно с вторыми входами элементов И, отличающееся тем, что электромагнитный датчик, выполненный в виде разомкнутого подковообразного магнитопровода, расстояние между полюсами которого равно расстоянию между соседними зубцами ротора, устанавливается посередине корпуса асинхронного двигателя таким образом, чтобы ось его катушки была параллельна оси ротора, выход RC-цепи, являющейся режекторным фильтром с частотой 50 Гц, соединен с входом дополнительного режекторного фильтра, настроенного на частоту 150 Гц, выход которого соединен со вторым входом дешифратора и с входом двухполупериодного выпрямителя, вход которого является входом блока пространственного расположения стержней (БПРС), состоящего из последовательно соединенных двухполупериодного выпрямителя, фильтра двойной частоты и счетного триггера, выход которого является выходом БПРС и соединен со счетчиком количества стержней, а импульсы, наводимые от тока определенного стержня, с выходов дешифратора разделяются и попадают на триггеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6