СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2014 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты от эксцентриситета ротора электрических машин переменного тока.

Известен способ защиты от эксцентриситета ротора машины переменного тока, основанный на измерении параметров внешнего магнитного поля этой машины и формировании сигнала на отключение, в котором из внешнего магнитного поля асинхронного двигателя раздельно выделяют два дополнительных магнитных поля с частотами f_c(p±1), где f_c - частота основной гармонической сети [KZ 13724 А, МПК G01R 31/34, опубл. 14.11.2003, бюл. №11].

Однако этот способ обладает недостаточной чувствительностью, так как частоты дополнительных полей и основной гармонической сети близки по величине, а возможности реальных полосовых фильтров ограничены. Кроме того, его нельзя реализовать на машинах с числом пар полюсов p=1.

Наиболее близкими к предлагаемому способу является способ защиты от эксцентриситета ротора машины переменного тока, основанный на измерении параметров внешнего магнитного поля этой машины и формировании сигнала на отключение, в котором сигнал с измеренными параметрами внешнего магнитного поля машины переменного тока преобразуют в однополярный и выделяют из него гармоническую составляющую с частотой f_cp, где p - число полюсов машины переменного тока; f_c - частота основной гармонической сети [KZ 19628 А, МПК G01R 31/34; H01H 71/00, опубл. 16.06.2008, бюл. №6].

Однако и этот способ на электрических машинах переменного тока с числом полюсов p=1 сложно реализовать из-за того, что измеряемый сигнал по частоте совпадет с сигналом основной гармонической поля. По этой же причине он обладает недостаточной чувствительностью и может ложно работать в некоторых режимах эксплуатации машины переменного тока с допустимым эксцентриситетом ротора.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и области применения, а также повышение чувствительности.

Поставленная задача решается за счет того, что сигнал с измеренными параметрами внешнего магнитного поля преобразуют в однополярный сигнал, затем из однополярного сигнала удаляют постоянную величину, равную D, а из получившегося сигнала выделяют гармонические составляющие с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p), и если величина хотя бы части из них превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если величина хотя бы части из них превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где ν может принимать значения 0, 1, 2…; p - число полюсов; f_c - частота основной гармонической сети; D - постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения числом, последовательностью и назначением операций.

Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что такие операции известны. Однако использование их в указанной связи проявляет в заявляемом способе новые свойства.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где датчик 1 магнитного поля устанавливается на внешней поверхности электрической машины переменного тока 2. Выводы этого датчика подключают к входу блока 3 для преобразования электрического сигнала индукционного датчика в однополярный. В свою очередь выход блока 3 через блок 4 преобразования однополярного сигнала и блок 5 выделения гармонических составляющих с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p) присоединяют к входам первого 6 и второго 7 пороговых элементов. При этом выход первого порогового элемента 6 подключен к блоку 8 индикации, а второго порогового элемента 7 через блок 9 формирования отключающего сигнала к цепи отключения выключателя 10.

Датчик 1 магнитного поля может быть выполнен в виде катушки индуктивности. Блок 3 преобразования электрического сигнала в однополярный. представляет собой двухполупериодный выпрямитель. Блок 4 представляет собой вычитающее устройство произвольного типа, а в качестве блока 5 выделения гармонических составляющих с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p) используются, например, полосно-пропускающие фильтры с частотой, зависящей от числа пар полюсов и формы преобразования сигнала в однополярный.

Пороговые элементы 6 и 7 являются устройствами с фиксированным порогом срабатывания, причем у первого порогового элемента порог срабатывания ниже. В качестве блока 8 индикации можно использовать светодиод, который начинает светиться при достижении эксцентриситета ротора предельной величины, не опасной для дальнейшей эксплуатации электрической машины переменного тока. Блок 9 формирования отключающего сигнала можно выполнить в виде выходного промежуточного реле, которое срабатывает при появлении сигнала на выходе второго порогового элемента 7.

На фиг.2 и фиг.3 приведены осциллограммы напряжений U₁, U₃ и U₄ на выходе датчика 1, а также блоков 3 и 4 неповрежденной электрической машины переменного тока с числом пар полюсов p=3 и при эксцентриситете ротора с двухполупериодным преобразованием сигнала. Кроме того, на этих же чертежах приведена зависимость U_г(f_г) в виде спектра гармонических напряжений напряжения U₄.

Во время работы по обмоткам электрической машины переменного тока протекают токи, которые формируют внутри него и на поверхности магнитное поле, параметры которого в известной степени зависят от наличия и величины эксцентриситета ротора. Это магнитное поле индуцирует в датчике магнитного поля электродвижущую силу, а на его выходе появляется напряжение U₁. Это напряжение выпрямляется в блоке 3, а в блоках 4 и 5 из нее убирают постоянную составляющую величиной D и выделяют гармонические составляющие с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p).

Если эксцентриситет ротора в электрической машине отсутствует, то при включении его в сеть гармонические с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p) на выходе блоков 4 и 5 также будут отсутствовать. Поэтому сигнала не будет и на выходах первого и второго пороговых элементов 6 и 7, а также на выходе блоков 8 и 9 блока индикации и блока формирования отключающего сигнала. Машина остается в работе, а блок индикации указывает на нормальный режим работы.

При появлении эксцентриситета ротора в работающей электрической машине переменного тока в однополярном сигнале появятся гармонические с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p). И если величина хотя бы одной из них превысит порог срабатывания первого порогового элемента 6, то на блоке индикации 8 появится сигнал о наличии эксцентриситета ротора. При этом машина остается в работе.

Если в однополярном сигнале хотя бы одна из гармонических с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p) превысит порог срабатывания второго порогового элемента, то блок 9 сформирует отключающий сигнал и выключатель 10 отключит электрическую машину переменного тока от сети.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в своевременном определении критической величины эксцентриситета ротора и отключении электрической машины переменного тока от сети, а следовательно, в сокращении времени и стоимости послеаварийного ремонта на таких машинах с любым числом полюсов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах переменного тока. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения, повышение чувствительности. Способ защиты от эксцентриситета ротора машины переменного тока основан на измерении параметров внешнего магнитного поля машины и формировании сигнала на отключение. Сигнал с измеренными параметрами магнитного поля машины переменного тока преобразуют в однополярный, выделяют из него гармонические составляющие с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p). Если величина хотя бы одной из частот превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора. Если величина хотя бы одной из частот превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где ν принимает значения 0, 1, 2…; p - число полюсов, f_c - частота основной гармонической сети Использование способа защиты позволяет своевременно определить критическую величину эксцентриситета ротора и отключить электрическую машину от сети, а следовательно, сократить время и стоимость послеаварийного ремонта на таких машинах с любым числом полюсов. 3 ил.

Способ защиты от эксцентриситета ротора машины переменного тока, основанный на измерении параметров внешнего магнитного поля этой машины и формировании сигнала на отключение, отличающийся тем, что сигнал с измеренными параметрами внешнего магнитного поля преобразуют в однополярный сигнал, затем из однополярного сигнала удаляют постоянную величину равную D, а из получившегося сигнала выделяют гармонические составляющие с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p), и если величина хотя бы части из них превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если величина хотя бы части из них превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где ν может принимать значения 0, 1, 2…; p - число полюсов; f_c - частота основной гармонической сети; D постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала.